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CURSO

ANALISIS ESTRUCTURAL I

Generalidades : Introducción.- Etapas del Proceso de

Diseño Estructural.- Tipos de Estructuras.- Modelo de Estructuras.

Ing. Omart Tello Malpartida

INTRODUCCION

El contenido de la asignatura de análisis estructural, permitirá el estudio de los conceptos y métodos empleados para el análisis estructural de los proyectos que corresponden al ámbito profesional del Ingeniero Civil.

Esto se logra desarrollando:

Conceptos estructurales.Cálculo de deformaciones.Análisis de estructuras hiperestáticas.Métodos de análisis estructural estáticos y dinámicos, abordados por procedimientos de cálculo manual y matricial asistido por computadora.Destacando que el análisis estructural, es una etapa del proceso de diseño estructural.

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DISEÑO ESTRUCTURAL

El objetivo final del diseño estructural es proveer una estructura segura y económica para satisfacer una necesidad especifica.

Por seguridad entendemos la capacidad resistente de la estructura para servir sin fallas durante su vida útil.

Por cierto, el diseño incorpora consideraciones de orden económico, ya que siempre pueden haber soluciones alternativas, y para cada una de ellas un optimo, o costo mínimo, al que se puede llegar.

Los objetivos técnicos del procedimiento de análisis como del diseño estructural, se refieren a la determinación de esfuerzos internos y desplazamientos de una estructura, así como la selección y el detallamiento de los componentes que conforman un sistema estructural.

Estos dos aspectos de la ingeniería estructural se llevan en cursos separados en los planes de estudio de ingeniería, pero en la practica son inseparables. (Análisis y Diseño Estructural)

El análisis completo de una estructura requiere conocer el tamaño de los elementos, que están determinados por condiciones de diseño. Estas decisiones de diseño deben basarse en el conocimiento de los esfuerzos en la estructura que resultan de un análisis.

ETAPAS DEL DISEÑO ESTRUCTURAL

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En resumen para salir de este ciclo, el Ingeniero Estructural debe efectuar estimaciones iniciales, esto constituye un diseño preliminar llamado ESTRUCTURACIÓN (definición de forma, tipo estructural, predimensionamiento), el cual define temporalmente la configuración estructural y el tamaño de los elementos, este diseño preliminar esta basado en un análisis aproximado y esta influido por la experiencia y el criterio del ingeniero.

Luego sé realiza un ANALISIS detallado efectuando la modelación de la estructura, calculo de esfuerzosinternos y deformaciones

ETAPAS DEL DISEÑO ESTRUCTURAL

En la Etapa de DIMENSIONAMIENTO O DISEÑO de los elementos, conociendo el tipo de solicitación (carga axial, flexión, corte, torsión) se ratificara y/o cambiara el diseño preliminar, de acuerdo a condiciones de resistencia (esfuerzos admisibles del material frente al tipo de solicitación), serviciabilidad (deformaciones limites para un adecuado funcionamiento o prestación de servicio) y de los niveles de seguridad que es razonable adoptar según Reglamentos y Normas.

ETAPAS DEL DISEÑO ESTRUCTURAL

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¨El proceso de diseño estructural se puede interpretar como un proceso de aproximaciones sucesivas, en la que una primera solución se va mejorando en la medida que los ¨datos¨ mismos se van precisando o perfeccionando.¨

ESTRUCTURACIONDefinición de forma Y tipo estructural

ANALISIS- Modelación- Calculo de esfuerzos internos

y deformaciones

DIMENSIONMIENTO- Resistencia - Serviciabilidad- Seguridad

Estimación de Costo

Producto Final

Re –

estr

uctu

raci

on

Cambio

Cambio

Re - análisis

ETAPAS DEL DISEÑO ESTRUCTURAL

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Armadura planaArco triarticulado

Pórtico plano Pórtico plano con muros de corte ( placas)

ESTRUCTURAS RETICULARES PLANAS

MODELO DE PORTICOS PLANOS

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ESTRUCTURAS RETICULARES ESPACIALES

Armadura espacial Pórtico espacial

Emparrillado

ESTRUCTURAS DE ELEMENTOS CONTINUOS

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CRITERIOS FUNDAMENTALES DE ESTRUCTURACION

La estructuración es la etapa en la cual se define temporalmente la configuración estructural (definición del material de la que va estar constituida la estructura, la forma global de esta y tipo estructural) y el tamaño de los elementos (predimensionamiento) y características mas esenciales, este diseño preliminar esta basado en un análisis aproximado y esta influido por la experiencia y el criterio del ingeniero.

