conceptos básicos de estructuras isostaticas

29/08/12

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Unidad de aprendizaje: Estructuras isostáticas

ò  Unidad I. Conceptos básicos.

ü  Definición y clasificación de las estructuras.

ü  Tipo de soportes y reacciones.

ü  Cargas y su clasificación.

Estructura

ò  Definición: “Entidad física de carácter unitario, concebida como una organización de cuerpos dispuestos en el espacio de modo que el concepto del todo domina la relación entre las partes”.

ò  Según esta definición vemos que una estructura en un ensamblaje de elementos que mantiene su forma y su unidad.

ò  Sus objetivos son: resistir cargas resultantes de su uso y de su peso propio y darle forma a un cuerpo, obra civil o maquina.

ò  Ejemplos de estructuras son: puentes, torres, edificios, estadios, techos, barcos, aviones, maquinarias, presas y hasta el cuerpo humano”

http://estructuras.eia.edu.co/estructurasI/indest1.html

Ejemplos de estructuras Sistema estructural

ò  ¿Qué es un sistema estructural?

ò  Es un ensamblaje de miembros o elementos independientes para conformar un cuerpo único y cuyo objetivo es darle solución (cargas y forma) a un problema civil determinado.

ò  La manera de ensamblaje y el tipo de miembro ensamblado definen el comportamiento final de la estructura y constituyen diferentes sistemas estructurales.

ò  En algunos casos los elementos no se distinguen como individuales sino que la estructura constituye en si un sistema continuo como es el caso de domos, losas continuas o macizas y muros, y se analizan siguiendo los conceptos y principios básicos de la mecánica.


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Sistema estructural

ò  El sistema estructural constituye el soporte básico, el armazón o esqueleto de la estructura total y él transmite las fuerzas actuantes a sus apoyos de tal manera que se garantice seguridad, funcionalidad y economía.

ò  En una estructura se combinan y se juega con tres aspectos:

ò  ü FORMA

ò  ü MATERIALES Y DIMENSIONES DE ELEMENTOS

ò  ü CARGAS

ò  los cuales determinan la funcionalidad, economía y estética de la solución propuesta.


Ingeniería estructural

ò  “Es el arte de idealizar materiales a los cuales no se les conoce bien sus propiedades, para construir formas que no sabemos analizar, de tal manera que soporten cargas que ignoramos y sin embargo se comporten satisfactoriamente (todo esto sin que la gente se de cuenta)” (autor desconocido).


ò  La misma cita es mencionada por Edgard L. Wilson (podructor del progama SAP2000) en su libro Three dimensinal static an dynamic analysis of structures:

“STRUCTURAL ENGINEERING IS

THE ART OF USING MATERIALS

That have properties which can only be estimated

TO BUILD REAL STRUCTURES

That can only be approximately analyzed

TO WITHSTAND FORCES

That are not accurately known

SO THAT OUR RESPONSIBILITY WITH RESPECT TO PUBLIC SAFETY IS SATISFIED”


ò  Ingeniería estructural es la aplicación de los conocimientos de la Mecánica, ciencia que estudia las fuerzas y sus efectos, al arte de diseñar estructuras.

ò  En el análisis estructural conjugamos conocimientos de ciencias básicas aplicadas al arte de la ingeniería para encontrar fuerzas y deformaciones en una estructura.

ò 

ò  El ingeniero estructural se encarga del arreglo y dimensionamiento de las estructuras y sus partes, de tal manera que soporten satisfactoriamente las cargas colocadas sobre ellas. Pueden servir de ayuda a otros ingenieros en proyectos especiales.

ò 

ò  El ingeniero por medio de los conocimientos, físicos y matemáticos, crea modelos, a los que aplica ecuaciones y puede por lo tanto planear, conocer y rectificar una estructura antes de ser construida.

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PROCESO DE DISENO Tipos de cargas segun Reglamento de Const rucc iónES PARA EL DISTRITO FEDERAL (Acciones a considerar en el diseño estructural)

En el diseño de toda estructura se consideran tres categorias de acciones, de acuerdo con la duración en que obran sobre las estructuras con su intensidad máxima.

Tres categorias de acciones a). Acciones permanentes:

ò  Son las que obran en forma continua sobre la estructura y cuya intensidad varía poco con el tiempo, su cAtegorias son: carga muerta, empuje estático de tierras y de líquidos y las deformaciones y desplazamientos impuestos a la estructuraque varían poco con el tiempo, como los debidos a presfuerzo o a movimientos diferenciales permanentes de los apoyos.

