Introducción al Análisis Estructural Ing. Victor Aguilar V. Prof. Adjunto Inst. de Arquitectura, UACh.
El diseño arquitectónico y el estructural son inseparables
Valdivia, 2014
Programa del Módulo
Clase 1
Temario Conceptos de Mecánica : estática, dinámica, Fuerza, Momento, Tipos de apoyo Materiales de construcción: Hormigón, Acero, Madera, Albañilería, fibras (características, nomenclatura, identificación)
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Resistencia de materiales : Concepto de tensión
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Resistencia de materiales : Elasticidad y Ductilidad, Rigidez y Resistencia.
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Concepto de Tracción, Ejemplos : Cadenas, cables, cuerdas; puentes colgantes; membranas Concepto de Compresión, Ejemplos : Columnas, muros gravitacionales; arcos ; cúpulas. Problema de Pandeo
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Concepto de Flexión, Ejemplos : Vigas macizas; estructuras laminares; estructuras de marcos rígidos Concepto de Corte, Ejemplo de Estructuras: Muros, Consolas, Vigas de Acople
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Tipos de Solicitaciones: Mención a la normativa nacional Sismicidad de Chile
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Vicios Estructurales: Columna corta, piso blando, excentricidad.
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Laboratorio
Como proyecto hay dos alternativas de trabajo en grupo.
1. Hacer una columna de papel de 45cm de altura. 2. Hacer una viga de tallarines de 80cm de luz libre.
En la entrega de taller, deben incluir una lámina de estructuras
1. Mecánica La mecánica es la rama de la física que estudia las fuerzas y sus efectos sobre los cuerpos.
Estática • Suma de fuerzas igual cero
Dinámica • Suma de fuerzas diferente de cero: masaxaceleracion
Fuerza Aquella que tiende a ejercer un movimiento, se representa vectorialmente.
¿ Que fuerzas solicitan a una estructura, como es su distribución?¿Son estáticas o dinámicas?
Momento El momento de una fuerza es la tendencia de la fuerza a provocar que un objeto gire
Tipos de apoyo ¿Cómo y dónde se apoya una estructura?
Tipos de apoyo Modelo: articulado o empotrado
Apoyo articulado móvil
Apoyo articulado fijo
Apoyo Empotrado
Permite el giro, restringe el movimiento en y
Permite el giro, restringe el movimiento en xey
No Permite el giro, restringe el movimiento en x e y
2. Materiales de construcción 2.1 Hormigón Armado: Material compuesto
¿Como se especifica un hormigón para uso estructural? ¿Qué acero de refuerzo se usa?
2. Materiales de construcción 2.2 Acero
¿Como se especifica un acero para uso estructural?
2. Materiales de construcción 2.3 Madera
¿Como se especifica la madera para uso estructural?
2. Materiales de construcción 2.4 Albañilería
2. Materiales de construcción 2.5 Otros: Fibras
Concepto de Esfuerzo Magnitud que representa la fuerza por unidad de área en un punto de una sección o superficie.
F A
Ejercicio Calcular la tensión en el cable más solicitado del problema de la figura (ambos cables de 15mm de diámetro). El sistema soporta el peso de un bloque cúbico de lado 2m. de densidad 700 kg/m3.
Resistencia de materiales Determinar el material más conveniente, la forma y dimensión mas adecuada según el uso un elemento en estudio.
Relaciones Tensión deformación Sobre probetas estandarizadas según material se realizan ensayos de carga uniaxial (tracción o compresión)
L L
Relaciones Tensión deformación Materiales dúctiles
Materiales frágiles
Endurecimiento
Plástica
Plástica Lineal
Lineal
YouTube: Ensayo de tracción - Resistencia de Materiales
Relaciones Tensión deformación
Flexibilidad y ductilidad Dos conceptos usados como sinónimos comúnmente pero que en estructuras tienen significados muy diferentes. Flexibilidad: Facilidad para deformar un elemento. Ductilidad: Capacidad de un material para desarrollar deformaciones plásticas sin fracturarse prematuramente. (lo contrario Fragilidad)
Rigidez y Resistencia Otros dos conceptos usados como sinónimos comúnmente pero que en estructuras tienen significados muy diferentes. Rigidez: Dificultad para deformar un elemento (antónimo de flexibilidad) Resistencia: Magnitud de un esfuerzo que un elemento es capaz de soportar sin presentar deformaciones (admisible) o daño excesivo (Última).
LA TRACCIÓN Esfuerzo que estira los elementos
Ejemplos de Estructuras en Tracción
Pasarela Huérfanos, Stgo. Puente Atirantado
Tirolesa.
