1.) PRINCIPIOS BASICOS DEL ANALISIS ESTRUCTURAL. El análisis estructural es una disciplina que constituye uno de los pilares pilares de la carrera de ingeniería ingeniería civil, mecánica y arquitectura arquitectura;; su dominio es indi indisp spens ensab able le para para los los profe profesi sion onal ales es que que se dedic dedican an al dise diseño ño de estructuras tales como rascacielos, puentes, presas, plantas industriales, plat plataf afor orma mass marí marítitima mas, s, etc. etc. Como Como asig asigna natu tura, ra, el anál anális isis is estr estruc uctu tural ral contribuye al entrenamiento en el manejo de conceptos abstractos y a la adqu adquis isic ició ión n de abi abililida dades des inte intele lect ctua uales les requer requerid idas as para para el ejerc ejercic icio io profesional de la ingeniería. !as !as cond condic icio ione ness que, que, en prin princi cipi pio, o, debe debe satis satisfa face cerr todo todo anál anális isis is estructural son las de equilibrio y las de compatibilidad teniendo en cuenta el comportamiento tenso"deformacional de los materiales. #enera #eneralme lmente nte,, las condici condiciones ones de compat compatibi ibilid lidad ad o las relaci relacione oness tenso"d tenso"defo eforma rmacio cional nales es de los materia materiales les result resultan an difíci difíciles les de satisf satisface acer r estr estric icta tame ment nte, e, por por lo que que pued pueden en adopt adoptars arse e solu soluci cion ones es en que que estas estas condiciones condiciones se cumplan cumplan parcialmente, parcialmente, siempre que sean equilibradas equilibradas y que se satisfagan a posterioridad las condiciones de ductilidad apropiadas.
2.) SISTEMA SISTEMA ESTRUCTURA ESTRUCTURAL: L: Es un ensamblaje de miembros o elementos independientes para conformar un cuerpo $nico y cuyo objetivo es darle solución %cargas y forma& forma& a un problema civil determinado. En algunos casos los elementos no se distinguen como individuales sino que la estructura constituye en si un sistema continuo como es el caso de domos, losas continuas o maci'as y muros, y se anali'an siguiendo los conceptos y principios básicos de la mecánica.
El sistema estructural constituye el soporte básico, el arma'ón o esqueleto de la estructura total y (l transmite las fuer'as actuantes a sus apoyos de tal manera que se garantice seguridad, funcionalidad y economía. En una estructura se combinan y se juega con tres aspectos) " " "
*orma materiales y dimensiones de elementos cargas. !os cuales determinan la funcionalidad, economía y est(tica de la solución propuesta.
Sistemas estructurales i!erest"tic#s. +on aquellos sistemas estables, para calcularlos se recurren a diversos m(todos motivados a que la estructura es estáticamente indeterminada. atemáticamente una estructura es iperestática cuando el n$mero de incógnitas es mayor que el n$mero de ecuaciones, por tanto el valor obtenido en la ecuación de grado de iperestaticidad es mayor a cero.
Sistemas estructurales is#st"tic#. +on aquellos sistemas estables y para calcularlos se recurren a las ecuaciones de equilibrio estático. atemáticamente
una estructura es
isostática cuando el n$mero de incógnitas es igual al n$mero de ecuaciones, por tanto el valor obtenido en la ecuación de grado de indeterminación es igual a cero.
T#$#s l#s sistemas estructurales est"% i%te&ra$#s !#r c#m!#%e%tes. Las c#m!#%e%tes !ri%ci!ales $e u%a estructura s#% las si&uie%tes: Tira%tes: aquellos miembros sometidos solo a fuer'as a-iales de tensión. !a carga se aplica a los tirantes solamente en los e-tremos. !os tirantes no pueden resistir fuer'as generadas por fle-ión.
C#lum%as: elemento estructural que transmite, a trav(s de compresión, el peso de la estructura sobre otros elementos estructurales que se encuentran debajo. Estas pueden ser diseñadas para resistir las fuer'as laterales del viento o de los movimientos sísmicos. !as columnas son frecuentemente usadas para soportar vigas o arcos sobre los cuales las partes superiores de las paredes o tecos descansan.
Dia'ra&mas: componentes estructurales que son placas planas generalmente los diafragmas tienen una muy alta rigide' en su plano. Com$nmente se usan en pisos y muros cortantes. !os diafragmas pueden salvar claros entre vigas o columnas. ueden estar rigidi'ados con costillas para resistir mejor las fuer'as fuera de su plano.
Clasi'icaci(% $e Sistemas Estructurales /.
Sistema $e #rma Acti*a: Estructuras que trabajan a tracción o compresión
0.
simples, tales como los cables y arcos. Sistemas $e +ect#r Acti*#: Estructuras en estados simultáneos de esfuer'os de tracción y compresión, tales como las cercas planas y
1.
espaciales. Sistemas $e Masa Acti*a: Estructuras que trabajan a fle-ión, tales como las
2.
vigas, dinteles, pilares y pórticos. Sistemas $e Su!er'icie Acti*a: Estructuras en estado de tensión superficial, tales como las placas, membranas y cáscaras %3ro'co,/444&.
