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Análisis estructural El diseño Estructural y el Papel del Análisis Estructural
Ing. Juan Manuel Urteaga García
¿Que es el Análisis Estructural?
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Análisis estructural Es la disciplina científica encargada de predecir las deformaciones y los esfuerzos internos resultantes de las acciones externas a las que estarán sometidas las estructuras. De esta manera se proporciona a la fase de diseño los datos que se necesitan para definir las dimensiones y propiedades
finales de los elementos estructurales.
Introducción AUTOMATIZACIÓN
MODELOS MATEMATICOS
DESCRIPCION MATEMATICA
EMPIRISMO
CONOCIMIENTO HUMANO
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Fase de Planeación Diseño Estructural y Preliminar Estimación de las Cargas Análisis Estructural
¿Se satisfacen los requisitos de seguridad y utilidad?
No
Diseño Estructural Revisado
Sí
Fase de Construcción
Fase de planeación: A esta fase Kassimali le reconoce un papel preponderante y decisivo por que en ella se determina el sistema estructural a utilizar y muchos aspectos que no variarán en adelante. Así
mismo reconoce en esta fase la consideración de otros aspectos como los estéticos, los de impacto ambientad. Conviene resaltar que recomienda la experiencia constructiva para el buen éxito de esta fase.
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Diseño estructural Preliminar: Etapa reconocida como aquella en la que se decide las
dimensiones preliminares de los distintos elementos estructurales, dimensiones que serán usados en la fase siguiente a fin de estimar el peso propio de la estructura
Estimación de las cargas: En esta fase nos indica que se determinará todas las cargas a las que la estructura estará sometida.
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Análisis Estructural: A esta fase se la describe como la fase donde se
determina a través de métodos específicos los esfuerzos o las resultantes de los esfuerzos en los miembros, y las deflexiones en diversos puntos de la estructura.
Comprobación de Seguridad y Utilidad: A esta fase se le reconoce un carácter decisorio importante pues de la comparación de los resultados del paso anterior con los respectivos requisitos de seguridad y utilidad contenidos en los códigos, Se dará paso a la redacción de Las especificaciones técnicas Los planos Se inicia la que seria la séptima fase que es considerada por el autor únicamente en el diagrama de flujo correspondiente, seguramente por lo evidente de ello.
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Diseño Estructural Revisado: El autor señala que en el caso de que en la fase anterior
se compruebe la no satisfacción de los requisitos de los códigos, se revisarán los tamaños de los miembros y propone repetir los pasos del 3 al 5 hasta satisfacer todos los requisitos de seguridad y utilidad.
Tipos de estructuras Sistemas Estructurales
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Tabla N° 7 (R.n.e. e.030) SISTEMAS ESTRUCTURALES Acero: Pórticos dúctiles con uniones resistentes a momentos. Pórticos con Arriostres Excéntricos Pórticos con Arriostres Concéntricos Concreto Armado: Pórticos Dual De muros estructurales Muros de ductilidad limitada | Albañilería Armada o Confinada. Madera (Por esfuerzos admisibles)
Sistemas estructurales que estudiaremos Continuas Acero
Concreto
Albañileria
Madera
Pórticos
Articuladas Dúctiles Concentricamente arriostrados Excentricamente arriostrados
Pórticos Muros estructurales Dual Muros de ductilidad limitada Confinada Armada Adobe Piedra Entramado de madera (Paneles) Gadua (Caña de Guayaquil)
Planas Armaduras
Espaciales
Armaduras de madera
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Pórticos Dúctiles Resistentes a Momentos Estructuras de pórticos con nudos rígidos cuyas columnas y vigas resisten las fuerzas sísmicas por flexión y fuerza axial. Los perfiles que conforman el sistema sismorresistente son de secciones compactas según la Norma E.090 Estructuras Metálicas. Para que una sección clasifique como compacta, sus alas deben estar conectadas en forma continua al alma o almas Las relaciones ancho /espesor de sus elementos en compresión no deben exceder los límites establecidos.
Pórticos dúctiles con uniones resistentes al momento
Estructuras y Techos - Grupo Aztlán - México
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Pórticos Concéntricamente Arriostrados Estructuras
de
pórticos
cuyos
elementos
están
sometidos principalmente a fuerzas axiales. Se incluyen estructuras con arriostres en cruz y con arriostres en V concéntricos. Un caso particular son las estructuras arriostradas con el método Chevron.
Pórticos con Arriostres concéntricos
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Pórticos Excéntricamente Arriostrados Estructuras cuyos pórticos tienen arriostres diagonales,
en los que al menos uno de los extremos de cada arriostre llega a una viga a corta distancia del nudo o de otro arriostre diagonal.