Ejemplos de Estructuras en Tracción
Golden Gate Bridge Puente Colgante, L=1280 m Dorton Arena, Carolina del Norte. Membranas tensadas, 90mx60m
Ejemplos de Estructuras en Tracción
Pabellon Fuji Estructuras Neumáticas: Membranas tensadas por diferencias de presión
Puentes en arco con cables
Compresión Esfuerzo que contrae los elementos
Ejemplos Estructuras en compresión
Parthenon, Grecia Columnas
Arco de medio punto, Típico romano Muro contención gravitacional
Ejemplos Estructuras en compresión
Catedral Tarragona, España Bóvedas curvas
Basílica de San Pedro, Roma Cúpulas
Ejemplo Estructuras en Compresión
EL oceanografico, Valencia Cascarones de pared delgada (ver obra de Felix Candela)
Domo Geodésico El planetario, Alemania
Problema del Pandeo ¿Cómo falla un bloque? ¿Cómo falla una columna?
Problema del Pandeo Equilibrio Inestable
Pandeo :
¿Cuándo ocurre el pandeo? Sección Transversal , Longitud -> Esbeltez Modulo de elasticidad Modos de Pandeo
Flexión El esfuerzo que “dobla” los elementos
Puente Viga Voladizos
Ejemplos Estructuras en Flexión
Losas de piso
Muro de contención Voladizo
Ejemplos Estructuras en Flexión Vigas en flexión Pilares en flexo-compresión
Corte Cuando las fuerzas que soporta la pieza tienden a cortarla
Ejemplos de estructura en corte
Muros y vigas de acople en edificios
Normalización en Ingeniería Estructural
Solicitaciones de Diseño y Combinaciones 1. Peso muerto y Sobrecargas de uso (NCh1537)
2. Carga de Nieve (NCh431) 3. Carga de viento (NCh432)
Terremotos Magnitud (Richter/Momentos): Medida cuantitativa de la energía liberada por un sismo. Intensidad (Mercalli): Medida cualitativa de los efectos de un sismo, percepción y destrucción.
Sismicidad de Chile
Sismo-génesis
a. Sismicidad interplaca: producida en el contacto de las placas Sudamericana y de Nazca, b. Sismicidad intraplaca: aquella actividad que ocurre dentro de la placa de Nazca. c. Sismicidad cortical: es aquella sismicidad que ocurre en el interior de la placa Sudamericana, principalmente en los sectores precordilleranos y cordilleranos, d. Sismicidad de 'outer-rise': producida por la flexión de la placa de Nazca previa a la subducción. Es caracterizada por generar eventos de magnitud moderada.
4. Carga sísmica (NCh433) - 4.1 Zona Sísmica - 4.2 Tipo de Suelo 4.2 Zonificación Sísmica : 1 Bajo, 2 Medio, 3 Alto
4.2 Clasificación sísmica de suelos
Suelos rígidos
Suelos flexibles
Ojo con la resonancia Suelo Rígido Suelo Flexible
Estructura flexible Estructura rígida
Resonancia Vibración del Suelo Por sismo Vibración propia de la estructura
Interacción Suelo-Estructura
5. Combinaciones de carga (NCh3171) Estado Límite Servicio
Estado Límite Último
Estructuración Resistencia: Debe tener la capacidad de resistir las cargas a las que estará sometida durante su vida útil.
Serviciabilidad: Las deformaciones y vibraciones deben estar en un rango que no afecte la funcionalidad del inmueble. Durabilidad: Todos los elementos pertenecientes a la estructura deben tener las secciones suficientes para mantener inalterables sus propiedades resistentes durante toda su vida útil. Para esto se deben proyectar las medidas constructivas que permiten la protección frente a las acciones climáticas, la lluvia, la corrosión, etc. Ductilidad: La estructura debe tener la capacidad de disipar energía frente a la acción de un sismo, sin perder su estabilidad. La filosofía de diseño sismorresistente preponderante en la práctica nacional es permitir el daño como mecanismo de disipación de energía, sin embargo el edificio no debe colapsar durante eventos sísmicos severos (condición de no colapso).
Forma en planta
Forma en planta para Ed. de albañilería
Concentración de tensiones
Regularidad en Elevación
Evitar Columnas Cortas
GRACIAS!
Introducción al Análisis Estructural Ing. Victor Aguilar V. Prof. Adjunto Inst. de Arquitectura, UACh.
El diseño arquitectónico y el estructural son inseparables
Valdivia, 2014
