¿Cuál es la diferencia entre el método de esfuerzo de trabajo y el método de estado límite en el diseño de vigas, losas, columnas y zapatas con ejemplos que son fáciles de entender?

La diferencia entre los dos métodos se puede resumir de la siguiente manera:

• En Working Stress Method, usted trata las cargas muertas y vivas por igual, es decir, el factor de seguridad sería el mismo independientemente del tipo de carga (muerta o viva). Aquí, toma las cargas totales que espera en la estructura y aplica un único factor de seguridad a los miembros (digamos 1.5) independientemente de la naturaleza de la carga.
• El método de estado límite reconoce la imprevisibilidad inherente de las cargas y asigna un factor de seguridad mucho mayor a las cargas vivas (las incrementamos en 1.5-1.6), mientras que reconoce que las cargas muertas están mucho más cerca de lo que calculamos (solo multiplicamos las cargas muertas por 1.2)
• El método de estado límite también reconoce la incertidumbre de los diferentes modos de falla. Por ejemplo, la capacidad de flexión de una viga de hormigón es bastante predecible; por lo tanto, contamos con el 90% del valor teórico. El cizallamiento en concreto, por otro lado, es mucho menos predecible; por lo tanto, solo contamos con el 70% del valor.
• En el método de estrés laboral, los miembros están diseñados para nunca ir más allá de su rango elástico. El máximo. La carga que puede soportar un miembro es, por lo tanto, limitada y la gama de plástico no se explora en absoluto.
• El método de estado límite utiliza la resistencia máxima del miembro más allá del rendimiento inicial y permite la deformación plástica hasta cierto punto.

Por esta razón, el método de estado límite proporciona un diseño más económico y, por lo tanto, cada vez más códigos comienzan a usar el método de estado límite en lugar del método de esfuerzo de trabajo. Por lo tanto, el método de estrés laboral está cada vez más desactualizado.

Espero que esto ayude…

La diferencia fundamental entre el método de estado de trabajo (WSM) y el método de estado límite (LSM) es: WSM es un método de diseño elástico, mientras que LSM es un método de diseño plástico.

En el diseño elástico, es decir, WSM , la resistencia de diseño se calcula de tal manera que la tensión en el material se restringe a su límite de rendimiento, bajo el cual el material sigue la ley de Hooke, y por lo tanto se utiliza el término “elástico”. Este método da como resultado un diseño antieconómico de viga simple u otros elementos estructurales en los que el criterio de diseño es el estrés (estático). Sin embargo, en caso de cambio de los criterios de gobierno a otros factores como el estrés por fatiga, ambos métodos darán un diseño similar. Además, WSM reduce sustancialmente los esfuerzos de cálculo.

Ahora, llegando al diseño plástico, es decir, LSM , como su nombre lo indica, se permite que la tensión en el material supere el límite de rendimiento y entre en la zona plástica para alcanzar la máxima resistencia. Por lo tanto, la capacidad de “momento de rotación” de la viga, por ejemplo, se utiliza para hacer que el diseño sea más económico. Sin embargo, debido a la utilización de la zona no lineal, este método implica un cálculo arduo.

Todas las demás diferencias se derivan principalmente de la diferencia fundamental mencionada anteriormente junto con algunas diferencias generales. Algunas de estas diferencias se indican a continuación:
1) Se requiere verificación de servicio en caso de LSM porque después de que la tensión de la región elástica es mayor, lo que da como resultado una mayor deformación, por lo tanto, es necesaria una verificación.
2) LSM es un método basado en tensión, mientras que WSM es un método basado en tensión.
3) LSM es un método no determinista, mientras que WSM es un enfoque determinista.
4) El factor de seguridad parcial se usa en LSM mientras que el factor de seguridad se usa en WSM.
5) Los valores característicos (derivados del enfoque probabilístico) se usan en el caso de LSM mientras que los valores medios o estadísticos se usan en WSM.

Método de estrés laboral

• Las tensiones en un elemento se obtienen de las cargas de trabajo y se comparan con las tensiones permitidas.

• El método sigue el comportamiento lineal de esfuerzo-deformación de ambos materiales.

• La relación modular se puede usar para determinar las tensiones permitidas.