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Las acciones variables

ò  Son las que obran sobre la estructura con una intensidad que varía significativamente con el tiempo. Las principales acciones que entran en esta categoría son: la carga viva; los efectos de temperatura; las deformaciones impuestas y los hundimientos diferenciales que tengan una intensidad variable con el tiempo, y las acciones debidas al funcionamiento de maquinaria y equipo, incluyendo los efectos dinámicos que pueden presentarse debido a vibraciones, impacto o frenaje.

Las acciones accidentales

ò  Son las que no se deben al funcionamiento normal de la construcción y que pueden alcanzar intensidades significativas solo durante lapsos breves. Pertenecen a esta categoría: las acciones sísmicas, los efectos de viento, los efectos de explosiones, incendios, y otros fenómenos que pueden presentarse en casos extraordinarios.

Tipos de acciones Sistemas estructurales más

comunes ò  Elemento tipo Cable: No posee rigidez para soportar

esfuerzos de flexión, compresión o cortantes. Al someter a cargas a un cable este cambia su geometría de tal manera que las cargas son soportadas por esfuerzos de tracción a lo largo del elemento. Siempre encontraremos que cuando aplicamos una fuerza el cable tendrá otra geometría.

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ò  Elemento tipo Columna: Es un elemento con dos dimensiones pequeñas comparadas con la tercera dimensión. Las cargas principales actúan paralelas al eje del elemento y por lo tanto trabaja principalmente a compresión. También puede verse sometido a esfuerzos combinados de compresión y flexión.

ò  Elemento tipo viga: Es un elemento que tiene dos de sus dimensiones mucho menores que la otra y recibe cargas en el sentido perpendicular a la dimensión mayor. Estas características geométricas y de carga hacen que el elemento principalmente esté sometido a esfuerzos internos de flexión y de cortante. Es un elemento que debe tener la suficiente I (inercia transversal) y A (área transversal) para soportar estos tipos de esfuerzos. Recordemos que los esfuerzos de flexión dependen directamente de la inercia de la sección () y los de cortante indirectamente del área ( donde Q , es el primer momento del área).

ò  Elementos tipo Arco: Se comporta o es similar a un cable invertido aunque posee rigidez y resistencia a flexión. Esta característica lo hace conservar su forma ante cargas distribuidas y puntuales. Debido a su forma los esfuerzos de compresión son mucho mas significativos que los de flexión y corte.

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ò  Elementos tipo cascaron: Pueden ser flexibles, en este caso se denominan membranas, o rígidos y se denominan placas.

ò  Membrana: no soporta esfuerzos de flexión, es como si fueran cables pegados. Trabaja por tracción netamente

ò  Cascaron o placa: tiene rigidez a flexión es decir trabaja principalmente por compresión, pero se asocia con esfuerzos cortantes y flectores mínimos.

ò  Elementos tipo muro: Estos elementos se caracterizan por tener dos de sus dimensiones mucho mas grandes que la tercera dimensión y porque las cargas actuantes son paralelas a las dimensiones grandes. Debido a estas condiciones de geometría y carga, el elemento trabaja principalmente a cortante por fuerzas en su propio plano. Adicionalmente a esta gran rigidez a corte los muros también son aptos para soportar cargas axiales siempre y cuando no se pandeen.

ò  Cerchas

ò  Armaduras planas y espaciales

ò  Marcos o pórticos planos y espaciales

ò  Sistemas combinados o duales

ò  Sistemas de muros

ò  Sistemas de piso

ò  Sistemas continuos

CERCHAS: Este sistema combina elementos tipo cercha donde la disposición de los elementos determina la estabilidad. Pueden ser planas y espaciales

ARMADURAS: En este sistema se combinan elementos tipo cercha con elementos tipo viga o columna unidos por articulaciones.

ò  MARCOS O PÓRTICOS: Este sistema conjuga elementos tipo viga y columna. Su estabilidad está determinada por la capacidad de soportar momentos en sus uniones. Pueden ser planos y espaciales

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ò  SISTEMAS DE PISOS: Consiste en una estructura plana conformada por la unión varios elementos (cáscara, viga, cercha) de tal manera que soporte cargas perpendiculares a su plano. Se clasifican por la forma en que transmiten la carga a los apoyos en bidireccionales y unidireccionales.

ò  SISTEMAS DE MUROS: Es un sistema construido por la unión de muros en direcciones perpendiculares y presenta gran rigidez lateral. Este sistema es uno de los mas usados en edificaciones en zonas sísmicas.

ò  S I S T E M A S C O M B I N A D O S P A R A EDIFICACIONES: Se aprovechan las cualidades estructurales de los elementos tipo muro con las cualidades arquitectónicas de los sistemas de pórticos. Las características de rigidez lateral también se pueden lograr por medio de riostras que trabajan como elementos tipo cercha.

ò  SISTEMAS MASIVOS: Presas o elementos en 3 dimensiones

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