1. Ing. Miguel Sambrano. Puerto Ordaz, Venezuela. Julio 2014.

2. Estructuras Una estructura puede concebirse como un conjunto de partes o componentes que se combinan en forma ordenada para cumplir una funcin dada, mas especficamente, soportar la accin de una serie de fuerzas aplicadas sobre ellos. 3. La estructura debe cumplir la funcin a que est destinada con un grado de seguridad razonable y de manera que tenga un comportamiento adecuado en las condiciones normales de servicio. Adems, deben satisfacer otros requisitos, tales como mantener el costo dentro de lmites econmicos y satisfacer determinadas exigencias estticas. 4. Anlisis estructural el anlisis de estructuras significa la separacin de la estructura en sus elementos constitutivos y la determinacin del efecto de las cargas aplicadas a la estructura en cada elemento. Cualquier estructura es un todo continuo, pero para fines de anlisis se puede dividir en distintos miembros, como seran las barras de una armadura, o las vigas, columnas y losas en la estructura de un edificio, o las pilas, estribos, sistemas de piso y cables, en un puente colgante. Una vez dividida la estructura en sus distintos miembros, la determinacin del efecto de las cargas en cada miembro se lleva a cabo calculando las acciones internas producidas por esas cargas, o sea, las fuerzas axiales, las fuerzas cortantes, los momentos flexionantes y los torsionantes de cada miembro, as como las deformaciones de cada elemento y de la estructura completa. 5. Como un concepto general, Kassimali (2001) seala que el anlisis estructural es la prediccin del comportamiento de una estructura dada bajo cargas prescritas y otros efectos externos, o bajo ambas influencias, como movimientos en los apoyos y cambios de temperatura (pg. 4) 6. El diseo estructural El diseo estructural incluye el arreglo y dimensionamiento de las estructuras y sus partes, de tal manera que las mismas soporten satisfactoriamente las cargas colocadas sobre ellas. En particular, el diseo estructural implica lo siguiente: 1. La disposicin general de las estructuras 2. Estudio de los posibles tipos o formas estructurales que representen soluciones factibles. 3. Consideracin de las condiciones de carga. 4. Anlisis y diseo preliminares de las soluciones posibles. 5. Seleccin de una solucin y anlisis y diseo estructural final de la estructura, incluyendo la preparacin de los planos. 7. Fase de Planeacin Diseo estructural preliminar Estimacin de las cargas Anlisis estructural Seguridad y utilidad Si Fase de construccin No Diseo estructural revisado Fases de un proyecto tpico de Ingeniera Estructural. Fuente: Kassimali (2001) 8. La estructura, sus componentes y partes. Ya se ha dicho con anterioridad que una estructura es un todo formado por componentes y partes. Se puede decir entonces que una estructura es un conjunto ordenado de elementos y nudos que son capaces de soportar cargas, transferirlas y mantener un equilibrio de todo ese conjunto. 1. Los elementos de una estructura son las piezas fundamentales de la misma. Relacionan los nodos de la estructura. Son elementos fsicos construidos por materiales que deben ser resistentes, deformables y adems tienen la capacidad de almacenar energa elstica de deformacin. 9. Tirantes: aquellos miembros sometidos slo a fuerzas axiales a tensin pura. Las cargas se aplican solo en los extremos. Se emplean estructuras a tensin compuestas de cables flexibles de acero para sostener puentes colgantes o techos de claros largos. A dichos elementos les falta rigidez en sus direcciones laterales, por tal motivo son susceptibles a oscilaciones inducidas por fuerzas externas, como por ejemplo, el viento. Fuente: http://www1.caminos.upm.es/estructuras/ 10. Vigas y trabes: son elementos estructurales en donde su eje longitudinal es ms grande o predomina sobre su ancho y/o alto. Son miembros sometidos principalmente a flexin y corte, los cuales actan en el plano normal al eje longitudinal. Algunas veces estn sometidas a torsin. Cuando una viga forma parte de un prtico estn sujetas tambin a cargas axiales, pero son muy pequeas en comparacin con los de corte y flexin. Fuente: http://hanselmeraz.blogspot.com/ 11. Columnas: miembros rectos sujetos a cargas axiales de compresin simple. Generalmente son verticales pero pueden ser inclinadas. Pueden ir acompaadas de flexin uniaxial