UNIVERSIDAD RURAL DE GUATEMALA GUATEMALA INGENIERIA CIVIL IX SEMESTRE ANÁLISIS ESTRUCTURAL ING. RONALD ASIG
TEMA:
TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL
ALEXIS ABRAHAM PEREIRA MORALES 012-059-0093 EBRERO 20 DEL 201!
TIPOS DE ESTRUCTURAS ESTRUCTURA “Entidad física de carácter unitario, concebida como una organización de cuerpos dispuestos en el espacio de modo que el concepto del todo domina la relación entre las partes”. Según esta definición vemos que una estructura en un ensamblae de elementos que mantiene su forma ! su unidad. Sus obetivos son" resistir cargas resultantes de su uso ! de su peso propio ! darle forma a un cuerpo, obra civil o máquina. Eemplos Eemplos de estructura estructurass son" puentes, torres, edificios, edificios, estadios, tec#os, barcos, aviones, maquinarias, presas ! #asta el cuerpo #umano.
SISTEMA ESTRUCTURAL Es un ensamb ensambla lae e de miembr miembros os o element elementos os indepen independie diente ntess para para confor conformar mar un cuerpo único único ! cu!o obetivo obetivo es darle solución solución $cargas ! forma% a un problema problema civil determinado. &a mane manera ra de ensa ensamb mbla lae e ! el tipo tipo de miem miembr bro o ens ensambl amblad ado o defi define nen n el comportamiento final de la estructura ! constitu!en diferentes sistemas estructurales. En algunos casos los elementos no se distinguen como individuales sino que la estructura constitu!e en si un sistema continuo como es el caso de domos, losas continuas o macizas ! muros, ! se analizan siguiendo los conceptos ! principios básicos de la mecánica. El sistema estructural constitu!e el soporte básico, el armazón o esqueleto de la estructura total ! 'l transmite las fuerzas actuantes a sus apo!os de tal manera que se garantice seguridad, funcionalidad ! economía. En una estructura se combinan ! se uega con tres aspectos" ()*+ +-E*&ES +-E*&ES / 0+E1S)1ES 0E E&E+E1-)S 2*3S
&os cuales determinan la funcionalidad, economía ! est'tica de la solución propuesta.
INGENIERÍA ESTRUCTURAL “Es el arte de idealizar materiales a los cuales no se les conoce bien sus propiedades, para construir formas que no sabemos analizar, de tal manera que soporten cargas que ignoramos ! sin embargo se comporten satisfactoriamente $todo esto sin que la gente se de cuenta%” $autor desconocido%. ngeniería estructural es la aplicación de los conocimientos de la +ecánica, ciencia que estudia las fuerzas ! sus efectos, al arte de dise4ar estructuras. En el análisis estructural conugamos conocimientos de ciencias básicas aplicadas al arte de la ingeniería para encontrar fuerzas ! deformaciones en una estructura. El ingeniero estructural se encarga del arreglo ! dimensionamiento de las estructuras ! sus partes, de tal manera que soporten satisfactoriamente las cargas colocadas sobre ellas. 5ueden servir de a!uda a otros ingenieros en pro!ectos especiales. El ingeniero por medio de los conocimientos, físicos ! matemáticos, crea modelos, a los que aplica ecuaciones ! puede por lo tanto planear, conocer ! rectificar una estructura antes de ser construida. unque la ingeniería estructural no es una ciencia, ella posee un m'todo propio. Este m'todo nos permite analizar ! dise4ar estructuras de una manera estándar en cualquier parte del mundo. Solo unos pocos más adelantados estarían innovando ! creando nuevos m'todos más simplificados.
O"#$%&'( G$)$*+, dentificar, estudiar alternativas, seleccionar, analizar ! verificar resultados de la solución estructural a un problema ingenieril, teniendo presentes los criterios de )/&()+,&+ $/()(+ 4 $6*&+. En el dise4o estructural completo se distinguen dos etapas" análisis ! dise4o.
O"#$%&'( $, A)7,&& 0eterminar fuerzas internas $a6iales, cortantes, momentos% ! deformaciones de una estructura, sobre la base de" una forma dada de la estructura, del tama4o ! propiedades del material usado en los elementos ! de las cargas aplicadas.
