Introductorio-analisis-estructural

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

CATEDRATICO: ING. FREDDY A. MATAMOROS HUAYLLANI

ESTRUCTURAS

¿QUE SON ESTRUCTURAS? • Es un conjunto de elementos capaces de soportar fuerzas y trasmitirlas a los puntos donde se apoya con el fin de ser resistente y estable.

Definición y concepto de estructura Con generalidad

Parte resistente de una construcción que soporta las acciones a las que está sometida y le permite desempeñar la funcionalidad para la que fue diseñada.

CLASIFICACION • ESTRUCTURAS NATURALES: Son aquellas creadas por la naturaleza, sin intervención del hombre.

• ESTRUCTURAS ARTIFICIALES:

TIPOS DE ESFUERZOS TRACCIÓN. COMPRESIÓN. FLEXION. TORSIÓN.

TRACCIÓN • Una estructura o un elementoestá sometido a un esfuerzo de tracción cuando sobre él actúan fuerzas que tienden a aumentar su longitud, es decir, a estirarlo.

GENERALMENTE EL ACERO SE CARACTERIZA POR EL LIMITE O ESFUERZO DE FLUENCIA. ENTRE ESTOS TIPOS TENEMOS: LOS DE GRADO CORRESPONDIENTE A CADA LIMITE DE FLUENCIA. 40_____2800KG/CM2 50_____3500KG/CM2 60_____4200KG/CM2 EL MODULO DE ELASTICIDAD DEL ACERO ES DE: 2X1000000 KG/CM2

EL ACERO

COMPRESIÓN • Una estructura o un elementoestá sometido a un esfuerzo de compresión cuando sobre él actúan fuerzas que tienden a disminuir su longitud, es decir, a comprimirlo.

FLEXIÓN • Un elementode una estructura o una estructura está sometida a un esfuerzo de flexion cuando las fuerzas o las cargas tienden a doblarlo.

TORSIÓN • Un elemento está sometido a un esfuerzo de torsión cuando existen fuerzas sobre él que tienden a hacer girar una sección con respecto a la otra, es decir, tienden a retorcerlo.

Clasificación de las estructuras Estructuras de barras. Formadas por elementos en los que predomina una dimensión sobre las otras dos.

Clasificación de las estructuras Estructuras superficiales. Dos de sus dimensiones son preponderantes con respecto a la tercera. Se trata de las placas y las laminas.

Clasificación de las estructuras Estructuras masivas. No es posible distinguir una dimensión dominante en sus elementos.

Estructuras de barras Concepto de barra.

Vinculaciones entre los elementos de las estructuras de barras. Nudos. Vinculaciones entre la estructura y su entorno. Apoyos. Tipologías de estructuras de barras.

Concepto de barra •

Se denomina barra, viga o pieza prismática al sólido engendrado por un área plana A que se mueve en el espacio de manera que su centro de gravedad G recorre una curva dada l y su plano se mantiene constantemente normal a dicha curva.

Vinculaciones entre los elementos de las estructuras de barras. Nudos articulados

Vinculaciones entre la estructura y su entorno. Apoyos

Tipologías estructurales. La viga

Tipologías estructurales. El pórtico

Tipologías estructurales. El arco

Tipologías estructurales. La celosia

Tipologías estructurales. El cable

Tipologías estructurales. Combinaciones

El modelo estructural

Modelización de la estructura

Modelización de la estructura

Modelización de los apoyos • Apoyos de la estructura – Apoyo móvil. – Apoyo fijo. – Apoyo empotrado. – Apoyo elástico.

Modelización de las acciones

• Concepto de acción – Acción directa: Fuerza aplicada sobre una estructura. Pueden ser puntuales o distribuidas. – Acción indirecta: Deformación o aceleración impuesta.

Modelización de las acciones • Clasificación según su origen – – – – – – – – –

Peso propio de la estructura. Carga permanente de la construcción. Sobrecarga de uso. Empuje de viento. Peso de nieve. Incrementos térmicos. Movimientos en los apoyos. Acciones reológicas. Cargas sísmicas.

• Clasificación según la respuesta estructural – Acciones estáticas. – Acciones dinámicas.

Procedimiento de análisis estructural 1. Definición de las necesidades y objetivos. 2. Elección de la forma inicial, dimensiones de los elementos y materiales. 3. Evaluación de las acciones. 4. Determinación de la respuesta de la estructura mediante un método de análisis estructural. 5. Comprobación de las necesidades y objetivos. 6. Construcción y puesta en servicio.

Objetivos del análisis estructural •

Obtener la respuesta estructural. – Determinar la manera en que la estructura resiste las acciones actuantes y las transmite al elemento de sustentación. – Calcular los esfuerzos y tensiones en los elementos. – Calcular los movimientos (desplazamientos y giros) de la estructura.

Objetivos del análisis estructural

Tipos de análisis estructural •

Según la variación en el tiempo. – –

•

Análisis estático. Análisis dinámico.

Según el comportamiento del material. – –

•

Material elástico lineal. Material no lineal: Elasticidad no lineal, plasticidad, fractura,…

Según la variación de la geometría – –

•

Teoría lineal: Pequeños desplazamientos. Teoría no lineal: Grandes desplazamientos.

Según el método de cálculo – –

Analítico: Métodos tradicionales de cálculo obtenidos a partir de hipótesis simplificativas. Numérico: Métodos basados en la discretización de los elementos de una estructura. Cálculo matricial y cálculo por elementos finitos.

La ingeniería estructural

Método de diseño El Diseño Estructural es un proceso creativo basado en el conocimiento de los principios de estática, dinámica, mecánica de sólidos y análisis estructural. Producto es una estructura segura y económica que cumple su propósito (requisitos de diseño).

