FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CURSO: ANALISIS ESTRUCCTURAL INFORME: ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS AUTOR: AHUMADA PEÑA, ENRIQUE ARTURO PALMER LOZADA, MIGUEL ALEXANDER PROFESOR: ING. FELIX GERMAN DELGADO RAMIREZ AULA: 302 TURNO: NOCHE LIMA – PERÚ 2015 – I Es así que al realizar un proyecto estructural de un edificio no se admiten excepciones. lo que dificulta su metodología. Es así. En estos cursos. con la activa construcción de puentes. cascarones. analizándose las construcciones con un nuevo enfoque integrador suelocimentación-superestructura. Otra de las líneas de investigación del Análisis Estructural. donde se analizan otros tipos de sistemas estructurales. El Análisis Estructural. con el uso de la informática. pórticos. estabilidad. obteniéndose los valores necesarios para un diseño económico y seguro.INTRODUCCION En el ámbito de la Ingeniería Civil. Los problemas planos se resuelven en dos dimensiones y los espaciales en tres dimensiones. arcos. el análisis estructural inició su desarrollo en la primera mitad del siglo XIX. reservorios. se utilizan los métodos de la Teoría de Elasticidad. para el cálculo de estructuras espaciales. durabilidad y seguridad de las estructuras. lo cual describe el trabajo real de las obras. económicas y seguras . es una ciencia que se encarga de la elaboración de métodos de cálculo. es la interacción sueloestructura. rigidez. a que la mayoría de los métodos principales y teoremas están enunciados y modelados para estructuras en el plano. esto es más sencillo. vías ferroviarias. presas y naves industriales. economía y estética. cúpulas. “Análisis Estructural de Aviones”. donde se analizan placas y bóvedas y “Análisis Estructural de Cohetes”. que se orienta al cálculo de bóvedas simétricas. . placas. siendo muy importante la interpretación de los resultados. Esto originó en cierto modo la aparición de nuevos cursos especiales de análisis estructural. pero no en todos los casos es posible dicha metodología. La inexistencia de métodos de cálculo de tal tipo de estructuras. afectando lo menor posible el impacto al medio ambiente. como surgió el “Análisis Estructural de Barcos”. para el cálculo de estructuras espaciales se tiende a dividir en elementos planos. En el Análisis Estructural clásico. funcionalidad. Como ciencia. no permitió proyectar estructuras ligeras. vigas. ya que al diseñar y construir debe de cumplir con los requerimientos de seguridad y de servicio basándose en la Reglamentación de Construcción vigente del sitio donde se construya la edificación. En cambio. se analizan solamente sistemas de barras. En el Análisis Estructural se calculan armaduras. para determinar la resistencia. Esto se debe. En el Análisis Estructural se resuelven estructuras en el plano y en el espacio. Generalmente. pero en la actualidad. será necesario analizar grandes fórmulas y ecuaciones. bóvedas. losas. se deben establecer secuencias lógicas y óptimas de las actividades a realizar que sumado en conjunto den como resultado un proyecto u obra que cumpla los objetivos principales: seguridad. debido a que su cálculo es mucho más sencillo. los cuales son más complejos que los métodos clásicos del Análisis Estructural. habitualmente. ha de existir en todos los puntos del sistema... bajo la denominación genérica de estudio del comportamiento tanto del análisis de los estados en tensión y deformación alcanzados por los elementos y componentes físicos de la estructura como la obtención de conclusiones sobre la influencia recíproca con el medio ambiente o sobre sus condiciones de seguridad. movimientos forzados • Acciones térmicas.flujo de calor por conducción. • Acción del terreno. asientos. de nieve....). existen algunas acciones sobre las estructuras que por la velocidad con la que inciden dan lugar a la aparición de fuerzas de inercia que han de tenerse en cuenta en el equilibrio de fuerzas que.ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS Se entiende por análisis de una estructura el proceso sistemático que concluye con el conocimiento de las características de su comportamiento bajo un cierto estado de cargas.peso propio. en cada instante.. • Acciones reológicas. Estas acciones son las siguientes Acción gravitatoria.. En el cálculo de estructuras generalmente se supone que las cargas actuantes varían lentamente alcanzando su valor final (valor de cálculo) en un periodo de tiempo lo suficientemente grande como para que la aceleración de un punto del sistema no genere fuerzas de inercia que hayan de tenerse en cuenta. Es pues el objetivo del análisis de una estructura la predicción de su comportamiento bajo las diferentes acciones para las que se postule o establezca que debe tener capacidad de respuesta. ACCIONES SOBRE LAS ESTRUCTURAS Sobre una estructura pueden actuar diferentes tipos de acciones exteriores cuya naturaleza puede condicionar el método de cálculo a seguir.retracción. convección o radiación.empujes activos.. carga permanente. se incluye.. fluencia... sobrecargas (de uso. Estas acciones son las siguientes: • • • • Vibraciones Viento Sismos Impactos . transitorios térmicos. Sin embargo. un desplazamiento (desplazograma d=d(t)... de tipo transitorio es decir que la vibración desaparece ("se amortigua") con el tiempo. • Análisis no lineal. un pulso triangular.Caracteriza a este tipo de análisis el que las cargas actuantes son variables con el tiempo debiendo requerirse la participación de las fuerzas de inercia en la estimación de la respuesta de la estructura.Estudios del efecto tensional y deformacional que los fenómenos de transferencia de calor..• Ondas de explosiones… La respuesta de la estructura a estas acciones variables con el tiempo depende.. radiación.. una aceleración (acelerograma a=a(t))... etc). tienen en las estructuras. la aparición de grandes deformaciones o la no linealidad geométrica de la estructura (topes. variable en el tiempo... La magnitud. . • Análisis dinámico.Caracteriza a este tipo de análisis el hecho que las cargas actuantes sobre la estructura no dependen del tiempo.Caracteriza a este tipo de análisis el comportamiento anelástico del material de la estructura. rozamientos.. • Análisis térmico. Existen cargas dinámicas que tienen carácter determinista es decir que su variación en el tiempo es conocida (p. que define una carga dinámica puede ser una fuerza (fuerzograma F=F(t))...) • Globales (la diferencia en el tiempo de los desplazamientos de los diferentes puntos de la estructura da lugar a deformaciones relativas que generan estados tensionales variables cuyo valor máximo puede ser superior al que producirían las mismas cargas aplicadas de forma estática..e. del tiempo pero su respuesta es. 4 Una acción sobre una estructura debe inicialmente considerarse de tipo dinámico para esta estructura cuando la longitud de su periodo de actuación tiene un valor comparable al del período natural de vibración libre del sistema (estructura). TIPOS DE ANÁLISIS Hay diferentes tipos de análisis: • Análisis estático. obviamente.. una función armónica. la variación en el tiempo no solo del valor absoluto de las deformaciones sino también del signo de estas puede llegar a producir fenómenos de fatiga en el material). en general. Ante la complejidad inherente a la descripción y consideración completa de la realidad física y funcional del sólido... el establecimiento de un modelo físico en el que se idealicen o abstraigan aquellas características físicas y funcionales que participan en el aspecto del comportamiento mecánico que se quiere analizar. Los modelos se utilizan para predicción de esfuerzos. la idealización parcial de esta en un modelo implica la abstracción de su realidad a aquellos aspectos que condicionan el comportamiento a analizar. tensiones. La selección de los aspectos de comportamiento del sólido que han de intervenir en el análisis es un proceso complejo. con la consiguiente utilización de hipótesis simplificadoras que el analista ha de conocer y aceptar. El primer paso en el proceso de análisis es.. llevaban implícitas simplificaciones que las 8 hacían aplicables a . Cullman. Las hipótesis de la mecánica de los medios continuos.MODELIZACIÓN DE ESTRUCTURAS El análisis