• Las capacidades materiales están subestimadas en gran medida. El factor de seguridad se utiliza en el método de estrés laboral.

• El miembro es considerado como estrés laboral.

• La capacidad de carga máxima no se puede predecir con precisión.

• El principal inconveniente de este método es que da como resultado una sección poco económica.

Método de estado límite

• Las tensiones se obtienen de las cargas de diseño y se comparan con la resistencia de diseño.

• En este método, sigue una relación de deformación lineal pero no una relación de tensión lineal (una de las principales diferencias entre los dos métodos de diseño).

• Las tensiones finales de los materiales en sí se utilizan como tensiones permitidas.

• Las capacidades del material no se subestiman tanto como en el método de esfuerzo de trabajo. Los factores de seguridad parciales se utilizan en el método de estado límite.

El método de esfuerzo de trabajo, permisible o permisible es un método de diseño elástico. En este método de diseño, los miembros están diseñados para nunca ir más allá de su rango elástico. El beneficio principal de este beneficio es que las mismas cargas utilizadas para verificar el diseño de flexión, cizallamiento, torsión y axial también se pueden utilizar para las comprobaciones de servicio, es decir. Las cargas no están amplificadas. Esto reduce los esfuerzos de contabilidad y elimina una fuente potencial de introducción de errores. En la práctica, esto significa que es más simple.

El diseño de estado límite o factor de resistencia de carga utiliza la resistencia máxima de un miembro, más allá del rendimiento inicial, para determinar la resistencia permitida. El beneficio principal del método de diseño de estado límite es que generalmente produce diseños más económicos que los métodos de estrés de trabajo y proporciona un factor de seguridad más consistente en todos los elementos. LRFD permite un mayor control y comprensión del comportamiento estructural al considerar explícitamente cada tipo de carga de forma independiente.

En la práctica, los dos enfoques de diseño se han calibrado para proporcionar resultados similares para rangos de carga comunes. Las cosas se desalinean un poco cuando la relación de carga muerta a vida / viento / terremoto es muy alta o baja.

Hay muchos artículos sobre este tema si buscas en Google “ASD vs. LRFD”. Estos no solo explicarán con más detalles técnicos, sino que también le brindarán los antecedentes históricos para comprender cómo surgieron estos dos métodos.

Trataré de poner esto en los términos más simples posibles. Sin embargo, la respuesta del usuario de Quora es mucho más precisa.

El concepto básico de diseño es bastante simple: Capacidad> Demanda. Cualquier método de diseño tiene que seguir el mismo principio. Ya sea ASD / LRFD / Performance-based, cada método de diseño se basa en este principio.

Sin embargo, no es tan fácil determinar cada lado de esa ecuación, especialmente en ingeniería civil.

Para la estimación de la capacidad, es esencial una comprensión sólida de la mecánica de los materiales y su relación con las propiedades de los materiales en uso. Desafortunadamente para nosotros, el concreto / madera no es el más homogéneo de los materiales y, por lo tanto, nos vemos obligados a hacer varias suposiciones sobre su comportamiento durante el diseño. Esto podría conducir a una sobreestimación de la capacidad que ciertamente no se desea.

En la estimación de la demanda, enfrentamos un problema similar, principalmente al calcular las cargas y varios supuestos en el comportamiento a través de una mecánica sólida, lo que podría conducir a una subestimación de la demanda. Este caso tampoco es el deseado.

Para tratar los problemas mencionados anteriormente, cada método adopta un enfoque diferente. ASD, por ejemplo, no hace nada a las cargas que actúan sobre la estructura. Aporta algunos factores en el lado material de la ecuación, mientras que LRFD usa cargas factorizadas en lugar de las reales que actúan.

Ambas cuestiones abordan la incertidumbre a su manera y ambas son aceptadas. También tienen diferentes ventajas cuando se usan con diferentes materiales.

El contexto es que, en aras de la seguridad y el conservadurismo, estamos sobreestimando los requisitos y, por lo tanto, estamos gastando más de lo que necesitamos.

Aquí es donde los nuevos métodos de diseño, como el diseño basado en el rendimiento, llenan los vacíos mediante la adopción de un mejor análisis utilizando cargas y utilizando mejores características de material estadísticamente aprobadas para un diseño más preciso y autosuficiente.