Pórticos Excéntricamente Arriostrados
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Pórticos de concreto armado Por lo menos el 80 % del cortante en la base actúa sobre las columnas de los pórticos que cumplan los requisitos de la Norma
E.060 Concreto Armado. Concreto armado o reforzado — Concreto estructural reforzado con no menos de la cantidad mínima de acero, pre-esforzado o no, En caso se tengan muros estructurales, estos deberán diseñarse para resistir una fracción de la acción sísmica total de acuerdo con su rigidez.
Pórticos de concreto armado
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Sistema dual (pórtico placa) Las
acciones
sísmicas
son
resistidas
por
una
combinación de pórticos y muros estructurales. La fuerza cortante que toman los muros varía entre el 20 % y el 80 % del cortante del edificio. Los pórticos deberán ser diseñados para resistir por lo menos 25 % del cortante en la base.
Sistema dual
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Muros estructurales Sistema en el que la resistencia sísmica está dada
predominantemente por muros estructurales sobre los que actúa por lo menos el 80 % del cortante en la base. M1
M2
1Ø1/2'' 1Ø5/8''
Muros estructurales
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Muros de ductilidad limitada Edificaciones que se caracterizan por tener un sistema estructural donde la resistencia sísmica y de cargas de gravedad está dada por
muros de concreto armado de espesores reducidos, en los que se prescinde de extremos confinados y el refuerzo vertical se dispone en una sola capa. El máximo número de pisos que se puede construir con este sistema es de 7.
Muros de ductilidad limitada
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Determinación del tipo de estructura
Armaduras
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Armaduras (Puentes)
Armaduras espaciales
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Armaduras de madera
Estructuras de gadua
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Otros sistemas estructurales Estructuras neumáticas Estructuras de membrana
Estructuras de cáscara Estructuras de cables
Estructuras neumáticas Las estructuras neumáticas son membranas flexibles pretensadas a base de aire a presión, rigidizadas, en ocasiones, por cables que, frente a la acción de las cargas exteriores, desarrollan esfuerzos de tracción, por lo que constituyen una estructura muy ligera.
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Estructuras de membrana
Estructuras laminares
Son cuerpos en los cuales dos de sus dimensiones predominan sobre su espesor. Actúan principalmente por su continuidad estructural y su forma.
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Estructuras de cables Son láminas curvas, convenientemente apoyadas en las que el equilibrio de las cargas externas se logra fundamentalmente por medio de esfuerzos normales y tangenciales.
Sistema de Coordenadas Métodos de la rigidez y la flexibilidad
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Una edificación vista como un sistemas ARQUITECTURA
ESTRUCTURAS
INSTALACIONES ESPECIALES
OTROS
INSTALACIONES ELÉCTRICAS
INSTALACIONES SANITRIAS
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Sub sistemas Sistema Global. Describe todo lo que en la estructura sucede con las magnitudes vectoriales. Cargas, Desplazamientos Sistema Local. Describe lo que sucede con los elementos de la estructura individualmente. Cargas, Desplazamientos
Sub sistemas
SISTEMA GLOBAL
SISTEMA LOCAL
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Coordenada cinemática Concepto relacionado con grados de libertad (gdl) (dof). Posibilidad de movimiento determinado en los nudos de una estructura o de un
elemento, donde se puede medir un desplazamiento o una fuerza. Depende del tipo de estructura (Continua o Articulada) No tiene una convención previa en cuanto a dirección o sentido. El usuario declara la dirección o sentido positivo de cada coordenada Fuerza --- Desplazamiento Momento --- Giro
Elemento genérico en el espacio 4
6 1 3
5 2
10
12 7 9
11 8
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Elemento genérico en el plano 3
1 6
j
4
2
5
i q1, q2, q3, q4, q5, q6
d1, d2, d3, d4, d5, d5
CONSIDERACIONES PARA SIMPLIFICAR Las estructuras serán solucionadas finalmente mediante métodos matriciales por lo que será necesario disminuir (dentro de lo razonable el tamaño de las matrices. Estructuras continuas: En el caso de vigas estas pertenecen a sistemas diafragmados. En el caso de columnas estas tienen gran rigidez axial
El proceso de construcción compensa las deformaciones axiales de las columns Estructuras articuladas: El modelo que usamos desecha (por ser muy bajas) las fuerzas de corte y los mementos flectores. Solamente se usan coordenadas paralelas a los elementos
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Simplificación ELEMENTO de pórtico EN EL PLANO 3
1
2
q1, q2, q3
d1, d2, d3
Otra Simplificación (ELEMENTO de pórtico EN EL PLANO) 1
2
q1, q2
d1, d2
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Simplificación : Elemento de Pórtico en el Plano 2 1
q1, q2
d1, d2
Elemento de una armadura en el plano 1
j
2
i q1, q2,
d1, d2
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Armaduras en el plano 5
4
3
1
2
Q1, Q2, Q3, Q4, Q5
D1, D2, D3, D4, D5
4
Elementos de una armadura
2
3
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