ANLISIS ESTRUCTURAL

INTEGRANTES: PARIMANGO AGREDA EDER FELIPE CASTILLO CASTRO ALEXIS SEBASTIAN ZAVALETA DENISS

INTRODUCCION

Todos los objetos fsicos tienen estructuras. En consecuencia, el diseo de estructuras es una parte del problema general del diseo para todos los objetos fsicos. No se puede comprender completamente por que los edificios se construyen como son, sin un conocimiento de, los conceptos bsicos de las estructuras, los proyectistas no pueden tomar decisiones de manera inteligente sobre la forma y construccin de un edificio.El aspecto ms importante de las estructuras es dar seguridad. Las dos principales consideraciones se relacionan con la resistencia al fuego y una baja posibilidad estadstica de colapso bajo cargas.Las estructuras son reales, por lo que en ellas se deben usar materiales y productos disponibles, que puedan manejar los trabajadores de la construccin y las empresas de produccin.Los edificios cuestan mucho y los inventarios siempre cuidan su capital, mucho ms el costo de la estructura. Un buen diseo estructural requiere la integracin de la estructura en la totalidad del sistema del edificio.Es necesario reconocer las influencias de las decisiones del diseo estructural sobre el diseo arquitectnico general y sobre el proyecto delos sistemas de energa, iluminacin, control trmico, ventilacin, suministros de agua, manejo de desechos, elevadores, combate de incendios, etc.

SISTEMAS ESTRUCTURALESEs un ensamblaje de miembros o elementos independientes para conformar un cuerpo nico y cuyo objetivo es darle solucin (carga y forma) a un problema civil determinado.El sistema estructura constituye el soporte bsico, el armazn o esqueleto de la estructura total y l transmite las fuerzas actuantes a sus apoyos de tal manera que se garantice seguridad, funcionalidad y economa.1. FORMA ACTIVASon las estructuras que actan principalmente mediante su forma material, donde predomina bsicamente los esfuerzos axiales de tensin o compresin lo que las hace llamarlas de forma activa o sistemas estructurales en estado de traccin simple o comprensin simple

Sistema de superficie activa Son sistemas de superficies flexibles (con poca o nula resistencia a la flexin) que resisten esfuerzo de traccin, compresin y cortante, transmitiendo las fuerzas a travs de la resistencia de las superficies y de una forma adecuada de las superficie. Son conjuntos de compuestos de uno o varios elementos, dispuestos de tal manera, que tanto la estructura total como cada uno de sus componentes son capaces de mantenerse sin cambios apreciables en su geometra durante las cargas y descargaCARACTERSTICAS:*El cable colgante vertical y la columna vertical son prototipos de sistemas estructurales de forma activa. Transmiten cargas solamente mediante simples tensiones normales (mediante compresin o traccin).*Vuelven a encauzar las fuerzas exteriores por medio de simples tensiones normales: el arco, por compresin y el cable colgante, por traccin.*Desarrollan esfuerzos horizontales en sus extremos.*Su forma coincide, con el flujo de los esfuerzos y estos sistemas son, por tanto, el camino natural de las fuerzas expresado en materia. La trayectoria natural de los esfuerzos de un sistema de comprensin de forma activa es el funicular de las comprensiones y la de las de un sistema de traccin es el de las tracciones.*A causa de su dependencia de las condiciones de carga, son gobernados por la disciplina del flujo natural de las fuerzas, y por ello no pueden llegar a someterse al proyecto arbitrario y libre de forma.*Son los mecanismos ms convenientes para alcanzar grandes luces y configurar amplios espacios. Por eso adquieren un significado especial para una civilizacin de grandes masas que exige espacios de grandes dimensiones. El arco y el cable colgante son los sistemas ms econmicos para cubrir un espacio, atendiendo a la relacin peso-luz.Existen varios sistemas portantes de forma activa:

a) ESTRUCTURAS DE CABLES: Son estructuras especialmente apropiadas para cubiertas de grandes luces con materiales livianos donde el elemento estructural esencial es el cable y el esfuerzo fundamental es de traccin

Puente peatonal colgante QuiriguaPuente Atumpampa- Tarapoto

CARACTERISTICAS: La forma responde a las cargas Cualquier cambio en las condiciones de carga afecta a la forma Carecen de rigidez transversal Las cargas pueden ser muy grandes en relacin al peso propio No constituye una estructura autoportante

El diseo exigir estructuras auxiliares que sostengan los cables a alturas importantes esto conlleva a una combinacin de estructuras diferentes

b) ESTRCUTURAS DE ARCOS: El arco es una estructura comprimida utilizada para cubrir grandes y pequeas luces empleando la mnima cantidad de material posible. Es capaz de resistir cargas determinadas por un estado compresin simple.Los arcos generan fuerzas horizontales que se deben absorber en los apoyos mediante tensores

Podemos considerar a los arcos cuyo eje coincide con la lnea de presiones (arcos funiculares)Capilla en el convento de teposcolula oaxaca

c) ESTRUCTURAS EN TIENDA: Soluciones estructurales livianas y flexibles que se encuadran dentro de las que resisten por traccin de adaptar su forma al funicular de las cargas externas

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d) ESTRUCTURAS NEUMATICAS: El volumen del aire encerrado en un envolvente flexible y resistente a tracciones se comporta como un slido homogenizo y eslastico pueden absorber, transmitir y trasladar fuerzas exteriores.

