analisis estructural
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Una estructura puede concebirse como un
conjunto de partes o componentes que se
combinan en forma ordenada para
cumplir una funcin dada;
Como:
Salvar un claro. (puentes , vigas,techos)
Encerrar un espacio (edificios, casas,etc.)
Contener un empuje (muros decontencin , albercas, etc.)
Una estructura debe cumplir :
1. La funcin para la que fue destinada
2. Un costo dentro de los limites
3. Debe soportar las cargas en
condiciones seguras.
4. Satisfacer determinadas exigencias
estticas (arquitectura).
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Ejemplo .
Considrese, la armadura de techo apoyada
sobre columnas de la fig. 1-1.
El objetivo de esta estructura, por una parte,
es el de mantenerse en equilibrio bajo su
propio peso, y todas las acciones accidentales
a las que este expuesta (lluvia, nieve, viento,
sismo, etc.) y, por otra parte, suministrar
espacio para vivienda, fabricas u otros usos.
Fig. 1-1
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5Podemos definir al diseo estructural
como un conjunto de actividades a
desarrollar para determinar las
caractersticas fsicas de una estructura, de
tal manera que nos permita garantizar la
absorcin de las cargas a las que esta va a
estar sujeta en las diferentes etapas de
vida til, sin sufrir dao alguno; es decir,
la funcin adecuada de una estructura en
condiciones de servicio.
A una obra determinada la debemos
concebir como un sistema global, el cual,
a su vez, est integrado por un conjunto
de subsistemas que deben combinar en
forma precisa para cumplir con la funcin
a la que fueron destinados.
Todos estos sistemas deben interactuar de
tal manera que en el diseo tomen en
cuenta la relacin existente entre ellos y
as, poder lograr el objetivo final del
diseo estructural, el cual es: producir
estructuras que den un mejor rendimiento,
es decir, que sean SEGURAS y
ECONMICAS.
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6Una metodologa muy eficiente para
hacer un buen diseo estructural, es como
se observa a continuacin.
1. ESTRUCTURACIN
2. ANLISIS
a. Modelacin
b. Determinacin de las acciones de
diseo.
c. Obtencin de los elementos
mecnicos de diseo.
3. DIMENSIONAMIENTO
1. ESTRUCTURACIN
En esta fase del diseo estructural se
seleccionan los materiales que
compondrn la estructura para poder
conocer el peso de la misma y sus
resistencias, as como la forma general de
estas.
2. ANLISIS
Dentro de esta actividad se tendr que
determinar la respuesta de la estructura
ante las diferentes acciones a las cuales
ser sometida y, para realizar esta etapa,
ser necesario considerar lo siguiente.
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7a) Modelar la estructura. Aqu se
idealiza la estructura por medio de un
modelo terico factible de ser
analizado mediante los
procedimientos y mtodos conocidos
de anlisis estructural.
b) Determinacin de las acciones de
diseo. En esta parte del anlisis se
determinan las acciones que obraran
en la estructura y, para ello, ser
necesario conocer los sistemas
constructivos, la ubicacin de la
estructura y, en general, toda la
informacin que ayude a la
determinacin de las solicitaciones
que puedan, eventualmente o
permanentemente, actuar sobre la
estructura.
c) Determinacin de los elementos
mecnicos de diseo. Aqu se aplican los
diferentes procedimientos y mtodos de
calculo para la obtencin de las fuerzas
internas, o elementos mecnicos, tales
como las fuerzas axiales, los cortantes, los
momentos flexionantes y de torsin a los
que van a estar sometidos los diferentes
componentes de la estructura (muros,
vigas, columnas, etc.).
3. DIMENSIONAMIENTO
En esta etapa se obtienen las dimensiones
correspondientes al detallar los elementos
estructurales que conforman la estructura,
a dems de verificar si esta cumple con
los requisitos de seguridad establecidos.
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81.3.1 SEGURIDAD ESTRUCTURAL
El objetivo del diseo estructural es
determinar las caractersticas geomtricas
y materiales de las estructuras y de los
elementos que las forman, para que estas
cumplan en forma SEGURA y
ADECUADA la funcin especifica para
la que fueron proyectadas.
Los requisitos de seguridad y servicio
para una estructura se establecen
mediante la definicin de Estados Limites
los cuales estipulan los comportamientos
inaceptables de la misma.
1.3.2 ESTADOS LIMITES
Se define como estado Limite a la etapa
del comportamiento de una estructura a
partir de la cual esta, o algunas de sus
partes, deja de cumplir con la funcin
para la cual fue proyectada.
Los Estados Limites pueden dividirse en :
Estados Limites de Falla.