Sistemas $e #rma Acti*a. Ca,les: !os cables son estructuras fle-ibles debido a la pequeña sección transversal en relación con la longitud. Esta fle-ibilidad indica una limitada resistencia a la fle-ión, por lo que la carga se transforma en tracción y tambi(n ace que el cable cambie su forma seg$n la carga que se aplique.
Arc#s +i se invierte la forma parabólica que toma un cable, sobre el cual act$an cargas uniformemente distribuidas seg$n una ori'ontal, se obtiene la forma ideal de un arco que sometido a ese tipo de carga desarrolla sólo fuer'as de compresión. El arco es en esencia una estructura de compresión utili'ado para cubrir grandes luces.
Sistemas $e +ect#r Acti*# Cercas: Consid(rese aora la estructura obtenida volcando el cable acia arriba y refor'ando sus tramos rectos con el fin de conferirles resistencia a la compresión. !a 5fleca negativa5 o elevación modifica la dirección de todas las tensiones y el cable invertido se convierte entonces en una estructura de compresión pura) es el ejemplo más simple de armadura. !as barras comprimidas transmiten a los soportes la carga aplicada a la parte superior de la armadura, sobre los apoyos act$an fuer'as verticales iguales a la mitad de la carga y los empujes dirigidos acia afuera. El empuje puede absorberse por medio de contrafuertes de material resistente a la compresión como la mampostería, o un elemento de tracción tal como un tensor de acero. Estas armaduras elementales de madera con tensores de ierro, se construyeron en la Edad edia para sostener los tecos de pequeñas casas e iglesias.
Sistemas $e !is#s: Consiste en una estructura plana conformada por la unión varios elementos %cáscara, viga, cerca& de tal manera que soporte cargas perpendiculares a su plano. +e clasifican por la forma en que transmiten la carga a los apoyos.
Sistemas $e mur#s: Es un sistema construido por la unión de muros en direcciones perpendiculares y presenta gran rigide' lateral. Este sistema es uno de los más usados en edificaciones en 'onas sísmicas.
Sistemas $e Su!er'icie Acti*a Placas !os sistemas de entramado son particularmente eficientes para transferir cargas concentradas y para lograr que toda la estructura participe en la acción portante. Esta eficiencia se refleja no sólo en la mejor distribución de las cargas sobre los apoyos, sino en la menor relación espesor a lu' de los entramados rectangulares. !a relación espesor a lu' en los sistemas de vigas paralelas empleados en la construcción corriente varía entre 6/7/8, /7029, seg$n el material de las vigas.
uer-as estructurales Es el esfuer'o que debe soportar una estructura predeterminada, se anali'an mucos esfuer'os, pero los esfuer'os estructurales que más se consideran son los esfuer'os de compresión, y el esfuer'o de fle-ión de los materiales. El esfuer'o de compresión se calcula con la siguiente fórmula)
e/A D(%$e: e Esfuer'o %Ej. :eton sobre metro cuadrado,
*uer'a %Ej. :etons o / :etons&
A ?rea %Ej. metro cuadrado, pi( cuadrado, centimetro cuadrado, etc.&
El cálculo de los esfuer'os de compresión, se utili'ará para los casos en que la fuer'a se aplica sobre el eje de la estructura. En este caso, vemos una columna que sostiene la vía de una ontaña @usa. En el momento que el tren pasa por la columna, el peso ejerce una fuer'a sobre el eje de la columna. El área que se tiene que considerar, es área que tenga la sección de la columna. En este caso es una sección circular cómo se muestra en el círculo con la A. El esfuer'o de fle-ión má-ima es el esfuer'o que se aplica sobre alguna de las caras laterales de una viga. Este esfuer'o se calcula con diferentes fórmulas seg$n diferentes casos. ero antes de anali'ar cada caso, es importante mencionar el concepto de momento de inercia) El momento de inercia es una propiedad geom(trica de un área con respecto a un eje de referencia. !a e-plicación de este concepto requiere de conocimientos matemáticos medianamente elevados. El cálculo del momento de inercia depende de la forma que tenga la sección del material que se est( anali'ando. En el caso de las montañas rusas, se cuentan con 1 tipos de secciones. !a circular, la cilíndrica, y la rectangular. Aquí se muestran las secciones con sus respectivas fórmulas. B = omento de inercia. 3tro concepto importante es el momento fle-ionante que al igual que el momento de inercia requiere una e-plicación matemática compleja. = omento má-imo *le-ionante, y = *uer'a aplicada. na ve' anali'ados estos conceptos encontramos que el esfuer'o de fle-ión se calcula con la siguiente fórmula)
e Mc / I D(%$e: e Esfuer'o de fle-ión %Ej. libras sobre pulgadas al cuadrado, o ascales& M omento fle-ionante %Ej. !ibras por pulgadas, o :eton por metro& c Distancia desde el centro asta un e-tremo de una sección de una viga %Ej. ulgadas, o etros&
I omento de inercia %Ej. ulgadas a la cuarta, o etros a la cuarta& Es importante resaltar que en el cálculo de este esfuer'o se debe calcular adecuadamente el momento de inercia y el momento fle-ionante, ya que de esto depende que nuestro valor sea correcto.