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2. VERTOR ACTIVOLos sistemas estructurales de vector activo son sistemas portantes formados por elementos lineales (barras), en los que la trasmisin de las fuerzas se realizan por descomposicin vectorial, es decir, a travs de una subdivisin multidireccional de las fuerzas. Sus elementos (cordones, barras) trabajan en un sistema mixto de compresin y traccin. Las caractersticas principales son: Triangulacin y unin mediante nudos.

Las estructuras de vector activo, presentan grandes ventajas como estructuras verticales para edificios de gran altura. Proyectados adecuadamente, pueden combinar las funciones estticas de agrupamiento de cargas lineal, trasmisin directa de las cargas y rigidizacin lateral frente al viento.

Las barras de una armadura no van ms all de los puntos de unin. Este se realiza por medio de remaches, pernos o soldadura a una cartela dispuesta en la interseccin de las barras.

Sistema estructural que trabaja a compresin y traccin formados por elementos lineales de forma triangular. Este sistema comprende cerchas y armaduras.CARACTERISTICAS:*Efectan el cambio de direccin de las fuerzas, descomponiendo las exteriores en varias direcciones por medio de dos o ms miembros. *La posicin de las barras de las cerchas, en relacin con la direccin del esfuerzo exterior, determina en el sistema estructural de vector activo la magnitud del vector tensin en las piezas. Es conveniente un ngulo comprendido entre 45-60 respecto a la direccin de la fuerza.*Estos sistemas son de mltiples componentes, cuyo mecanismo estriba en la accin concertada de cada una de las piezas comprimidas y extendidas.*Adems tiene grandes ventajas como sistemas estructurales verticales para edificios de gran altura

Estadio Nido del pjaro bejn-china

a) SISTEMAS PLANOS TRIANGULADOSEstructuras compuestas por la unin de diversos elementos o barras en sus extremos a travs de pasadores sin friccin con el fin principal de formar una armazn rgida. Se trata de un sistema bidimensional pues las fuerzas externas y reacciones se suponen en el mismo plano. Adems las cargas deben aplicarse en las uniones y no en los elementos que conforman el sistema, los cuales trabajan a traccin y compresin. Cabe destacar igualmente, que se trata de uno de los sistemas ms difundidos debido a que resiste notablemente la accin de las distintas cargas en relacin a su peso propio, lo que permite su aplicacin en espacios de grandes luces.Puente casmiche (carretera a otuzco)

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b) SISTEMAS CURVOS TRIANGULADOSExisten tres:Sistemas Curvos Triangulados de sectores que van formando superficies de simple curvatura, por ejemplo Cilndricas. La combinacin de estos sectores pueden cubrir plantas de forma triangular, cuadrada, rectangular, hexagonal, octogonal, etc.Sistemas Curvos Triangulados de sectores que van formando superficies doble curvatura total negativa, por ejemplo con forma de paraboloide hiperblico. Con la combinacin de varios sectores se pueden cubrir plantas de forma triangular, cuadrada, rectangular, hexagonal, octogonal, etc.Sistemas Curvos Triangulados de sectores que van formando superficies de doble curvatura total positiva, por ejemplo superficies esfricas. Con estas superficies se pueden cubrir plantas de variadas formas, pero fundamentalmente para cubrir plantas circulares. Las cpulas geodsicas son unos de los ms interesantes tipos de superficies de doble curvatura total positiva, stas se basan en la mutacin de un icosaedro. La principal ventaja de estas cpulas reside en que el nmero de elementos, figuras, superficies y lados desiguales, se reduce a un mnimo lo que permite la prefabricacin de estas estructuras.Estadio Nido del pjaro bejn-china

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c) SISTEMAS RETICULADOS ESPACIALESEstas estructuras son aptas para cubrir grandes luces, tambin denominadas estero estructuras. Los tipos ms comunes emplean como elemento base las pirmides de base cuadrada, de dos napas y dos direcciones octogonales, tambin utilizando tetraedros regulares.Si un reticular se disea para su ejecucin en un nico material, ste debe ser apto para asumir trabajos de traccin y compresin indistintamente. Tambin pueden combinarse los materiales, como la madera y el acero, en soluciones en las que el primero trabaja a la compresin y el segundo a la traccin. En este caso, siendo los dos materiales aptos para ambas solicitaciones, esta distribucin del trabajo estructural se basa en las posibilidades constructivas que permite el empleo del acero en barras, combinadas con la madera de escuadras.