Este es un tema que lleva a un ingeniero más en el tipo de discusiones de Investigación e Investigación donde los académicos entre ellos pueden llevarlo a cualquier distancia que un diseñador comercial práctico nunca se atreverá a recorrer.

Para lo posterior, una entrega rápida y segura del trabajo, con muchas otras responsabilidades para realizar, un 5% o más del diseño más económico no importa mucho en el diseño de ingeniería civil.

El análisis manual de hoy en día prácticamente se ha salido de la oficina del diseñador debido a la presencia de los softwares en la PC de todos, y con un mayor número de años fuera de la universidad, los ingenieros de diseño de hoy encuentran que tal análisis manual o tal pensamiento de investigación un pariente lejano que no necesita más que un respeto formal, incluso si no saben qué análisis está haciendo el software detrás de su conocimiento y visión.

Me desmayo cuando nadie sabía lo que era una computadora y sabía cada paso del análisis manual que estaba haciendo. ¡El placer de un resultado sensible nos dio una tremenda sensación de satisfacción!

Ahora no puede hacer un análisis de estado límite (el menor es el estado límite de resistencia, prácticamente sin utilidad práctica) sin computadora, con el menor conocimiento de las diversas ubicaciones probables de las bisagras de plástico, contra varias combinaciones de carga para determinar la posterior Valores finales de momentos de flexión y torsión, fuerzas de corte, etc.

¿Qué hará con dicho análisis, cuando virtualmente en todos los casos, las desviaciones limitantes de cada miembro lo detendrán a seguir buscando los diseños más económicos de los miembros?

Por lo tanto, no pienso mucho en estos temas de WSM o LSM y felizmente abro STAAD-Pro para cumplir con mis horarios de envío.

Esta historia trata sobre unos pocos amigos que me han ayudado a tener una idea de lo que LSM, WSM y ULM son

Hace mucho mucho tiempo. Había cuatro amigos cuyo nombre (por el bien) son: Ayush, Reeta, Sam y Xavire.

Ayush inicia un negocio que con el tiempo florece y decide expandirlo a la próxima ciudad. Le pide a Reeta que la ayude a transportar mercancías y le aconseja que inicie un negocio.

Reeta, siendo una buena amiga, decidió comprar un elefante como medio de transporte y porque una gran criatura podría transportar la carga fácilmente. Ella nunca se molestó en preguntar sobre la cantidad que necesitaba ser transportada.

En la fecha decidida, llegó a la tienda de Ayush y se dio cuenta de que solo costaba 20 kg y que el pago era según el peso. No tenía otra opción y tuvo que cubrir los gastos por su cuenta. ¡Pérdida total!

Pocos días después, Ayush tenía pocos otros bienes para ser transportados a la ciudad. Esta vez Reeta evitó a Ayush, por lo que su otro amigo decidió ayudarlo.

Sam estaba confundido sobre el modo de transporte, por lo que pensó en preguntarle a Reeta en lugar de Ayush. Se enteró de la pérdida de tiempo y dinero y decidió comprar un burro. En la fecha decidida, va a la tienda y se da cuenta de que la cantidad a transportar es de 60 kg. Apenas logró completar la transacción y la salud del burro se deterioró rápidamente. Estaba completamente agotado. ¡Facilidad de servicio apestada!

En la última ronda de transferencia de bienes, Ayush le pidió ayuda a Xavire.

Ambos se reunieron y finalizaron el hecho estableciendo un límite probable, luego solo Xavire compró un caballo y la carga a transferir fue de 40 kg, que fue fácilmente transportada, ambos lograron obtener ganancias del acto. Una situación de ganar-ganar.

Aquí,

Elefante – Método de estrés laboral

Burro – Método de estrés final

Caballo – Método del estado límite

Ahora,

WSM: – La idea general de este método es ser SEGURO. Para llevar el (los) esfuerzo (s) a la estructura a estar dentro de las variaciones lineales del esfuerzo (para diseñar aumentando el tamaño de los miembros). El costo de construcción y el tiempo requerido aumentan.