O"#$%&'( $, D&$8( Selección de la forma, de los materiales ! detallado $dimensiones, cone6iones ! refuerzo% de los componentes que conforman el sistema estructural.
mbas etapas son inseparables, parecería que se empieza por el dise4o, !a que es en esta etapa donde se crea ! luego se analiza, pero las cosas no terminan a#í, se requiere verificar que las fuerzas encontradas en el análisis, si son soportadas ! resistidas con los materiales ! dimensiones seleccionadas, por lo tanto volveríamos al dise4o, es decir, el proceso es iterativo.
PRINCIPIOS DEL DISEO ESTRUCTURAL SEGURIDAD UNCIONALIDAD ECONOMÍA 7na estructura se dise4a para que no falle durante su vida útil. Se reconoce que una estructura falla cuando dea de cumplir su función de manera adecuada. &as formas de falla pueden ser" falla de servicio o falla por rotura o inestabilidad. &a falla de servicio es cuando la estructura sale de uso por deformaciones e6cesivas !a sean elásticas o permanentes. &a falla por rotura $resistencia% o inestabilidad se da cuando #a! movimiento o separación entre las partes de la estructura, !a sea por mal ensamblae, malos apo!os o rompimiento del material.
SEGURIDAD: &a seguridad se determina controlando las deformaciones e6cesivas que obligan a que salga de servicio o el rompimiento o separación de alguna de sus partes o de todo el conunto. 7na de las condiciones de seguridad, la estabilidad, se puede comprobar por medio de las le!es de equilibrio de 1e8ton. En el caso particular de fuerzas estáticas la ecuaciones generales del equilibrio son" , las cuales deben ser satisfec#as por la estructura en general ! por cada una de sus partes. El principio de acción ! reacción es uno de los conceptos básicos de uso general en las estructuras, encontrar fuerzas actuantes ! fuerzas resistentes #ace parte del diario de la ingeniería estructural. Este principio dice" “para toda fuerza actuante debe #aber algo que produzca una reacción que contrarreste el efecto o en otras palabras para una fuerza actuante e6iste una reacción de igual magnitud, dirección pero sentido contrario”.
UNCIONALIDAD: &a estructura debe mantenerse en funcionamiento durante su vida útil para las cargas de solicitación. 7n puente que presenta deformaciones e6cesivas daría la sensación de inseguridad ! la gente dearía de usarlo, en ese momento dea de ser funcional. ECONOMÍA: El aprovec#amiento de los recursos determina un reto para el dise4o estructural. En la economía se conuga la creatividad del ingeniero con su conocimiento.
TIPOS DE ESTRUCTURAS Se reconocen dos tipos de estructuras" reticulares $frame% ! estructuras tipo placa o cascaron $S#ell%. ESTRUCTURAS RETICULARES Se componen por barras rectas o curvas unidos en sus e6tremos por pasadores o soldadura.
nálisis de un edificio en estructura reticular de pórticos utilizando un programa comercial de análisis. Estructura deformada.
ESTRUCTURAS PLACA O CASCAR;N Se constru!e de losas continuas curvas o planas con apo!os por lo general en forma continua en sus bordes.
nálisis de una estructura con elementos placa o cascarón. En este caso están constituidos por los muros de la vivienda ! se realiza por medio de elementos finitos.
ELEMENTOS ESTRUCTURALES MAS COMUNES
E,$$)%( %&<( C+",$: 1o posee rigidez para soportar esfuerzos de fle6ión, compresión o cortantes. l someter a cargas a un cable este cambia su geometría de tal manera que las cargas son soportadas por esfuerzos de tracción a lo largo del elemento. Siempre encontraremos que cuando aplicamos una fuerza el cable tendrá otra geometría.
7n cable bao su propio peso adquiere la forma del diagrama de momentos de tal manera que al encontrar las fuerzas internas en cualquiera de sus puntos el valor del momento sea cero ! solo presente componente de tracción.
7n cable bao carga puntual se deforma de tal manera que el momento interno en todo el tramo sea igual a cero. &os cables no tienen rigidez a fle6ión.
Es un elemento con poca I $inercia% ! poca A transversal $área% pero con una gran resistencia a la tracción.
E,$$)%( %&<( C(,)+ " Es un elemento con dos dimensiones peque4as comparadas con la tercera dimensión. &as cargas principales actúan paralelas al ee del elemento ! por lo tanto trabaa principalmente a compresión. -ambi'n puede verse sometido a esfuerzos combinados de compresión ! fle6ión.
