principios basicos de dinamica estructural

7/23/2019 Principios basicos de dinamica estructural

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CLASE 1: INTRODUCCIN A LA DINMICA DEESTRUCTURAS Y TIPO DE SOLICITACIONES

Profesor:LUIS AUGUSTO LARA VALENCIA

Medelln: Agosto 2014

Universidad Nacional de Colombia sede Medelln

Escuela de Ingeniera Civil

Postgrado en Estructuras

DINAMICA DE ESTRUCTURAS


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INTRODUCCIN A LA DINMICA DE ESTRUCTURAS

La dinmica de estructuras tiene por objetivo determinar desplazamientos, velocidades y

aceleraciones de todos los elementos constituyentes de una estructura sometida a cargas

dinmicas.

Carga dinmica: Presenta variacin a lo largo del tiempo, en magnitud, direccin o

posicin; introduciendo en las estructuras aceleraciones, velocidades y desplazamientos queconsecuentemente generan fuerzas de inercia y de amortiguamiento.

La gran mayora de cargas que deben ser consideradas en obras civiles tienen naturaleza

dinmica, sin embargo, y para efectos prcticos, aquellas cargas que presentan pequeas

variaciones en el tiempo son tratadas como cargas estticas o casi-estticas.


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Cargas dinmicas

en estructuras

Terremotos

Vientos

Explosiones

Movimiento de vehculos

Generadas por equipos (Turbinas, generadores, compresores,

etc.)

Considerando la forma en que varia la carga dinmica a lo largo del tiempo, esta puede ser

clasificada como:

Cargas cclicas o

peridicas

Se repiten idnticamente en intervalos de tiempo iguales. Cada intervalo de tiempo en que

el fenmeno se repite se denomina periodo (T)


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Cargas armnicas

Son las cargas peridicas ms simples. Su variacin en el tiempo puede ser representada por

la funcin seno o coseno. Es caracterstica de maquinas rotativas como bombas centrifugas

y turbinas.

Cargas de impacto

Son cargas que presentan una duracin muy corta. Se clasifican tambin como cargas

transientes.


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Cargas dinmicas

generales o

transientes

Son aquellas cargas que presentan una variacin arbitraria a lo largo del tiempo, sin ningn

tipo de periodicidad o patrn de comportamiento definido. Los terremotos y vientos hacen

parte de este tipo de cargas.

Es importante identificar que tanto conocimiento se tiene de las cargas dinmicas actuantes

en un determinado problema, es decir, cual es el origen de esas cargas. Las fuerzasdinmicas se clasifican como DETERMINISTICASsi ellas son especificadas como unafuncin bien definida en el dominio del tiempo (Funcin matemtica, tabla con valores de

carga y los tiempos en que estas actan, los grficos fuerza vs tiempo).


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No obstante, existen situaciones en los que es imposible prever el valor instantneo de carga

en una estructura (Ej: Terremotos, olas y vientos) y a menudo los nicos datos disponibles

son descritos a travs de parmetros estadsticos como el valor medio y la densidad

espectral. La observacin de este tipo de fenmenos a lo largo de grandes periodos de

tiempo posibilita identificar una regularidad estadstica que permite obtener probabilidades

de que la carga dinmica asuma un determinado valor.

Estas cargas son conocidas como cargas ALEATORIAS o NO-DETERMINISTICAS.Por ejemplo, las cargas ocasionadas por terremotos son en realidad no-deterministicas

debido a que la distribucin de frecuencia de un registro de aceleracin para un posible

evento ssmico no se puede predecir con certeza, sino que puede ser estimado solamente de

manera probabilstica.

El curso de dinmica de estructuras que comenzamos se enfoca solamente al estudio de

cargas dinmicas deterministicas, con lo que los mtodos de anlisis y las repuestas

obtenidas sern tambin deterministicas.


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MTODOS DE DISCRETIZACIN

Procedimiento de masas concentradas

En este procedimiento se asume que la masa de las estructuras se concentra en puntos

discretos, de esta manera el problema se simplifica considerablemente debido a que las

fuerzas inerciales se desarrollan en los puntos donde existe masa.

Modificado de Clough y Penzien, 2003



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Desventaja: Es menos preciso que otros mtodos, sin embargo, esto se puede solucionar

aumentando el nmero de masas. Proceso que se utilizar en el curso.

El nmero de componentes de desplazamiento que son consideradas para representar elefecto de las fuerzas inerciales de la estructura se denomina como nmero de grados de

libertad dinmicos de la estructura.

Procedimiento de desplazamientos generalizados

En casos donde la masa del sistema es uniformemente distribuida se utiliza frecuentemente

un procedimiento alternativo denominado desplazamiento generalizado. Se asume que la

forma deflectada de la estructura puede ser expresada como la suma de una serie depatrones de desplazamiento, que a la larga no son otra cosa que las coordenadas de

desplazamiento de la estructura.


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Entre ms trminos tenga la serie, mayor ser la precisin (Nmero infinito de grados de

libertad).


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Mtodo de los elementos finitos

Este procedimiento combina en cierta manera los procedimientos de las masas concentradas

y de los desplazamientos generalizados, pues la estructura debe ser discretizada en un

conjunto de elementos con funcin de forma propia. Cada uno de estos elementos poseeruna funcin de interpolacin que se encarga de expresar el desplazamiento del elemento de

acuerdo a las condiciones de carga y de contorno impuestas en cualquier instante de tiempo.

Ventajas

Debido a que las funciones de interpolacin pueden ser las

mismas para todos los elementos, el costo computacional

puede reducirse notablemente.

Es un mtodo bastante eficiente.La precisin puede verse mejorada incrementando el nmero

de elementos seleccionados.

El proceso de solucin es relativamente simple.

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