0.) IDEALIACION ESTRUCTURAL DIA3RAMAS DE LINEAS) ara un cálculo con relativa sencille' y e-actitud en las diferentes partes de una estructura es necesario representar la estructura de una manera sencilla de análisis. !as componentes estructurales tienen anco y espesor. !as fuer'as concentradas rara ve' act$an en un punto aislado; generalmente se distribuyen sobre áreas pequeñas. +in embrago, si estas características se consideran con detalle, el análisis de una estructura será muy difícil si no que imposible de reali'ar. El proceso de reempla'ar una estructura real por un sistema simple susceptible de análisis se llama ideali'ación estructural. A menudo, las líneas locali'adas a lo largo de las líneas centrales de las componentes representan a las componentes estructurales. El croquis de una estructura ideali'ada de esta manera se llama diagrama de líneas.
La !re!araci(% $e l#s $ia&ramas $e l4%eas se muestra e% la 'i&ura. a) se muestra un puente de vigas para ferrocarril. !os largueros de piso se apoyan en varias pilas, las cuales a su ve' se apoyan en el leco del rió.
,) +e muestra una representación com$n de este puente para su análisis. +e supone que las pilas son soportes inamovibles. !as vigas descansan sobre rodillos que se apoyan en los soportes. Este es un diagrama típico de un sistema estructural para el análisis.
Reemplazo de una estructura y sus fuerzas por un diagrama de líneas.
a) !os nudos de las armaduras a menudo son ecos con grandes placas de cone-ión o de nudo que, como tales, pueden transferir momentos a los e-tremos de los miembros.
,) ara fines de análisis podemos suponer que la armadura consta de un conjunto de líneas conectadas por pasadores.
Diagrama de línea de una parte de una armadura de acero.
5.) COMPUTADORA EN EL AN6LISIS ESTRUCTURAL. !a introducción del ordenador dentro del proceso constructivo a contribuido a mejorar notablemente la fase de diseño. +e an reducido los costes y tiempos de diseño, y tambi(n a disminuido el tiempo de respuesta ante los cambios de producción. Además mues t r a el pr oc es o c ompl et o de f abr i c ac i ón de un d et e r mi n ad op r o du c t oc o nt o da s yc a d au na d es u sc a r a c t e r í s t i c a sc o mo t a ma ño ,c o nt o r n o,e t c .T o do e s t os eg r a ba e nl ac o mp ut a do r ae nd i b uj o s bi di mens i onal esot r i di mens i onal es .Es t osdi buj osodi s eñoss eguar danenl a c o mp ut a do r a . As ís ic r e ad or p ue de c o n p os t e r i o r i d ad me j o r a r l o s ,o c ompar t i r l osconot r ospar aper f ec c i onars udi s eño.
En el campo de la construcción revoluciono completamente el diseño de construcciones, ya que se puede ser más preciso y rápido en su elaboración ya que es fácil y seguro, el diseñar por medio de los programas de computación.
7.) M8TODO DE CROSS El (todo de redistribución de momentos o m(todo de Cross / es un m(todo de análisis estructural para vigas estáticamente indeterminadas y marcos7pórticos planos, desarrollado por ardy Cross. El m(todo solo calcula el efecto de los momentos flectores e ignora los efectos a-iales y cortantes, lo cual es suficiente para fines prácticos en barras esbeltas.
9.) ESTRUCTURA: or estructura se entiende a la distribución y orden de las partes más importantes que componen un todo. Es entidad física de carácter unitario, concebida como una organi'ación de cuerpos dispuestos en el espacio de modo que el concepto del todo domina la relación entre las partesF +eg$n esta definición vemos que una estructura en un ensamblaje de elementos que mantiene su forma y su unidad. n ejemplo de estructura es un C, debido a que esta compuesto por diferentes elementos tanto internos como e-ternos %los cuales lo acen una entidad física de carácter unitario, es decir acen un solo cuerpo&, los cuales se relacionan entre si por medio de su ensamblaje para mantener su forma y unidad, y así poder cumplir la función para la cual fue elaborado.
Re!u,lica B#li*aria%a $e +e%e-uela Mi%isteri# $el P#$er P#!ular !ara la De'e%sa U%i*ersi$a$ Naci#%al E!erime%tal P#lit;c%ica $e la uer-a Arma$a cle# A%-#"te&ui? Ete%si(% Puert# Piritu
“Estructura II” Pr#'es#r:
I%te&ra%tes:
+III SEMESTRE IN3. Ci*il
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