Este método todavía se usa cuando el costo y el tiempo son factores menos importantes que la vida y la propiedad.

ULM: – La idea es estudiar la carga para proporcionar un tamaño adecuado de miembros al disminuir el tamaño y el tiempo y se construyó, pero no pudo satisfacer el propósito para el que se construyó. Los criterios de servicio fallaron (los miembros de Rcc eran delgados)

LSM: – Este método se basa en el “análisis probabilístico”

Los dos tipos de consideración de diseño que verificamos son

1. Seguridad (vuelco, deslizamiento, integridad de la estructura)
2. Facilidad de servicio (desviación, grietas, durabilidad)

El objetivo principal es mejorar el rendimiento.

El factor parcial de seguridad para la carga y el material se tiene en cuenta al multiplicar la carga de trabajo en FOS.

Entonces, para verificar si hay una carga aumentada … y si cumple con las condiciones, definitivamente será útil con una carga de trabajo normal.

La mayoría de las estructuras están diseñadas utilizando el método de estado límite. El método de estrés laboral es la antigua forma de diseñar y es más conservador.

Bajo el método de esfuerzo de trabajo, y tomando el ejemplo de una viga en flexión, una vez que la fibra exterior de la sección transversal alcanza el límite elástico, ha alcanzado el límite del diseño. Bajo el diseño de estado límite final, se permite que la sección transversal ceda más allá de este punto, de modo que la profundidad de la sección transversal completa pueda alcanzar el límite elástico (a menos que el pandeo ocurra antes). Puede haber un “aumento de capacidad” del 50%, sin embargo, las cargas de diseño también aumentan. En el diseño de estado límite final, las cargas de diseño se factorizan hacia arriba y la capacidad se factoriza hacia abajo. La capacidad también se tiene en cuenta en el diseño de estrés laboral. Debe leer un código de diseño para comprender esto en detalle. Habrá muchos libros de texto que darán ejemplos de diseño basados ​​en un estándar.

El diseño de estado límite final de estructuras de hormigón no es necesariamente más difícil o tedioso que el diseño de tensión de trabajo, pero se presta al uso de software, dadas las numerosas fórmulas. Esencialmente, también había fórmulas en el antiguo diseño del método de estrés laboral. Las fórmulas se han vuelto más complejas. También hay reglas sobre la redistribución de los momentos de flexión, a través de la formación de bisagras de plástico. Es posible que, en función de la distribución elástica de los momentos de flexión, una viga esté en su límite para la flexión negativa sobre un soporte, sin embargo, el momento positivo de envergadura media está dentro de su capacidad. Siempre que se garantice la ductilidad, las zonas de momento negativo se pueden tratar como bisagras (lo que soporta su capacidad, pero no más), y cualquier carga adicional provoca que solo aumente el momento de envergadura positivo. En muchos casos, esto no es necesario, y el diseño se basa en la distribución elástica de momentos según el Método de Estrés de Trabajo, con cargas factorizadas de acuerdo con las reglas del código.

Para algunos materiales, como el aluminio, la redistribución de los momentos de flexión no está permitida por ULSD. Esto se debe a que el material no posee la ductilidad suficiente para sufrir las deformaciones requeridas.

MÉTODO DE ESTRÉS DE TRABAJO: Es un método tradicional utilizado para el diseño de concreto reforzado donde el concreto se asume como elástico, el acero y el concreto actúan juntos elásticamente donde la relación entre cargas y tensiones es lineal.

Suposiciones

Una sección que es plana antes de doblar permanece plana después de doblar (según la teoría de la flexión, la ecuación de Bernoulli).

La unión entre el acero y el concreto es perfecta con un límite elástico de acero.

Todas las tensiones de tracción son tomadas por refuerzo y ninguna por hormigón, excepto que se permita específicamente.

La relación tensión-deformación del acero y el hormigón bajo cargas de trabajo, es una línea recta, es decir, el módulo de elasticidad es constante.

La ración modular ‘m’ tiene el valor (280 / sigmacbc), donde (sigmacbc) es el esfuerzo de compresión permisible debido a la flexión en el concreto en N / mm2.

