LA RESPUESTA A CARGAS
El NESC se ocupó originalmente de la fiabilidad proporcionando un diseño de tensiones admisibles de estructuras de madera, acero y hormigón. El código especificó por primera vez los Factores de Capacidad de Sobrecarga para el acero en la Sexta edición y luego los especificó para la mayoría de los otros materiales en 1977. La influencia del diseño de torres de transmisión de acero fue una fuerza motivadora en este concepto. La «Guía para el Diseño de Torres de Transmisión de Acero» de ASCE (1971) establece en la introducción que «Una de las muchas maneras en que el diseño de la torre difiere del diseño de puentes y edificios es que el diseño de la torre utiliza factores de sobrecarga para incorporar factores de seguridad en lugar de reducir el estrés permisible. En el diseño de la torre, la carga básica se incrementa mediante el uso de un factor de sobrecarga y la torre está diseñada para tensiones que se acercan a fallas en el rendimiento y el pandeo. En el diseño de edificios y puentes, se utilizan las cargas reales y la estructura está diseñada para tensiones en porcentajes específicos de la falla en el flejado o pandeo. El enfoque de factor de sobrecarga para el diseño permite controlar la variación de cada elemento de resistencia (vertical, transversal y longitudinal) de acuerdo con su importancia en la estructura.»
El enigma permanece, ya sea proporcionando confiabilidad mediante el uso de una provisión de Factor de Capacidad de sobrecarga o estrés permisible para confiabilidad, ¿Qué es un fallo? La filosofía de diseño de usar un esfuerzo reducido en la línea de tierra en las primeras ediciones del código se centró en el uso de factores de sobrecarga en el diseño de acero. Hubo un indicio de éxito cuando la torre, si se probó, no mostró deformación permanente. La cuarta edición del código proporcionó una adaptación adicional a esta filosofía al sugerir que se agregara un diez por ciento a esta carga de diseño para tener en cuenta la variabilidad en las dimensiones o los defectos en los materiales. Las discusiones sobre el NESC a menudo se refieren al término Factor de Seguridad. Phil M. Ferguson en su tercera edición de Fundamentos de hormigón Armado ofrece » Correctamente definido, el factor de seguridad es la relación de la carga que causaría el colapso de la carga de servicio o de trabajo. Factor de seguridad es ahora un término mal utilizado que casi requiere una definición cada vez que se utiliza.»
El NESC ha reconocido factores que se han abordado como Factores de Capacidad de Sobrecarga, pero la definición original parece abordar el rendimiento de una estructura en condiciones de prueba. El NESC ha evolucionado hasta la presente edición, donde las estructuras están diseñadas para soportar las cargas de la Regla 252 multiplicadas por los factores de capacidad de sobrecarga adecuados indicados en la sección de resistencia del código. La tensión máxima en las estructuras de madera, además, no puede exceder la tensión de fibra designada. Las crucetas y los conductores tienen factores de material relacionados por porcentaje con las resistencias de rotura últimas o nominales. Los chicos están diseñados tanto para el factor de capacidad de sobrecarga como para un porcentaje de resistencia a la rotura nominal. Los métodos de diseño estructural exacto histórico no favorecieron el análisis rápido donde estaban involucradas estructuras indeterminadas y tensiones secundarias. Se utilizaron reglas de cálculo o calculadoras mecánicas para producir nomógrafos y tablas para cargas de alambre, caídas, tensiones, momentos de resistencia de postes de madera, circunferencias de línea de tierra «depreciadas», curvas de catenaria y otros gráficos o tablas. Aparecieron en el apéndice de la cuarta edición o en la discusión de la quinta edición de la NESC. Cuando las computadoras digitales estuvieron disponibles en la década de 1960, se desarrollaron nuevos métodos que eran rápidos y precisos.
Los ingenieros eran propensos a colocar la credibilidad de la capacidad de carga en pruebas de estructura a gran escala. La relación entre esfuerzo admisible y esfuerzo final se tradujo para obtener factores de carga para su uso en pruebas de carga de estructuras de escala completa. La respuesta a las cargas de servicio generalmente se ignoraba y el factor de capacidad de sobrecarga comúnmente utilizado por los diseñadores de torres de acero se convirtió en la norma para la medición de resistencia en el código.