E,$$)%( %&<( '&6+: Es un elemento que tiene dos de sus dimensiones muc#o menores que la otra ! recibe cargas en el sentido perpendicular a la dimensión ma!or. Estas características geom'tricas ! de carga #acen que el elemento principalmente est' sometido a esfuerzos internos de fle6ión ! de cortante. Es un elemento que debe tener la suficiente I $inercia transversal% !A $área transversal% para soportar estos tipos de esfuerzos. *ecordemos que los esfuerzos de fle6ión
dependen directamente de la inercia de la sección $ indirectamente del área $
% ! los de cortante
donde Q , es el primer momento del área%.
E,$$)%( %&<( A*/(" Se comporta o es similar a un cable invertido aunque posee rigidez ! resistencia a fle6ión. Esta característica lo #ace conservar su forma ante cargas distribuidas ! puntuales. 0ebido a su forma los esfuerzos de compresión son muc#o mas significativos que los de fle6ión ! corte.
Sus esfuerzos principales son compresión ! esto permite que su sección transversal sea peque4a relacionada con la luz o claro entre sus apo!os. En el caso de cargas asim'tricas el esfuerzo de fle6ión empieza a ser notable ! el arco debe tornarse mas grueso.
E,$$)%( %&<( C$*/=+: Es un elemento cu!a área transversal es peque4a comparada con su longitud ! está sometido a cargas netamente a6iales aplicadas en sus e6tremos. 5or su geometría ! tipo de cargas actuantes soporta solamente fuerzas de tracción ! de compresión. Su comportamiento netamente a6ial e6ige que sus cone6iones a otros elementos o soportes sean rotulas sin rozamiento. Sin embargo en la practica se constru!en uniones rígidas que obligan a mantener la geometría de la sección ! la posición de los nudos. Esto #ace que las peque4as deformaciones de alargamiento o acortamiento de los elementos por sus tensiones a6iales, no se disipen en deformaciones de los nudos ! producen entonces esfuerzos de fle6ión en los elementos. Estos esfuerzos de fle6ión son mu! peque4os comparados con sus grandes fuerzas a6iales ! no se tienen en cuenta en su análisis ! dise4o.
E,$$)%( %&<( /+/+*(): 5ueden ser fle6ibles, en este caso se denominan membranas, o rígidos ! se denominan placas. +embrana" no soporta esfuerzos de fle6ión, es como si fueran cables pegados. -rabaa por tracción netamente
2ascaron o placa" tiene rigidez a fle6ión es decir trabaa principalmente por compresión, pero se asocia con esfuerzos cortantes ! flectores mínimos.
E,$$)%( %&<( *(: Estos elementos se caracterizan por tener dos de sus dimensiones muc#o mas grandes que la tercera dimensión ! porque las cargas actuantes son paralelas a las dimensiones grandes. 0ebido a estas condiciones de geometría ! carga, el elemento trabaa principalmente a cortante por fuerzas en su propio plano. dicionalmente a esta gran rigidez a corte los muros tambi'n son aptos para soportar cargas a6iales siempre ! cuando no se pandeen.
PRINCIPALES SISTEMAS ESTRUCTURALES
2erc#as rmaduras planas ! espaciales +arcos o pórticos planos ! espaciales Sistemas combinados o duales Sistemas de muros Sistemas de piso Sistemas continuos 2E*29S" Este sistema combina elementos tipo cerc#a donde la disposición de los elementos determina la estabilidad. 5ueden ser planas ! espaciales
*+07*S" En este sistema se combinan elementos tipo cerc#a con elementos tipo viga o columna unidos por articulaciones.
+*2)S ) 5:*-2)S" Este sistema conuga elementos tipo viga ! columna. Su estabilidad está determinada por la capacidad de soportar momentos en sus uniones. 5ueden ser planos ! espaciales
SS-E+S 0E 5S)S" 2onsiste en una estructura plana conformada por la unión varios elementos $cáscara, viga, cerc#a% de tal manera que soporte cargas perpendiculares a su plano. Se clasifican por la forma en que transmiten la carga a los apo!os en bidireccionales ! unidireccionales.
SS-E+S 0E +7*)S" Es un sistema construido por la unión de muros en direcciones perpendiculares ! presenta gran rigidez lateral. Este sistema es uno de los mas usados en edificaciones en zonas sísmicas.