del comportamiento mecánico de una estructura se lleva a cabo sobre modelos de ésta. esta característica provenía del hecho de que. sus formas geométricas y su comportamiento.. movimientos y deformaciones y es por lo que han de recoger la utilidad funcional del sólido. probablemente parciales. por ejemplo. en consecuencia. entendiendo por modelo una idealización de algunos aspectos. Navier.) dotaron a los ingenieros estructuralistas de herramientas cada una de las cuales tenía un campo de aplicación restringido.a/ Análisis matricial.. de la realidad física y funcional de la estructura. generalmente de "prueba y error" y en el que juega un importante papel la experiencia del analista. La geometría del sólido pueda verse realmente modificada en el proceso de aplicación de las acciones La capacidad resistente de la estructura dependa de las acciones que soporta. La prevalencia del comportamiento macroscópico del sólido frente al microscópico. Mohr.Los métodos de análisis planteados por los científicos del XIX (Maxwell. Son también circunstancias a tener en cuenta y que generalmente dificultan el proceso de definición del modelo. Generalmente hay un alto grado de incertidumbre en la determinación de las acciones y de los parámetros del sólido. que Las acciones se desarrollan en el tiempo. MÉTODOS DE ANÁLISIS Los métodos actuales de análisis. Como hipótesis simplificadoras de general aplicación suelen considerarse • • • La distribución continúa de la materia. en aras de hacer sencillo su uso. . ábacos. Su aplicación a estructuras complicadas requería grandes dotes de simplificación y sentido ingenieria y. Su éxito y posterior eclosión se deben a su adaptación a las sistemáticas de funcionamiento y de ordenación de datos de los ordenadores. La resolución de estas ecuaciones le permite obtener los desplazamientos globales del modelo a partir de las acciones o cargas que actuantes. el estudio de funciones de interpolación cuasicontinuas de Courant (1943) o las múltiples aplicaciones del método obtenidas por Zienkiewicz y su escuela. El análisis de estructuras con un método matricial y utilizando un ordenador se reduce a la definición de unos datos descriptivos de su geometría. inducía una gran complejidad y volumen en los cálculos. esta circunstancia hace a estos métodos peligrosos de utilizar pues se requiere un especial criterio y sentido de funcionamiento de las estructuras para la interpretación de los resultados del cálculo. movimientos en nudos. las relaciones entre fuerzas y desplazamientos en base al conocimiento de las ecuaciones que describen su comportamiento. una vez más. La aparición de los ordenadores (década de los cincuenta). Planteando el equilibrio de cada nudo del modelo (punto real o ficticio de la estructura) sometido a las acciones que le transmiten los elementos que en él confluyen... esta complejidad era parcialmente paliada con toda una tecnología práctica basada en tablas. en nuestro medio había sido tradicional la construcción en concreto reforzado. utilizando algoritmos de cálculo en los que no eran necesarias las simplificaciones y que. la capacidad de inventiva de la Ingeniería.).estructuras con condiciones particulares.. pero después de 1991. 1870). pudiéndose decir que no han aportado ideas nuevas a la panoplia de herramientas para el análisis de estructuras. con la «apertura . Están conformados por la unión rígida de vigas y columnas. Es una de las formas más populares en la construcción de estructuras de concreto reforzado y acero estructural para edificaciones de vivienda multifamiliar u oficinas. de los materiales que la constituyen y de las cargas a las que está sometida. posibilitó el análisis de estructuras más complejas. El ordenador se convierte en una caja negra que elabora unos cálculos y devuelve unos resultados (esfuerzos en elementos. Los métodos matriciales son técnicamente muy simples. en consecuencia. en cualquier caso. Los elementos finitos.. el Método de los Elementos Finitos se ha convertido en una herramienta imprescindible para el quehacer del ingeniero. PÓRTICOS O MARCOS Son otras estructuras cuyo