Las comparaciones equipararon el porcentaje de resistencia al Factor de Capacidad de Sobrecarga que satisfizo el análisis simple de estructuras de un solo polo donde el momento en voladizo en la línea de tierra descuidó los momentos secundarios. Las pruebas de torres metálicas y bastidores en H con factores de sobrecarga determinaron la capacidad de falla. Los efectos de tales pensamientos de negligencia de equiparación en dos áreas, la primera y más importante es qué carga es la estructura que se espera que sostenga en servicio y la segunda cuál es el efecto del factor de carga en el análisis de la estructura. Los factores de capacidad de sobrecarga requeridos a menudo identifican cargas que exceden la capacidad del conductor y los componentes de hardware para transmitirlos a la estructura. El resultado es un sistema ineficiente con componentes incompatibles en resistencia y fiabilidad.
El desarrollo errático de las secciones de carga y resistencia a través de las últimas ocho ediciones del NESC puede indicar la necesidad de proporcionar un código estructural o identificar correctamente las cargas de forma independiente y en combinación, y la capacidad de resistencia de los diversos materiales utilizados en los componentes de los sistemas de transmisión, distribución y comunicaciones.
Si el grupo de trabajo designado para revisar las propuestas de cambio ahora rechazadas para el NESC de 1987 en relación con la resistencia de la madera tiene la oportunidad, a medida que se revisa el tema de la madera, el código se puede mejorar expandiendo el tema para estudiar la carga y la resistencia en lo que se refiere a todos los materiales.
Una resolución razonable en la sección de carga 25 del NESC es separar las cargas de hielo y de viento. Las zonas de carga de hielo pueden conservar la designación actual de pesado, medio y ligero. Se debe considerar una disposición para una condición de hielo extrema basada en un período de retorno probable, como 50 años. Las cargas de viento también deben especificarse de acuerdo con los distritos sujetos a velocidades de viento altas, medias y bajas. A continuación, se pueden asignar combinaciones de cargas de forma racional para tener en cuenta la diversidad de cargas al combinar estas características climatológicas con la temperatura. La provisión de viento extremo debe permanecer.
Si se consideran deseables factores de carga adicionales para la respuesta en servicio al viento o al hielo, deben colocarse en esta sección. Estas cargas deben ser la base para el análisis de las fuerzas en los componentes de todos los materiales, desde alambres, cables, estructuras y hasta la base, independientemente de los materiales utilizados para transmitir las cargas.
La sección 26 sobre Resistencia debe especificar la resistencia requerida de cada material en función de la condición de carga y la fiabilidad deseada del componente en cuestión. Existe un ejemplo típico en el código actual en el que la tensión del conductor se limita al 60 por ciento de la resistencia a la rotura en función de las cargas especificadas de la Sección 25, pero a 60°F requiere una tensión sin carga inicial que no supere el 35 por ciento de la resistencia a la rotura del conductor y una tensión sin carga final que no supere el 25 por ciento de la resistencia a la rotura del conductor. En la Propuesta rechazada de Cambio de madera de IEEE para el código de 1987, la capacidad de resistencia de diseño era del 65 por ciento de la resistencia de la madera y era del 85 por ciento de la resistencia de la madera para la construcción de grados B y C, respectivamente. Factores de capacidad de resistencia del material similares podrían ser del 90 por ciento para el metal y del 65 por ciento para el concreto reforzado.
Las resistencias finales, de rendimiento o designadas de los materiales no deben aparecer en la sección de resistencia y deben ser determinadas por el ingeniero responsable del sistema estructural en función de su juicio y experiencia en los materiales.
Los esfuerzos anteriores para desarrollar nuevos conceptos de carga han sido relativamente infructuosos porque las disposiciones del código tuvieron prioridad y los cambios no se propusieron o no se aceptaron. Un esfuerzo por utilizar los vastos datos ahora disponibles sobre la probabilidad de cargas y la resistencia de los materiales puede ser más productivo si los estudios de carga y confiabilidad se integraron con una modificación importante de las Secciones de Carga y Resistencia del NESC. La disponibilidad actual de una computadora para ingenieros y diseñadores individuales permite un enfoque de diseño preciso, racional y confiable. El código debe proporcionar cierta libertad al ingeniero para utilizar el conocimiento actual del estado de la técnica para diseñar sistemas estructurales más eficientes y confiables. El código todavía puede proporcionar los llamados» factores de ignorancia » como una alternativa, pero debería desalentar su uso en los pocos casos en que la responsabilidad de ingeniería no está disponible. La disposición final debe exigir que todo el diseño sea dirigido por un ingeniero responsable.