o biaxial, son tambin susceptibles a pandeo o inestabilidad, por lo cual se proporciona el uso de arriostramiento cuando las columnas pertenecen a prticos, igualmente algunas veces son sometidas a corte. Fuente: http://incoronatabitetti.blogspot.com/ Fuente: http://grupo320102.blogspot.com/2 010/09/pabellon-h.html 12. Puntales: son aquellos miembros estructurales sometidos solo a fuerzas axiales de compresin. Puede cargarse nicamente en sus extremos, y no resisten cargas sometidas a flexin. Armaduras: es un tipo especial de estructura, compuesta enteramente de puntales y tirantes, conectados por articulaciones en sus extremos y por lo tanto estn sometidas solo a fuerzas axiales de tensin o compresin respectivamente. Se supone que todas las cargas externas que actan sobre las armaduras estn aplicadas en sus nudos y no directamente a sus componentes. En virtud de su peso ligero y su alta resistencia, las armaduras se usan con amplitud y sus aplicaciones van desde soportar puentes, tejados de edificios, hasta ser soporte en estructuras espaciales. 13. Fuente: http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/02/normal-0-false- false-false_01.html Fuente: http://www.constructorcivil.org/2011/05/tipos-de- cerchas-metalicas.html 14. Marcos o armazones rgidos: los marcos son estructuras constituidas por columnas y vigas cuyas uniones son nudos rgidos, o sea, no permiten la rotacin relativa entre los miembros que concurren en el nudo. A diferencia de las armaduras, las cuales se sujetan a cargas en las uniones, sobre las armazones las cargas externas pueden estar aplicadas sobre los miembros as como sobre las uniones. En general, se sujetan a momentos flexionantes, corte y compresin axial o tensin, bajo la accin de cargas externas. Sin embargo, el diseo de los miembros horizontales o vigas suele regirse slo por los esfuerzos flexionantes y cortantes, ya que las fuerzas axiales en esos miembros por lo comn son pequeas. http://paginas.seccionamarilla.com.mx/estru cturas-reforzadas-en-vallarta-sa-de- cv/estructuras-metalicas/jalisco/puerto- vallarta/-/de-las-juntas-delegacion/ 15. 2. Juntas o Nodos: se denomina Juntas o nodos a los puntos de concurso de varios elementos. Es decir al medio de conexin de dos o ms elementos. Normalmente se representa un nodo con un punto el mismo que corresponde a la interseccin de los elementos que concurren a l. En un sentido ms tcnico se les llama Conexiones. Estas pueden ser Rgidas o articuladas. Fuente: Aguiar Falconi (2004) 16. Conexiones rgidas: impiden las traslaciones y rotaciones relativas de los miembros conectados a ella; es decir todos los extremos de miembros conectados a una unin rgida tienen las mismas traslacin y rotacin. En otras palabras, se mantienen los ngulos originales que existen entre los miembros que se interceptan en una unin rgida, despus que la estructura se ha deformado bajo la accin de cargas. Por lo tanto, esas juntas son capaces de transmitir fuerzas as como momentos entre los miembros conectados. Suelen representarse por puntos en las intersecciones de los miembros. 17. Conexin o junta articulada: solo impide las traslaciones relativas de los extremos de los miembros conectados a ella; es decir, todos los extremos de los miembros conectados a una unin articulada tienen la misma traslacin, pero pueden tener rotaciones diferentes. Por tanto, esas juntas son capaces de transmitir fuerzas, pero no momentos, entre los miembros conectados. Se representan por lo general por crculos pequeos en las intersecciones de los miembros. Conexin Rgida Conexin Articulada 18. 3. Apoyos: los apoyos se usan para sujetar las estructuras al suelo o a otros cuerpos, restringiendo de este modo sus movimientos bajo la accin de las cargas aplicadas. Las cargas tienden a mover las estructuras; pero los apoyos impiden los movimientos al ejercer fuerzas, o reacciones, que se oponen para neutralizar los efectos de esas cargas, manteniendo de este modo las estructuras en equilibrio. 19. Los principales apoyos estudiados son: El apoyo simple o rodillo: ofrece resistencia al movimiento slo en una direccin perpendicular a la superficie de apoyo bajo el rodillo. No presenta resistencia a ligeras rotaciones respecto al eje del rodillo ni a movimientos paralelos a la superficie de apoyo. La nica incgnita es la magnitud de la fuerza necesaria para evitar el movimiento perpendicular a la superficie de apoyo. 