3. MASA ACTIVASon sistemas compuestos de uno o varios elementos rgidos y macizos, dispuestos de tal forma, que tanto la estructura total como cada uno de sus componentes, sean capaces de mantenerse sin cambios apreciables en su geometra durante la carga y descarga.Los elementos lineales rectos y fijos en su longitud constituyen medios geomtricos para definir planos y establecer relaciones tridimensionales mediante su posicin en el espacio; estos componentes pueden realizar funciones estructurales. Con resistencia a compresin y traccin Las vigas figuran entre los elementos estructurales ms comunes, dado que la mayor parte de las cargas son verticales y la mayora de las superficies utilizables son horizontales. Por consiguiente las vigas transmiten en direccin horizontal las cargas verticales, lo que implica una accin de flexin y corteEn una viga simplemente apoyada, una carga aplicada en el punto medio se transmite por mitades a ambos apoyos. En las vigas de volado esta se trasmite al extremo apoyado.

a) SISTEMA DE VIGAS:Las vigas figuran entre los elementos estructurales ms comunes, dado que la mayor parte de las cargas son verticales y la mayora de las superficies utilizables son horizontales. Porconsiguiente, las vigas transmiten en direccin horizontal las cargas verticales, lo que implica unaaccin de flexin y corte. Por ejemplo, los arcos funiculares ocupan un extremo de la escala de tensiones, con ausencia de flexin, sin embargo, las vigas ocupan el extremo opuesto, trabajando slo a la flexin.

b) NINTEL Y PILARES:El sistema de pilar y dintel pueden construirse uno sobre otro para levantar edificios de muchos pisos. En este caso, los dinteles apoyan en pilares o en paredes de altura igual a la del edificio. Si bien la construccin de este tipo puede resistir cargas verticales, horizontales, as los vientos huracanados y terremotos daan con facilidad este sistema, pues la mampostera y los elementos de piedra poseen escasa resistencia a la flexin y no se establece una conexin fuerte entre los dinteles y pilares.

c) PORTICOS:La accin del sistema de pilar y dintel se modifica en grado sustancial si se desarrolla una unin rgida entre el dintel y el pilar llamndose ahora viga y columna. Esta nueva estructura, denominada el prtico rgido simple o de una nave, se comporta de manera monoltica y es ms resistente tanto a las cargas verticales como a las horizontales.

https://www.google.com.pe/search?q=sistema+estructural+de+masa+activa&biw=1360&bih=667&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=ybI6VeXMOJLasAS2lYGoCg&ved=0CAcQ_AUoAQhttp://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4080020/Lecciones/Capitulo%206/FORMAS%20DE%20MASA%20ACTIVA.htm

4. SUPERFICIE ACTIVASon sistemas de superficies flexibles (con poca o nula resistencia a la flexion) que resisten esfuerzos de traccion, compresion y cortante transmitendo las fuerzas a travez de las resistencia de las superficies de una forma adecuada de la superficie

a) LAMINA DE DISTINTO SIGNO:Estructuras que se definen mediante un paraboloide hiperblico. Este se inscribe bien en un cuadriltero formadopor cuatro bordes rectos y se trata de una superficie reglada y adems anticlstica de gran rigidez estructural, que transfiere cargas normales a su superficie mediante tensiones tangenciales a ella misma (compresiones en la curvatura convexa, accin de arco y tracciones en la curvatura cncava, accin de tirante), trabajando en estados de membrana, sin provocar flexiones en el borde.

b) Lamina de simple curvaturaEstructuras en las que la curvatura en un punto dado es del mismo signo en todas las direcciones, excepto en una de ellas (recta generatriz) en la que vale 0. Por ejemplo, una bveda es un elemento constructivo superficial, cuyos componentes trabajan a compresin. De esta manera, poseen una forma geomtrica generada por el movimiento de un arco generatriz a lo largo de un eje. Este elemento estructural sirve bsicamente para salvar el espacio comprendido entre dos muros o una serie de pilares alineados. Para su correcta construccin es necesario saber el grosor o resistencia de los muros adyacentes para asegurar que stos puedan soportar los empujes laterales de las bvedas que soportan. Adems, en ocasiones se puede observar en sus superficies nervios en los que se concentran las lneas de empuje.