comportamiento está gobernado por la flexión. obtiene las ecuaciones de comportamiento global del sistema.. eran aplicables a cualquier tipo de estructura. El Ingeniero que diseña una estructura divide (discretiza) ésta en elementos para cada uno de los cuales establece. Los nuevos métodos seguían basándose en los teoremas fundamentales del cálculo clásico a cuyas ecuaciones daban un tratamiento numérico con técnicas del álgebra matricial ("métodos matriciales"). que demostraba. en primer lugar. Desde el planteamiento amplio del cálculo variacional debido a Euler a su aplicación a la minimización de la energía elástica de un continuo (Rayleigh. que simplificaban los problemas implícitos a un cálculo con gran volumen de datos y operaciones. . a pesar de que no sean tan eficientes como otras formas. pero permiten aberturas rectangulares útiles para la conformación de espacios funcionales y áreas libres necesarias para muchas actividades humanas (ver figura 6). tan lejanos como el Japón o Polonia. Estos sistemas estructurales son muy populares en la construcción. Materiales como el concreto reforzado y el acero estructural facilitaron la construcción de los nudos rígidos que unen la viga y la columna. y una mayor «rigidez» o capacidad de limitar los desplazamientos horizontales. no solamente verticales. La combinación de una serie de marcos rectangulares permite desarrollar el denominado entramado de varios pisos. acción en voladizo. dándole al conjunto una mayor «resistencia». Ecuador y de otros.s.económica» se hacen cada vez más populares las estructuras a porticadas construidas con perfiles estructurales importados. combinando marcos en dos planos perpendiculares se forman entramados espaciales. Figura 5: acción de pórtico bajo cargas verticales y horizontales v. Brasil. Con la unión rígida de la columna y el dintel (viga) se logra que los dos miembros participen a flexión en el soporte de las cargas (figuras 5 (b) y (d)). desde nuestros países vecinos: Chile. sino horizontales. acabados. CARGAS MUERTAS Son aquellas cargas que actúan durante toda la vida de la estructura. Sus valores se obtienen considerando el peso específico del material de la estructura y el volumen de la estructura. Aunque es el tipo de carga más fácil de evaluar.Figura 6: edificio aporticado de concreto reforzado FACTORES PREPONDERANTES EN EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL A. dependiendo de la experiencia del diseñador. pisos. divisiones permanentes. Incluyen todos aquellos elementos de la estructura como vigas. cubiertas y los elementos arquitectónicos como ventanas. TIPOS DE CARGAS 1. La principal carga muerta es el peso propio de la estructura. También se denominan cargas permanentes. Esta acción será más o menos aproximada. Es necesario recurrir entonces a estimaciones del valor inicial. techos. Su símbolo "D". corresponde a la inicial en inglés de Dead (muerto). columnas. En los casos . su monto depende de las dimensiones de los miembros de la estructura las cuales no se conocen al inicio del proceso. será necesario evaluar de nuevo el peso de la estructura y revisar el diseño. El control de las cargas muertas es muy importante en estructuras de concreto reforzado construidas «in situ». pues los perfiles vienen de fábrica con tolerancias de peso pequeñas. Figura 1. conduciendo a sobre espesores que producen masas adicionales a las contempladas en el diseño. Sin embargo a partir de la vigencia de la norma NSR-98 se debería hacer en el Sistema Internacional (SI): N/m. afectando la evaluación de las cargas de sismo. Fuerzas distribuidas Algunos ejemplos corrientes de pesos propios. propuestos por la norma NSR-98 y el Código Peruano de Puentes (CCP-95) son: . la carga se evalúa por unidad de longitud. pues el volumen de los concretos colocados puede ser muy variable. Ha sido costumbre evaluarla en sistema MKS: "kg/m.comunes esta estimación inicial será suficiente. En el acero estructural se controlan más fácilmente. kN/m. Para elementos longitudinales (vigas). t/m". pero en casos no rutinarios. tierra suelta 16 kN/m3 1600 Kg/m3 Arena.