20. El apoyo articulado o simplemente articulacin: este tipo de soporte impide el movimiento en direccin vertical y/u horizontal, pero no impide ligeras rotaciones alrededor del pasador. Hay por tanto dos fuerzas desconocidas, en una articulacin: las magnitudes de las fuerzas necesarias para impedir el movimiento horizontal y vertical. 21. Empotramiento: ofrece resistencia a la rotacin alrededor del soporte y al movimiento horizontal y vertical. Se tiene aqu tres incgnitas: las magnitudes de las fuerzas para impedir el movimiento vertical y horizontal y la magnitud de la fuerza para impedir la rotacin. 22. Tipos de Anlisis Estructural El Anlisis esttico estudia principalmente la accin que generan cargas estticas (fijas) sobra la estructura. Algunas cargas en movimiento son consideradas cargas fijas sobre stas debido principalmente a que no generan excitacin en la masa de la estructura. Sin embargo, cuando existen fuerzas actuando sobre la estructura que generan grandes movimientos en el tiempo, es necesario hacer un anlisis dinmico. Estas acciones principalmente son el viento y los sismos; pero tambin pueden considerarse fuertes impactos de maquinas o explosiones. 23. Es muy difcil encontrar estructuras en el plano (bidimensionales). Las estructuras principalmente son tridimensionales. Sin embargo para facilitar los procedimientos se consideran estructuras planas. Para realizar este anlisis siempre se idealiza la estructura, ste procedimiento consiste en representarla con lneas unidimensionales normalmente coincidentes con los ejes geomtricos de los miembros (Gonzlez C. Pg. 15). Sin embargo los avances que se han tenido hoy en da, permiten modelar y analizar estructuras tridimensionales por medio del computador. Otro tipo de anlisis que se realiza a las estructuras depende del material y su comportamiento bajo la accin de las cargas aplicadas, adems de las deformaciones que se pueden presentar en las estructuras. Hablamos entonces de anlisis lineal y no lineal. 24. Toda estructura se deforma bajo la accin de cargas externas. Si al retirar dicha carga de la estructura, sta vuelve a su forma original, se dice que estamos frente a una estructura lineal. En otras palabras, existe una relacin lineal entre la carga y los desplazamientos y responde principalmente a que el material constituyente de la estructura cumple con la Ley de Hooke (hiptesis bsica de la Teora de la Elasticidad) y en que los desplazamientos son infinitsimos. P: carga aplicada u: deformacin. 25. Pero s, al retirar la carga que ha generado una deformacin en la estructura, sta no vuelve a su posicin original, nos encontramos con una estructura de comportamiento No lineal. Se dice que existen deformaciones y desplazamientos remanentes y responde principalmente a que el material no cumple con la Ley de Hooke (No linealidad fsica) y/o cuando la estructura es sumamente deformable (No linealidad geomtrica). P: carga aplicada u: deformacin. 26. Cuando pueden calcularse las reacciones de una estructura por medio de las 3 ecuaciones de la esttica, se dice que es una estructura Estticamente determinada o Isosttica . Pero cuando el nmero de reacciones en los apoyos es mayor que el nmero de ecuaciones de equilibrio esttico se dice que es una estructura Estticamente Indeterminada o Hiperesttica, conocindose como las redundantes todas aquellas reacciones en exceso que no pueden ser halladas sino se aplican mtodos destinados a resolver estructuras indeterminadas. El nmero de redundantes se conoce como el grado de indeterminacin externa de la estructura. Viga Isosttica Marco Hiperesttico 27. Visite: http://raydeacero.blogspot.com/2012/02/tipos-de-uniones-acero- estructural.html http://estructuras.eia.edu.co/estructurasI/conceptos%20fundamentales/conce ptos%20fundamentales.htm Material Referencial: Aguiar Falconi, R. (2004) Anlisis Matricial de Estructuras. Editorial 3 Ed. lvarez L, B (s/f). Calculo de Estructuras. Sin ms datos. Gonzlez, O. (2009) Anlisis Estructural. Editorial Limusa. 1 Ed. Hsieh, Y (1973) Teora Elemental de Estructuras. Editorial Prentice/Hall. 1 Ed. En espaol. Kassimali, A. (2001) Anlisis Estructural. Editorial Thomsom Learning. 2 Ed. Introduccin y definiciones bsicas. Ctedra de Estructuras III. Facultad de Ingeniera Universidad Nacional de La Plata.