MÉTODO DE ESTADO LÍMITE: es un método de diseño de estructuras basado en el concepto de seguridad y su probabilidad de seguridad. Aquí, además del enfoque de carga final, también se da importancia a la capacidad de servicio adicional. El estado límite es una condición justo antes del colapso. Una estructura diseñada por estado límite debe proporcionar la resistencia y la capacidad de servicio adecuadas durante toda su vida útil.

Suposiciones

La sección plana normal al eje del miembro permanece plana después de la flexión.

Se ignora la resistencia a la tracción del hormigón.

La deformación máxima en el concreto en la fibra de compresión más externa es 0.0035

Se puede suponer que la curva de deformación por tensión de compresión es rectangular, trapezoidal, parábola o cualquier otra forma, lo que da como resultado la predicción de resistencia en acuerdos sustanciales con los resultados de las pruebas.

PRINCIPIO ESTADOS LÍMITE:

Limite el estado de colapso ——— FLEXURA, COMPRESIÓN, CORTE, TORSIÓN

Limite el estado de capacidad de servicio ——— DEFLECCIÓN, CRACKING, VIBRACIÓN.

* LSD (método de diseño plástico)
•nuevo
•económico
• basado en tensión lineal y tensión máxima
• las capacidades de los materiales no se subestiman
• FOS parcial tomado (diferentes cargas en blanco y negro se cuidan adecuadamente)
• no determinista
• se utilizan valores característicos
• se requiere verificación de servicio
• dos métodos principales de estado límite son:
1. estado límite de colapso:
Flexión, compresión, torsión, compartir
2. estado limitado de servicio
La desviación, el agrietamiento se consideran

* WSM (mtd elástico de diseño)
• tensión lineal
• basado en la carga de trabajo
• FOS (solo para material)

en palabras simples, el límite elástico y la resistencia máxima son la parte de la curva de tensión – deformación de cualquier material donde la resistencia máxima es más que un límite elástico para cada material, si la viga está diseñada para utilizar menos que su límite elástico (debido al factor de la aplicación de seguridad para obtener resistencia) es un diseño de tensión de trabajo que es más fuerte pero no económico, solo es adecuado para construcciones rajamal, etc., pero no para hogares de clase media se llama WSM, donde el miembro está diseñado para utilizar la resistencia por debajo de la resistencia máxima de ese material (aquí también debido al factor de aplicación de seguridad a la resistencia máxima) se llama estado límite, pero su diseño es relativamente complejo que WSM pero es económico,

En el método de tensión de trabajo, se llega a la tensión de fluencia máxima permitida en un material y generalmente se aplica un cierto factor de seguridad 3 para el hormigón y 2 para el acero para alcanzar el requisito debido a la combinación diferente de cargas cuando hay factores de viento o sísmicos. El factor de seguridad se reduce ya que estas fuerzas no son una característica constante sino que actúan solo periódicamente. no hay cargas de referencia y solo se considera la carga estándar según los estándares IS

Pero en el método de estado límite, se calcula la carga máxima posible durante la vida útil de una estructura llamada carga característica que puede ocurrir durante la vida útil de la estructura y se calcula un cierto factor 1.5 para cargas muertas y 2.20 para cargas vivas aplicado. Del mismo modo, ciertos factores de seguridad también se resuelven para tensiones máximas permisibles (mucho menos que en el método de esfuerzo de trabajo y las fórmulas elaboradas para las secciones y el refuerzo. Por lo tanto, en el método del estado límite, la carga no se tomará tan constante como en el caso del método de esfuerzo de trabajo y Los factores de seguridad se aplican tanto a las cargas como a las tensiones máximas de falla.

Si está buscando respuestas más profundas y tiene tiempo para leer, reflexionar y debatir, consulte

Introducción

El tratamiento me pareció muy atractivo.

Muy simple.
Costo de levantar una hoja por un elefante: 1000 $
Costo de levantar esa misma hoja por una hormiga: 1 $
¿Cuál es económico?
Diseño de tensión de trabajo de elefante para transportar carga
Diseño de estado de límite de hormiga para transportar carga

En el método de esfuerzo de trabajo calculamos el refuerzo dentro del límite elástico de la estructura, pero en el método de estado límite calculamos más allá del límite plástico.