0)+)S, 2&)S / -1;7ES
SS-E+S 2)+<10)S 5* E0(22)1ES" Se aprovec#an las cualidades estructurales de los elementos tipo muro con las cualidades arquitectónicas de los sistemas de pórticos. &as características de rigidez lateral tambi'n se pueden lograr por medio de riostras que trabaan como elementos tipo cerc#a.$ ver figura%.
SS-E+S +S=)S" 5resas o elementos en > dimensiones MATERIALES
El tipo de material usado en la estructura define la resistencia, la fle6ibilidad, la durabilidad ! muc#as otras características de la estructura. Entre los materiales
mas comunes están el #ormigón, acero, madera, piedra, unidades de arcilla cocida, plástico, etc. 2omo se mencionaba al principio en la definición de ingeniería estructural, el avance en el conocimiento de las propiedades de los materiales nos permite que nuestro análisis se acerque mas a la realidad. Es parte de nuestra labor seleccionar adecuadamente los materiales para lograr que nuestra estructura sea segura, económica ! factible. -engamos en cuenta que el seleccionar presupone un buen conocimiento de las propiedades mecánicas del material elegido. PRINCIPIO DE SUPERPOSICI;N
&a respuesta de una estructura debida a un numero de cargas aplicadas simultáneamente es la suma de las respuestas de las cargas individuales, aplicando por separado cada una de ellas a la estructura? siempre ! cuando para todas las cargas aplicadas ! para la suma total de ellas los desplazamientos ! esfuerzos sean proporcionales a ellas. Esto implica que para aplicar el principio de superposición necesitamos trabaar con materiales elásticos, que cumplan la le! de 9oo@e. Si la estructura a analizar cumple con estos requisitos podemos usar la teoría elástica en su estudio. A;u' otras teorías e6isten para analizar estructuras que no cumplan con una relación lineal de esfuerzos desplazamientosB
3ráfica fuerza vs deformación para un elemento constituido con un material perfectamente elástico 2uando se #abla de respuesta se refiere a los desplazamientos ! a las fuerzas internas. 5or el principio de superposición podemos e6presar los efectos totales como la suma de efectos de cargas parciales"
MODELADO DE LA ESTRUCTURA El modelado es la abstracción de lo real al papel de tal manera que me permita analizarlo ! dise4arlo. En el modelado se debe tener bastante cuidado para que la representación del sistema sea lo mas parecido a la realidad? la ubicación ! determinación de los apo!os, la selección del tipo de elemento, la combinación de estos ! sus uniones uegan un papel primordial en esta etapa. En este curso trabaaremos principalmente con estructuras reticulares, aquellas cu!os elementos tienen una de sus dimensiones muc#o mas grande que las otras dos. El modelado de este tipo de estructuras se #ace por medio de líneas que representan el ee centroidal de la sección de los elementos.
0iagrama de líneas que representa la estructura.
INTRODUCCI;N 7na estructura en ingeniería 2ivil es la entidad física de carácter unitario, concebida como una organización de cuerpos dispuestos en el espacio de modo que el concepto del todo domina la relación entre las partes. continuación veremos que una estructura en un ensamblae de elementos que mantiene su forma ! su unidad. Sus obetivos son" resistir cargas resultantes de su uso ! de su peso propio ! darle forma a un cuerpo, obra civil o máquina.
OB>ETIVOS 2onocer más sobre las Estructuras en la ngenería 2ivil, en virtud que es fundamental el conocimiento de la -ipología Estructural
ESPECÍICOS Saber cuáles son los tipos de Estructuras que e6isten con el fin de analizar cada uno de ellos.
prender a analizar la función que tiene cada tipo de Estructura para el uso en la ngenería 2ivil.
2rear criterios en cada estudiante con el fin de ampliar el conocimiento de lo que es las Estructuras.
CONCLUSION 7na estructura se dise4a para que no falle durante su vida útil. Se conocen los tipos de estructura ! se forman criterios para el dise4o de las mismas. Se reconoce que una estructura falla cuando dea de cumplir su función de manera adecuada. &as formas de falla pueden ser" falla de servicio o falla por rotura o inestabilidad. &a falla de servicio es cuando la estructura sale de uso por deformaciones e6cesivas !a sean elásticas o permanentes. &a falla por rotura $resistencia% o inestabilidad se da cuando #a! movimiento o separación entre las partes de la estructura, !a sea por mal ensamblae, malos apo!os o rompimiento del material.