- Las cargas vivas son cargas no permanentes producidas por materiales o artículos.MATERIAL PESO DENSIDAD Concreto simple 23 kN/m3 2300 Kg/m3 Concreto reforzado 24 kN/m3 2400 Kg/m3 Mampostería de ladrillo 18 kN/m3 1800 Kg/m3 Acero 78 kN/m3 7850 Kg/m3 Madera laminada 6 kN/m3 600 Kg/m3 Madera. seca 7. CARGAS VIVAS. Las cargas vivas que se utilicen en el diseño de la estructura deben ser las máximas cargas que se espera ocurran en la edificación debido al uso que ésta va a tener y .5 kN/m3 750 Kg/m3 Arena. grava. Para simplificar los cálculos las cargas vivas son expresadas como cargas uniformes aplicadas sobre el área de la edificación. Cabinas. densa. e inclusive gente en permanente movimiento. grava compactada 19 kN/m3 1900 Kg/m3 Macadam 22 kN/m3 2200 Kg/m3 Mampostería de piedra 27 kN/m3 2700 Kg/m3 Mortero de pega 21 kN/m3 2100 Kg/m3 2. particiones y personas que entran y salen de una edificación pueden ser consideradas como carga vivas. Las ondas sísmicas se presentan en tres tipos principales: 1. Circulan por el interior de la Tierra.están determinadas con base a una parte variable y a una porción sostenida por el uso diario. Son las primeras que registran los aparatos de medida o sismógrafos. PRIMARIAS O P: Tipo de ondas de cuerpo que se propagan a una velocidad de entre 8 y 13 km/s y en el mismo sentido que la vibración de las partículas. de ahí su nombre "P". Se propagan a partir del epicentro y son similares a las ondas que se forman sobre . Atraviesan únicamente los sólidos y se registran en segundo lugar en los aparatos de medida. 2. ONDAS TRANSVERSALES. ONDAS LONGITUDINALES.5 km/s) y son producto de la interacción entre las ondas P y S a lo largo de la superficie de la Tierra.[cita requerida]. Movimientos Sismicos El movimiento sísmico se propaga mediante ondas elásticas (similares al sonido). a partir del hipocentro. SECUNDARIAS O S: Son ondas de cuerpo más lentas que las anteriores (entre 4 y 8 km/s) y se propagan perpendicularmente en el sentido de vibración de las partículas. atravesando tanto líquidos como sólidos. B. 3. Son las que producen más daños. ONDAS SUPERFICIALES: Son las más lentas de todas (3. Las cargas vivas dadas en los códigos tienen la intención de representar la suma máxima de todas las cargas que pueden ocurrir en un área pequeña durante la vida útil del edificio. DISTRIBUCIÓN DE CARGAS EN PÓRTICOS . Este tipo de ondas son las que se registran en último lugar en los sismógrafos TIPOS DE APOYO a) Apoyo Empotrado b) Apoyo Móvil o de Rodillo A.la superficie del mar. B. ANÁLISIS EN UN PÓRTICO Tramo 1 (x = 0 en B) L > x > 0 Tramo 2 (x = 0 en D) L/2 > x > 0 Tramo 3 (x = 0 en E) L/2 > x > 0 Tramo 4 (x = 0 en A) L > x > 0 . PROBLEMA PLANTEADO Un marco elaborado con una viga de acero tipo I de EI constante que soporta una carga distribuida de 1.2 tn/m.I = 3C – A = 3(1) – 2 = 1 Dónde.5 tn/m y dos columnas de acero tipo I de EI constante y una de ellas soporta la carga distribuida de 0. A = Numero de articulaciones o rótulas.: C = Numero de contornos cerrados. Ambas columnas están empotrados por apoyos fijos simples. 1 = Indica que debemos eliminar una de las conexiones. Luego Tramo 1-1 (DC)(0 ≤ Y ≤ ) . Grado de indeterminación para pórticos: G. (1957).M y Blanco Diaz.E.Luis. Edicions UPC.Madrid-España.S. Madrid-España.Tramo 2-2 (CB)(0 ≤ X ≤ ) Tramo 3-3 (BA)(0 ≤ Y ≤ ) Luego Para finalizar Se resuelve la integral y graficamos los momentos flexionantes y las fuerzas cortantes. Segunda Edicion.A.McGra-Hill. Espasa-Galpa S. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Cervera Ruiz. Mecanica de Materiales-Metodos de Analisis. Resistencia de Materiales.(1998). .(2002). Timoshenko. Resistencia de Materiales. Ortiz Berrocal. Barcelona-España. de esta manera tendremos una versión gráfica del efecto de las cargas distribuidas en los elementos de soporte. Johnston.(2003). Vásquez Fernández. McGra-Hill. Tercera Edicion. Resistencia de Materiales. John T. . Rusell Jr & DeWolf. Mecánica de Materiales. Madrid-España.Madrid-España. Beer. Ferdinand P. E.. Manuel(1994). Tercera Edición. Editorial Noela.
Report "Informe.- Analisis Estructural de Porticos"