Esta etapa es fundamental en el proceso de diseño, de la correcta elección del sistema o configuración estructural depende mas que de ningún aspecto la bondad de los resultados. Esta etapa es donde desempeñaran un papel vital la creatividad y el criterio.

PREDIMENSIONAMIENTO DE VIGAS

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PREDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS

MODELO DE LAS ESTRUCTURAS

Uno de los pasos mas importantes en cualquier análisis, es el proceso de formulación de un modelo de la estructura real, susceptible a un tratamiento matemático relativamente sencillo. Este paso consiste en adoptar una cantidad de idealizaciones y simplificaciones con la intención de reducir la complejidad del problema, asícomo retener las características “primarias”importantes del comportamiento.

Estas idealizaciones tratan directamente con descripciones geométricas y del comportamiento del material.

En resumen modelar la estructura es idealizar la estructura real por medio de un modelo teórico factible de ser analizado con los procedimientos de calculo disponibles.

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MODELO DE LAS CONDICIONES DE APOYO

En el modelo de la estructura también es necesario idealizar la forma en que los elementos individuales de una estructura están conectados entre sí y como estos están sujetos entre sí los elementos de la frontera a los soportes del sistema.

Esta condición depende de las restricciones a la que esta sometida el apoyo, el tipo de construcción real del apoyo y la herramienta de análisis que se va utilizar.

Condiciones de apoyo y representación simbólica:Apoyo fijoApoyo rotuladoApoyo simpleApoyo elástico

Apoyo empotrado

Apoyo rotulado

Apoyo simple

TIPOS DE APOYO

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Ejemplo.- Para ilustrar estos puntos, se considera el marco de la figura. El marco esta hecho de placas de acero soldadas. La sección transversal de los elementos tienen forma de I.

Modelo estructural:

Marco rígido de sección variable

Modelo estructural:

Para analizar el marco se debe construir primero un diagrama de líneas. Las líneas del diagrama por lo general siguen el centroide de la sección transversal de cada uno de los elementos.

En el caso de marcos de sección variable, el diagrama de líneas solo aproxima la ubicación del centroide de las secciones variables.

Debido al tipo de estructura, las propiedades importantes de los elementos necesarios para el análisis son:

El momento de inercia respecto al eje neutro (I)El Área de la sección transversal (A).

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En elementos rectos estas propiedades son constantes, ya que las dimensiones no cambian.

En elementos de sección variable, cambia el área y la inercia a lo largo de la longitud del elemento, ya que el peralte varía.

Dependiendo del método y de la herramienta de análisis, se efectúa simplificaciones representando los elementos de sección variable con uno o mas elementos de peralte uniforme, utilizando un área y un momento de inercia “equivalente” para cada segmento. La cantidad de segmentos necesarios, será el necesario para que represente las características reales de la estructura.

Modelo estructural:

Luego de obtenido el diagrama de líneas, es necesario idealizar las conexiones de los elementos y de los apoyos. El marco del ejemplo es conocido como un marco rígido, ya que los momentos pueden ser trasmitidos a través de los nudos que conectan los elementos.

Asimismo para el marco del ejemplo, la construcción de la base (empernada), puede ser representada como apoyo rotulado a menos que se disponga de algún dato para cuantificar la resistencia rotacional del soporte.

Modelo de las condiciones de apoyo

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En la figura se muestra un diagrama de lEn la figura se muestra un diagrama de lííneas razonable, neas razonable, anotando las anotando las ááreas y los valores de momento de inercia de cada reas y los valores de momento de inercia de cada segmento y la representacisegmento y la representacióón de la condicin de la condicióón de apoyo asumida.n de apoyo asumida.

Modelo Estructural :Modelo Estructural :

Modelo de armaduras

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Modelo de pórticos

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GRACIAS …..