Estados Limites de Servicio
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91.3.2.1 Estado Limite de Falla
Los Estados Limites de Falla
corresponden al agotamiento definitivo de
la capacidad de carga de la estructura, o
de cualquiera de sus elementos; o bien a
la etapa en que, debido a los efectos de
acciones pasadas, dicha capacidad, sin
estar agotada, no es suficiente para
soportar os efectos de acciones futuras.
La estructura o parte de ella queda fuerade servicio por colapso o rotura.
Los daos que se ocasionan songraves.(equilibrio. Agotamiento o rotura.
Inestabilidad. Fatiga.)
Los Estado Limite de Falla pueden ser:
De Equilibrio.(Perdida de estabilidad esttica, se
estudia a nivel de estructura o elemento
estructural)
De Agotamiento o rotura.(Agotamiento resistente o deformacin
plstica excesiva en una seccin por:
flexin, cortante, torsin y
punzonamiento. Se estudia a nivel de
seccin).
De Inestabilidad.(Pandeo de una parte o del conjunto de la
estructura. Se estudia a nivel de estructura
o elemento estructural.)
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De Fatiga(rotura bajo el efecto de cargas repetidas.
Se estudia a nivel de seccin.)
1.3.2.2 Estado Limite de Servicio
Los Estados Limite de Servicio
corresponden a etapas de deformaciones,
agrietamientos, vibraciones o daos que
afectan el correcto funcionamiento de la
estructura o sus instalaciones, pero no la
capacidad para soportar cargas.
Como criterios para definir Estados
Limites de Servicio pueden considerarse
los siguientes:
a) Deformaciones. Se considera como
estado limite cualquier deformacin de la
estructura que ocasione daos
inaceptables a la propia construccin o
sus vecinas, o que cause interferencia con
el funcionamiento de equipos e
instalaciones.
En un elemento de la estructura se
produce un movimiento (desplazamiento
o giro) excesivo que puede:
Afectar a la apariencia o al uso de laestructura.
Causar daos en elementos noestructurales.
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b) Vibraciones. Se considera como
estado limite cualquier vibracin que
afecte el funcionamiento de la estructura,
de equipos e instalaciones, o que cause
molestia o sensacin de inseguridad a los
ocupantes.
Se producen vibraciones de un
determinada amplitud o frecuencia que
pueden:
Provocar daos en la estructura.
Ser desagradables o causar inquietud alos usuarios.
c) Otros daos. Se considera como
estado limite la ocurrencia de grietas,
desprendimientos, astillamientos,
aplastamientos, torceduras y otros daos
locales que afecten el funcionamiento o
sensiblemente la apariencia de la
estructura.
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1.3.3 RESISTENCIA
En el contexto de estado limite, resistencia se define como la magnitud de una accin, o de
una combinacin de acciones, que provocara la aparicin de un estado limite en la
estructura.
Otra definicin de resistencia es la capacidad de una estructura para soportar o transmitir
cargas.
La resistencia verdadera de una estructura debe de exceder la resistencia requerida.
Factor de Resistencia verdadera
Seguridad = Resistencia requerida
F.S > 1 para que no ocurra la falla.
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Las estructuras se encuentran constituidas
por elementos que cuentan con
dimensiones, siendo ellas longitud, altura
y espesor, adems de estar hechas de
algn material y estar apoyadas de alguna
forma. Por ello deben ser consideradas
como elementos tridimensionales; sin
embargo, se idealizan de las siguientes
formas.
1. Geometra
2. Material
3. Apoyos
1. Geometra.
Se representan por lneas
unidimensionales, normalmente coinciden
con los ejes geomtricos de los miembros.
Estructura Estructura Real ideal
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2. Materiales
El concreto reforzado y el acero
estructural, son los materiales mas usados
en las estructuras, tienen graficas carga-
deflexin como las de las figuras 1.4-a y
b, respectivamente. Ambas tienen una
zona aproximadamente lineal al inicio de
su grafica y despus, una amplia zona de
comportamiento no lineal. Es por ello que
en la mayora de los mtodos de anlisis
estructural, se supone que los miembros
estructurales tienen un comportamiento
lineal y elstico, o sea, que se grafica
carga- deflexin es como la mostrada en
la figura 1.4-cFig. 1.4-a
CONCRETO
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Fig. 1.4-b Fig. 1.4-c
ACERO ESTRUTURAL MATERIAL IDEAL
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3. Apoyos
Una tercera idealizacin se refiere al
tamao y comportamiento de los a poyos
de las estructuras y de las intersecciones
de sus miembros. Los apoyos ideales,
representan puntos en los que no hay
fricciones que restrinjan el
desplazamiento o las rotaciones de los
miembros, o bien, que les proporcionen
un empotramiento perfecto.
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