c) LAMINNAS DE REVOLUCINEstructura que se obtiene a partir de la revolucin de una curva plana alrededor de un eje vertical soportando cargas a compresin, como por ejemplo las cpulas. Es necesario que sean diseadas para para resistir empujes laterales ya que si no se expandirn sufriendo una tensin perimetral. Existen adems varios tipos de cpulas: elpticas y parablicas

d) Laminas plegadas piramidalesAl igual que los sistemas laminares plegados prismticos, se asemejan a una cerca espacial que consta de un conjunto de elementos que se extienden en tres dimensiones formando superficies mediante pirmides. De esta manera, dicho conjunto de elementos trabajan principalmente a traccin y compresin, aunque tambin pueden aparecer momentos y cortantes.

e) Laminares plegadas prismticasEstructuras que se asemejan a una cercha espacial, estando compuestas por distintos elementos que se extienden en las tres dimensiones llegando a formar superficies a base de prismas. Los elementos que las conforman trabajan esencialmente a traccin y compresin, aunque tambin pueden aparecer momentos y cortantes.

HIPERESTATICIDAD ESTRUCTURAL

Se dice que un problema es hiperesttico cuando el nmero de incgnitas estticas (reacciones, esfuerzos, tensiones) es mayor que el nmero de ecuaciones de equilibrio de las que se dispone para resolverlo. El nmero de incgnitas en exceso sobre el nmero de ecuaciones se define como grado de hiperestaticidad del problema. El procedimiento a seguir para la resolucin de un problema hiperesttico se puede enunciar de la siguiente manera: 1.- Identificar el grado de hiperestaticidad externa (GDH) mediante la siguiente ecuacin:

2. Liberar tantas ligaduras (movimientos restringidos) como sean necesarios para convertir el prtico en un problema isosttico, sustituyendo las reacciones por unas fuerzas exteriores de valor incgnita llamadas reacciones hiperestticas. 3.- Resolver el valor de los desplazamientos liberados mediante las ecuaciones de Navier-Bresse. Estos desplazamientos quedaran en funcin de las reacciones hiperestticas. 4.- Calcular el valor de estas reacciones mediante la imposicin de las ecuaciones de compatibilidad, que vuelven a restringir el desplazamiento liberado.para resolver el punto tercero, se puede hacer uso del principio de superposicin, a partir del cual dividimos el problema en varios ms sencillos, separando cada una de las reacciones hiperestticas de las cargas conocidas, calculando los desplazamientos que se producen en cada estado y, finalmente, sumando el efecto de todos los estados para obtener el desplazamiento total Isostatismo e hiperestatismo:

Para la determinacin de tales leyes de esfuerzos se utilizaran en primer lugar los recursos de la esttica. Ahora bien, en determinados tipos de estructuras dichos recursos no son suficientes, por lo que ser necesario recurrir a la compatibilidad cinemtica de movimientos. Es, por tanto, importante antes de seguir adelante, establecer las siguientes definiciones: Estructuras isostticas son aquellas en las cuales es posible determinar todas las leyes de esfuerzos en cada punto utilizando nicamente los recursos de la Esttica. Estructuras hiperestticas son aquellas en las cuales no es posible determinar todas las leyes de esfuerzos con los solos recursos de la Esttica, siendo preciso tener en cuenta adems la compatibilidad cinemtica de desplazamientos. Grado de hiperestatismo de una estructura es el nmero mnimo de reacciones externas o internas (enlaces) que es preciso conocer para transformar la estructura en isosttica.

En la figura a puede analizarse una estructura isosttica, ya que es posible determinar las reacciones y todas las leyes de esfuerzos. Si en la misma estructura el apoyo C se convierte en fijo, entonces la estructura es hiperesttica.El grado de hiperestatismo es uno, ya que, conocida una reaccin (por ejemplo la reaccin horizontal en C, sera posible determinar las leyes de esfuerzos. A la reaccin horizontal en C se la denominara incgnita hiperesttica.

Las estructuras de las figuras c y d son respectivamente dos y seis veces hiperestticas. Hay que sealar adems que las estructuras hiperestticas, a su vez, pueden ser hiperestticas externas, hiperestticas internas o ambas cosas a un tiempo.Una estructura se denomina hiperesttica externa si sus nicas incgnitas hiperestticas son reacciones externas. Anlogamente, una estructura ser hiperesttica interna si sus nicas reacciones hiperestticas estn constituidas por reacciones internas.De esta forma, las estructuras de las figuras b y c son hiperestticas externas, mientras que la estructura de la figura d ser hiperesttica interna.

A partir de todo lo anterior, es posible ver que el hecho de calcular una estructura supone determinar sus leyes de esfuerzos y en ocasiones tambin sus movimientos. Grado de hiperestaticidad de las estructuras:Es el exceso del nmero de incgnitas (reacciones) respecto al nmero de ecuaciones del equilibrio estticoG.H. N DE incgnitas- N de ecuaciones esttica

De donde: GH=0, la estructura es isosttica. GH>0, la estructura es hiperesttica. GH