Principios del diseño estructural

TIPOS DE SISTEMAS ESTRUCTURALES

Estructuras a porticados. •Conformado Por la unión de vigas y columnas, conectados a través de nudos formando pórticos resistentes en las dos direcciones principales de análisis (eje x y eje y). Se genera una estructura con una resistencia y rigidez lateral sustancialmente mayor al sistema de pórticos, lo cual lo hace muy eficiente para resistir fuerzas sísmicas.

Estructuras mixtas Es un sistema mixto de pórticos reforzados por muros de carga o diagonales. En este sistema los muros tienden a tomar una mayor proporción de los esfuerzos en los niveles inferiores, mientras que los pórticos pueden disipar energía en los niveles superiores.

Cargas vivas ycargas muertas.

QUÉ ES UNA CARGA? Son fuerzas distribuidas de una estructura al modificar su estado o movimiento. Las fuerzas se representan con una flecha (vector). ¿

Cargas de vivas Son aquellas debidas al uso u ocupación de la construcción y que la identifican. Incluyen personas, objetos móviles o divisiones que puedan cambiar de sitio

Cargas muertas Se llama carga muerta al conjunto de acciones que se producen por el peso propio de la Construcción, incluye el peso de la estructura misma y el de los elementos no estructurales.

Ejemplo: Una columna con dimensiones de 30 cm x 40 cm x 250 cm 40 cm

30 cm

RNE E.020 (Peru); Para concreto armado, el peso de 1 m3 es 2.4 tonf (2.4 tonf/m3)

Volumen de la columna: 40 x 30 x 250 = 300 000 cm3 = 0.3 m3 2.5m=250 cm

0.4 x 0.3 x 2.5 = 0.3 m3

El peso de la columna sera: 0.3 𝑚3 ∗ 2.4

𝑡𝑜𝑛𝑓 = 𝟎. 𝟕𝟐 𝒕𝒐𝒏𝒇 𝑚3

Ejemplo: Una losa aligerada con dimensiones de 0.25 m espesor y area de: 4 m x 6 m 4.00 m 6.00 m

0.25 m Area= 4 x 6 = 24 m2 Peso de losa = area x peso específico 24 𝑚2 ∗ 350

𝑘𝑔𝑓 = 8400 𝑘𝑔𝑓 𝑚2

24 𝑚2 ∗ 0.35

𝑡𝑜𝑛𝑓 = 8.4 𝑡𝑜𝑛𝑓 𝑚2

Cargas de viento Cuando las estructuras impiden el flujo de viento, la energía cinética de este se convierte en energía potencial de presión.

Cargas de sismo Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interacción del movimiento del suelo y las características de respuesta de la estructura.

METRADO DE CARGA VIVA La carga viva es conocida como SOBRECARGA S/C 

La carga viva es el peso de las personas, muebles y todo aquello que se apoye sobre la losa, pasarelas; y que es variable en el tiempo.



Pero no se puede determinar cuantas personas pueden caminar en una losa o los muebles que haya en ella, por lo que el RNE E.020 ha determinado pesos de carga viva segun el tipo de edificacion.

La carga viva en un tipo de edificación Varia entre las zonas de esta. En una biblioteca la losa de la sala de lectura tendrá 300 kgf/m2; y la losa de los corredores tendrá una carga viva de 400 kgf/m2 (y como sea indicado en E.020)

Ejemplo: Hallar la carga viva que actua en la losa aligerada con dimensiones de 0.25 m espesor y area de: 4 m x 6 m, para una vivienda de dos pisos 4.00 m 6.00 m

0.25 m Area= 4 x 6 = 24 m2 Peso carga viva de losa = area x peso especifico 24 𝑚2 ∗ 200 24 𝑚2 ∗ 0.2

𝑘𝑔𝑓 = 4800 𝑘𝑔𝑓 𝑚2

𝑡𝑜𝑛𝑓 = 4.8 𝑡𝑜𝑛𝑓 𝑚2

Peso por carga viva para una vivienda con losa de 24 m2 Es 4.8 toneladas fuerza para el primer piso

EXPLICACION DE CARGA VIVA EN UNA BIBLIOTECA - EJEMPLO Losas de las habitaciones

SALA DE LECTURA P.E.= 300 kgf/m2 ó 0.3 tonf/m2

SALA DE ALMACENAJE Peso Cv= 750 kgf/m2 ó 0.75 tonf/m2

CORREDOR: 400 kgf/m2 ó 0.4 tonf/m2

SALA DE LECTURA Peso Cv= 300 kgf/m2 ó 0.3 ton/m2

Si bien todo el techado Pertenece a una biblioteca, El uso es muy distinto de cada Habitación y el RNE ha asignado Peso específicos para cada caso. E.020 La carga viva total de piso, será la suma de todas las cargas vivas de las losas de cada sala o sector

Métodos de análisis  Método elástico:  Material es elástico, lineal, homogéneo

sy s

E

e

 Miembros elásticos

 Pequeñas deformaciones

 Método elástico  Límite de aplicación está dado por primera f luencia de la sección Fy

My

-Fy

 Método elástico  Resistencia de la estructura está dada por primera f luencia o límite de deformación Py

Dmax

 Existe reserva de resistencia en la estructura

(hiperestaticidad) P1≤Py

P2>Py

Rango elástico

Plastificación de viga

Pu>P2

Colapso

 Método plástico  Material es elástico-perfectamente plástico. sy

s

E

e

 No hay inestabilidad  No hay fractura  No hay fatiga

ALAS PERUANAS – FILIAL HUANCAVELICA

FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL