trabajo de memoria de calculo y diseño de edificios estructurales jose paez

8/19/2019 Trabajo de Memoria de Calculo y Diseño de Edificios Estructurales Jose Paez

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INDICEIntroducción..........................................................................................................,

2uncionalidad.......................................................................................................1

Venta3as e inconvenientes de la estructura 4et$lica...........................................5El acero................................................................................................................+

'aracter6sticas 4ec$nicas del acero...................................................................+

7ipos de acero....................................................................................................0-

'on8iguraciones estructurales............................................................................00

Ele4entos estructurales.................................................................................00

Protecciones para estructuras 4et$licas...........................................................0Protección contra incendios...........................................................................0

Protección contra corrosión............................................................................0

'$lculo estructural..............................................................................................01

M&todos de c$lculo.........................................................................................01

M&todo de los estados li4ites............................................................................0+

'lasi8icación de las estructuras..........................................................................)0Estados 964ite :lti4os.......................................................................................)0

Estados 964ite de Servicio.................................................................................))

Progra4a de c$lculo utilizado(...........................................................................),

7RI'#9'.........................................................................................................),

E3e4plo...............................................................................................................)*

'onclusión..........................................................................................................);


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Introduccióna buscado incesable4ente la 4anera de 4e3orarlo/ peropocos real4ente conocen los bene8icios as6 co4o ta4bi&n lo arduo ? co4ple3o=ue es traba3ar con acero.

En el presente traba3o abordare4os el te4a de estructuras 4etalicas/ el cualper4ite conocer los procedi4ientos =ue e@peri4ental4ente >an de4ostrado ciertogrado de con8iabilidad en el dise o de las estructuras 4etalicas.

Son otras estructuras cu?oco4porta4iento est$ gobernado por la 8le@ión. Est$n con8or4adas por la uniónr6gida de vigas ? colu4nas. Es una de las 8or4as 4$s populares en laconstrucción de estructuras de concreto re8orzado ? acero estructural paraedi8icaciones de vivienda 4ulti8a4iliar u o8icinasA en nuestro 4edio >ab6a sidotradicional la construcción en concreto re8orzado/ pero despu&s de 0++0/ con la

apertura econó4icaC se >acen cada vez 4$s populares las estructuras aporticadas construidas con per8iles estructurales i4portados/ desde nuestros


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pa6ses vecinos( Venezuela/ Brasil/ Ecuador ? de otros/ tan le3anos co4o el %apóno Polonia.

9a gran estandarización ?control de calidad =ue >aobtenido la industria del aceroen el 4undo/ >ace indi8erentepara el dise o/ el origengeogr$8ico del per8il estructural/pri4ando el 4enor costo. En&pocas de superproducción de

acero a nivel 4undial/ co4o laactual/ &ste au4enta aún 4$ssus venta3as co4petitivas sobre

4ateriales tradicionales en nuestro 4edio co4o el concreto re8orzado.9 os pórticos tienen su origen en el pri4itivo con3unto de la colu4na ? el dintel

de piedra usado por los antiguos/ en las construcciones cl$sicas de los griegos/co4o en el Partenón ? aún 4$s atr$s/ en los trilitos del conjunto deStonehenge en Inglaterra D0;-- a os a.'. . En &stos la 8le@ión solo se presenta enel ele4ento >orizontal Dviga para cargas verticales ? en los ele4entos verticalesDcolu4nas para el caso de 8uerzas >orizontales D8igura 1.+( Da ? Dc .


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Figura 6.9: acción de pórtico bajo cargas verticales y horizontales vs. Acción en

voladizo

'on la unión r6gida de la colu4na ? el dintel Dviga se logra =ue los dos4ie4bros participen a 8le@ión en el soporte de las cargas D8iguras 1.+ Db ? Dd / nosola4ente verticales/ sino >orizontales/ d$ndole al con3unto una 4a?or

resistenciaC/ ? una 4a?or rigidezC o capacidad de li4itar los desplaza4ientos>orizontales. Materiales co4o el concreto re8orzado ? el acero estructural8acilitaron la construcción de los nudos r6gidos =ue unen la viga ? la colu4na.

9a co4binación de una serie de 4arcos rectangulares per4ite desarrollar eldeno4inado entra4ado de varios pisosA co4binando 4arcos en dos planosperpendiculares se 8or4an entra4ados espaciales. Estos siste4as estructurales

son 4u? populares en la construcción/ a pesar de =ue no sean tan e8icientes co4ootras 8or4as/ pero per4iten aberturas rectangulares útiles para la con8or4ación deespacios 8uncionales ? $reas libres necesarias para 4uc>as actividades >u4anasDver 8igura 1.0- .


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9os 4&todos de an$lisis introducidosdesde la distribución de 4o4entos de'RFSS D0+,- / >asta las 8or4ulaciones4atriciales de la RIGIanreducido las tediosas operacionesrutinarias/ =ue li4itaron su uso en el siglopasado. En cap6tulos posteriores seestudiar$n diversos 4&todos para elan$lisis cl$sico de estas estructuras aporticadas( 4&todo de las 8uerzas o de

las 8le@ibilidadesA 4&todos de $ngulos degiro ? 4&todo de la distribución de

4o4entos o de 'RFSS.En cursos posteriores se traba3ar$ a pro8undidad el deno4inado M&todo

Matricial de la RigidezC/ =ue es >o? en d6a el pre8erido por los siste4as de an$lisisde estructuras por co4putador ? se >ar$ una introducción detallada al M&todo delos Ele4entos 2initosC/ =ue es la 4e3or >erra4ienta de =ue disponen losingenieros para el estudio de es8uerzos en estructuras co4ple3asA este te4a lopodr$n cursar los estudiantes =ue seleccionen la l6nea de pro8undización enestructurasC/ del plan de estudios de Ingenier6a 'ivil.

2uncionalidad

Una estructura industrial es un “con3unto de ele4entos resistentes capaz de4antener sus 8or4as ? cualidades a lo largo del tie4po/ ba3o la acción de lascargas ? agentes e@teriores a =ue >a de estar so4etido!.

Para resolver con acierto la estabilidad industrial de un edi8icio/ esi4prescindible entender el 8unciona4iento de su estructura/ conocer la disposiciónestructural/ las solicitaciones =ue le llegan ? el 4aterial utilizado/ con el 8in de


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elegir los detalles ? disposiciones constructivas 4$s adecuados/ as6 co4o resolver los puntos singulares de la 4is4a. 9os 4ateriales e4pleados en su construcciónsuelen ser 4etales ? u >or4igón/ pudi&ndose recurrir al e4pleo de 4aterialesco4puestos para deter4inados ele4entos estructurales o para aplicacionesespeciales.

9as construcciones e3ecutadas con estructuras 4et$licas per4iten luces4a?ores/ especial4ente interesantes para locales co4erciales/ industrias/ dondese re=uieran edi8icios sin pilares inter4edios/ as6 co4o para edi8icios de grandesalturas/ sin pilares e@cesiva4ente gruesos/ evitando ocupar espacios i4portantes.

Venta3as e inconvenientes de la estructura 4et$lica

El e4pleo del acero en las estructuras industriales tiene una serie deventa3as sobre otros 4ateriales =ue >ace =ue las estructuras 4et$licas4onopolicen la construcción de naves industriales. # continuación se enu4eranalgunas de sus propiedades 4$s destacadas(

" 9as estructuras 4et$licas/ al to4ar grandes de8or4aciones/ antes deproducirse el 8allo de8initivo “avisan!.

" El 4aterial es >o4og&neo ? la posibilidad de 8allos >u4anos es 4uc>o4$s reducida =ue en estructuras construidas con otros 4ateriales. 9o =ue per4iterealizar dise os 4$s a3ustados/ ? por tanto 4$s econó4icos.

" Fcupan poco espacio. 9os soportes 4olestan 4u? poco/ para e8ectos dela distribución interior/ por lo =ue se obtiene buena rentabilidad a toda la super8icie

construida. 9os cantos de las vigas son reducidos ? los anc>os aún son 4enores.En general las estructuras 4et$licas pesan poco ? tienen elevada resistencia.

" 9as estructuras 4et$licas no su8ren 8enó4enos geológicos =ue/ salvode8or4aciones t&r4icas/ deban tenerse en cuenta. 'onservan inde8inida4ente suse@celentes propiedades.


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" Estas estructuras ad4iten re8or4as/ por lo =ue las necesidades ? los usospueden variar/ adapt$ndose con 8acilidad a las nuevas circunstancias. Su re8uerzo/en general/ es sencillo.

" 9as estructuras 4et$licas se constru?en de 8or4a r$pida/ ?a =ue al ser ele4entos pre8abricados/ en parte/ pueden 4ontarse en taller. #si4is4o tienenresistencia co4pleta desde el instante de su colocación en obra.

" #l de4olerlas todav6a conserva el valor residual del 4aterial/ ?a =ue estees recuperable.

Si bien/ ta4bi&n presentan algunas desventa3as =ue obligan a tener ciertasprecauciones al e4plearlas. 9as principales son(

" Son necesarios dispositivos adicionales para conseguir la rigidez Ddiagonales/nudos r6gidos/ pantallas/ etc.

" 9a elevada resistencia del 4aterial origina proble4as de esbeltez.

" Es necesario proteger las estructuras 4et$licas de la corrosión ? del 8uego.

" El resultado de las uniones soldadas es dudoso/ especial4ente en piezastraba3ando a tracción. D


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El acero

9os 4etales =ue se e4plean en estructuras 4et$licas son principal4ente elacero ordinario/ el acero autopatinable/ el acero ino@idable ? el alu4inio. El aceroes el 4aterial estructural por e@celencia para grandes alturas/ puesto =ue resuelvecon &@ito los plantea4ientos estructurales de( soportar el peso con pilares dedi4ensiones reducidas/ resistir el e4pu3e ante el vuelco ? evitar 4ovi4ientosdebidos a la acción del viento.

El acero ordinario es el 4$s e4pleado ? e@isten los siguientes tipos Dsegúnla nor4a EJ 0--)5 (

S), %R S), %- S), %) S)5 %R S)5 %- S)5 %) S, %R S, %- S, %)

9a pri4era sigla es una “S! Dde Steel acero en lengua inglesa 9a siguientecantidad nu4&rica es el l64ite el$stico en MPa/ en ele4entos cu?o espesor nosupere los 01 44.

En espesores superiores la resistencia de c$lculo es 4enor. 9as últi4assiglas indican su sensibilidad a la rotura 8r$gil ? su soldabilidad(

" %R para construcciones ordinarias. " %- cuando se re=uiere alta soldabilidad ? resistencia a la rotura 8r$gil." %) cuando se re=uiere e@igencias especiales de residencia/ resistencia a la

rotura 8r$gil ? soldabilidad.

'aracter6sticas 4ec$nicas del acero

9os valores 8unda4entales para el dise o de las piezas de acero son(


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a el l64ite el$stico. El l64ite el$stico es la carga unitaria para la =ue se iniciael escalón de cedencia/ es decir a partir del cual las de8or4aciones no sonrecuperables.

b el l64ite de rotura. El l64ite de rotura es la carga unitaria 4$@i4a soportada

por el acero en el ensa?o de tracción.

9os valores del l64ite el$stico ? de rotura dependen del tipo de acero/ pero>a? otras caracter6sticas =ue son co4unes para todos los aceros(

" Módulo de Elasticidad( E )0- GPa" Módulo de Rigidez( G ;0 GPa" 'oe8iciente de Poisson( K -/, " 'oe8iciente de dilatación t&r4ica( L 0/) 0-" DN' "0 " apas para estructuras deacero(

#ceros la4inados en caliente. Se entiende por tales los aceros no aleados/

sin caracter6sticas especiales de resistencia 4ec$nica ni resistencia a lacorrosión/ ? con una 4icroestructura nor4al.

#ceros con caracter6sticas especiales.

Se consideran los siguientes tipos(

• aceros nor4alizados de grano 8ino para construcción soldada.• aceros de la4inado ter4o4ec$nico de grano 8ino para construcción

soldada.• aceros con resistencia 4e3orada a la corrosión at4os8&rica Daceros

autopatinables .


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• aceros te4plados ? revenidos. e. aceros con resistencia 4e3orada a la

de8or4ación en la dirección perpendicular a la super8icie del producto.

#ceros con8or4ados en 8r6o. Se entiende por tales los aceros cu?o proceso

de 8abricación consiste en un con8or4ado en 8r6o/ =ue les con8iere unascaracter6sticas espec68icas desde los puntos de vista de la sección ? laresistencia 4ec$nica.

'on8iguraciones estructurales

Ele4entos estructurales

#lgunos de los ele4entos resistentes de =ue constan las estructuras industrialesson los siguientes(

Placas de ancla3e

9as placas de ancla3e son ele4entos estructurales =ue se e4plean para unir los soportes 4et$licos a la ci4entación ? =ue tienen co4o ob3eto >acer =ue la

transición del acero al >or4igón se realice sin =ue en ningún punto se sobrepasenlas tensiones ad4isibles en este 4aterial.

El 4aterial =ue constitu?e el ci4iento Dcasi sie4pre >or4igón es 4enosresistente =ue el acero/ por lo =ue la base debe a4pliar la sección del soporte deacero >asta conseguir una super8icie adecuada de contacto con el >or4igón/ para=ue la trans4isión de es8uerzos de uno a otro 4aterial sea lo 4$s uni8or4eposible.

9a placa de ancla3e debe estar su3eta al ci4iento 4ediante unos pernos deancla3e =ue =uedan e4bebidos en el >or4igón/ ? =ue al 8raguar ? endurecer &stetraba3an por ad>erencia.


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9os ele4entos =ue constitu?en una base del tipo general4ente utilizado enedi8icación son(

" Placa de base o de reparto." 'artelas de rigidez." Pernos de ancla3e.

Salvo en el caso e@cepcional de =ue el pie del soporte sea articulado/ lossoportes se consideran e4potrados en la ci4entación/ lo =ue >ace =ue la placa deancla3e deba prepararse para resistir los siguientes es8uerzos( a@il/ 4o4ento8lector/ cortante ? 4o4ento torsor.

Soportes(

9os soportes son ele4entos verticales so4etidos principal4ente a co4presión? a 8le@ión pe=ue a o nula. Son los ele4entos =ue trans4iten las cargas verticalesal terreno a trav&s de los ci4ientos ? las bases.

Para di4ensionar un soporte se tendr$ en cuenta( el tipo de acero/ el tipo de carga=ue va a recibir el per8il/ la longitud del soporte Dpor si >ubiese pandeo ? la cargaa@ial de co4presión.

Vigas

9as 3$cenas o vigas son ele4entos lineales en las =ue una di4ensiónpredo4ina sobre las otras dos. Su 8or4a de traba3o es casi e@clusiva4ente a8le@ión/ por ello suelen adoptar 8or4a de I/ para tratar de obtener la 4$@i4a inercia? el 4a?or 4ódulo resistente con el 4aterial disponible/ tratando de 4e3orar elrendi4iento.


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9as vigas son los ele4entos sustentantes >orizontales/ o co4o en lascubiertas/ ligera4ente inclinados/ =ue reciben las cargas verticales ? lastrans4iten/ traba3ando a 8le@ión/ a los pilares o apo?os.

9as cargas =ue la viga recibe producen en sus secciones los siguienteses8uerzos( 4o4ento 8lector/ es8uerzo cortante ? torsiones Dalgunas veces .

Vigas si4ples(

9os per8iles e4pleados son IPJ/ IPE o QE. El e4pleo de los per8iles IPEresulta 4$s econó4ico en general/ tanto por su 4a?or rendi4iento 4ec$nicoco4o por la si4pli8icación =ue/ en e4pal4es ? uniones/ proporciona el espesor

uni8or4e de las alas. 9os per8iles si4ples la4inados tienen la venta3a sobre la vigaar4ada =ue para igual resistencia su coste es 4enor.

Vigas 4últiples(

Son las vigas constituidas por dos o 4$s per8iles I adosados/ unidos a trav&sde ele4entos de unión/ tales co4o per8iles/ presillas/ tornillos/ pasantes/ etc./ =ue

solidaricen e8icaz4ente los per8iles co4ponentes.

Vigas re8orzadas(

9a utilización de re8uerzos/ con c>apa o pletina/ en las estructuras 4et$licases de gran e8icacia para conseguir a>orro de 4aterial. ue un re8uerzo seaeconó4ico o no/ depende de los valores relativos de la c>apa/ el per8il ? el cordónde soldadura.

El ele4ento de re8uerzo 4$s utilizado es la c>apa o platabanda. Se utilizanestos re8uerzos cuando =uere4os 4ódulos resistentes D 4a?ores =ue lose@istentes en el 4ercado/ o cuando e@ista li4itación de canto.


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Vigas o 3$cenas ar4adas(

9as vigas ar4adas est$n 8or4adas por varias pletinas o c>apas/ unidas concual=uiera de los 4edios de unión( soldadura/ roblones/ angulares ? tornillos/ etc.

Para unas solicitaciones deter4inadas/ sie4pre es posible encontrar unaviga ar4ada de 4enor peso =ue el per8il la4inado =ue corresponder6a a esassolicitaciones. Sin e4bargo/ aun con 4a?or peso/ los per8iles la4inados sonsie4pre 4$s econó4icos =ue las vigas ar4adas/ debido al 4enor coste de8abricación.

Vigas o 3$cenas aligeradas(

Son vigas de al4a aligerada. 9a solución de las vigas aligeradas puederesultar 4u? econó4ica/ cuando pueda adoptarse el canto =ue se esti4e 4$sconveniente/ ? cuando la 8le@ión predo4ine sobre el es8uerzo cortante/ es decir/cuando se trate de luces grandes ? de cargas 4oderadas.

# esta clase de vigas se les >a dado diversas deno4inaciones( vigasalveoladas/ vigas void/ en panal de abe3a.

Vigas de celos6a(

9as vigas de celos6a son de gran utilidad en las construcciones 4et$licas/

especial4ente en edi8icaciones industriales ? para grandes luces.

Para luces de cierta i4portancia el peso de estas vigas es in8erior al de lasvigas de al4a llena e=uivalentes. El coste de una estructura es el resultado de tressu4andos( coste del 4aterial/ de la 8abricación ? del 4onta3e. Estos últi4os/var6an notable4ente según las circunstancias.


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El 4e3or aprovec>a4iento/ a e8ectos resistentes/ de las vigas de celos6acon relación a las de al4a llena/ se re8le3a en =ue 4ientras =ue en una viga deal4a llena las tensiones 4$@i4as de agota4iento se alcanzar$n sólo en dospuntos de su sección/ en una barra triangulada puede conseguirse =ue toda lasección/ tanto los cordones co4o las diagonales se agoten uni8or4e4ente/teniendo en cuenta =ue las barras a co4presión deben di4ensionarse teniendo encuenta el pandeo.

Protecciones para estructuras 4et$licas

Una vez 8inalizada la construcción de las estructuras 4et$licas puedenaparecer proble4as por alguna de las siguientes causas(

" e8ectos del calor/ co4o consecuencia de incendios" o@idación e@cesiva ? consiguiente corrosión.

Protección contra incendios

#un=ue el >ierro no es co4bustible/ no se puede considerar resistente al8uego/ no sólo por=ue dis4inu?e su resistencia en cuanto pasa de ,--N/ sinopor=ue por e8ecto de su dilatación su8re grandes de8or4aciones.

9os 4ateriales de protección del acero =ue pueden utilizarse son( granito/ 4$r4ol/>or4igón/ 8$brica de ladrillo cer$4ico con 4ortero de ce4ento/ placas de ?eso/pinturas intu4escentes/ etc

Protección contra corrosión


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9a o@idación constitu?e el peor ene4igo de las construcciones 4et$licas. Paraevitarlo se cubre con un revesti4iento protector ? es indispensable =ue lasuper8icie a tratar est& li4pia de suciedad ? ó@ido.


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4&todo/ tanto 4$s pró@i4os al co4porta4iento real de la estructura pueden ser los resultados obtenidos de su aplicación.

9os 4&todos de c$lculo as6 desarrollados/ pueden clasi8icarse en ordencreciente de capacidad ? e@actitud de los resultados/ en los siguientes grupos( "M&todos cl$sicos de la resistencia de 4ateriales(

• M&todos basados en los teore4as de Mo>r• M&todos basados en el teore4a de 'astingliano• M&todo de 're4ona

" M&todos iterativos" M&todos 4atriciales" M&todos de discretización(

• M&todo de los ele4entos 8initos• M&todo de las di8erencias 8initas

# continuación se analizar$n breve4ente cada uno de los 4&todos de c$lculo4encionados.

M&todos cl$sicos de la resistencia de 4ateriales(

M&todos basados en los teore4as de Mo>r

Son 4&todos poco potentes/ aplicados nor4al4ente sobre teor6a deelasticidad/ ? utilizados en el c$lculo de estructuras bidi4ensionales de barras con

ba3o grado de >iperestaticidad. Se basan nor4al4ente en analizar cada barra por separado/ por 4edio de los teore4as de Mo>r de la viga con3ugada/ ? plantear unsiste4a de ecuaciones lineales a trav&s de la co4patibilización dedesplaza4ientos e@tre4os de barra ? del e=uilibrio de 8uerzas en los nudos de laestructura. En el caso de estructuras con bastantes nudos/ aparecen siste4as


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volu4inosos de ecuaciones lineales =ue/ se deben tratar ? resolver 4anual4ente/resultan engorrosos ? li4itan 4uc>o el 4&todo.

M&todos basados en el teore4a de 'astigliano

Son 4&todos an$logos a los anteriores/ sólo =ue el an$lisis de losdesplaza4ientos de cada barra en particular se realiza por 4edio del teore4a de'astigliano/ basado en el concepto de potencial interno de una viga.

M&todo de 're4ona

Se trata de un 4&todo de c$lculo gr$8ico. Es un 4&todo aplicable sobreestructuras de barras articuladas/ =ue se basa en el >ec>o de =ue una barra deeste tipo/ sólo puede estar so4etida a es8uerzo a@ilA es decir/ es8uerzo en ladirección de la barra/ ? en el e=uilibrio de 8uerzas en los nudos. Se utiliza8unda4ental4ente en el c$lculo de estructuras de celos6a bidi4ensionales/ pues lageo4etr6a tridi4ensional co4plica considerable4ente el 4&todo. 7iene la venta3ade su si4plicidad/ pero el inconveniente de estar li4itado sola4ente a estructuras

planas de barras articuladas.

El 4&todo de los nudos ? de las secciones se 8unda4entan en el 4is4oprincipio =ue el 4&todo de 're4ona/ aplicando respectiva4ente las ecuacionesde e=uilibrio de cada nudo de la estructura/ o a una parte de la estructuraseparada del resto por 4edio del corte de tres barras.

M&todos iterativos

9os 4&todos iterativos de c$lculo de estructuras/ se aplican sobreestructuras planas de barras con nudos r6gidos ? constitu?en un intento de evitar elsiste4a de ecuaciones resultantes de establecer la co4patibilidad de giros en losnudos de las 4is4as/ siste4a =ue podr$ contener nu4erosas incógnitas en los


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casos de gran >iperestaticidad/ ? =ue representaba di8icultades pr$cticasi4portantes en la &poca previa a la aparición del co4putador. El ca4ino elegidopara ello/ consiste en resolver de 8or4a iterativa un con3unto de estado 4$s si4ple? cu?a adición conduce al resultado teórico. En la aplicación real/ el proceso seinterru4pe en la etapa en la =ue los resultados nu4&ricos >an alcanzado laapro@i4ación re=uerida.

M&todo de los estados li4ites

El 4&todo de los estados l64ite es un en8o=ue de seguridad en el c$lculoestructural preconizado por diversas nor4ativas t&cnicas/ instrucciones ? reglas dec$lculo/ consistente en enu4erar una serie de situaciones arriesgadascuanti8icables 4ediante una 4agnitud/ ? asegurar con un 4argen de seguridadrazonable =ue la respuesta 4$@i4a 8avorable de la estructura en cada una deesas situaciones es superior a la e@igencia real sobre la estructura.

M&todos 4atriciales

9os 4&todos 4atriciales de c$lculo de estructuras/ se aplican sobre estructuras

planas o espaciales de barras con nudos r6gidos o articulados. Pueden aplicarseade4$s sobre teor6as lineales o no lineales.

Son 4&todos =ue aplican ideas del $lgebra 4atricial al c$lculo estructuralapo?$ndose en el desarrollo de los ordenadores durante la últi4a d&cada ? en eldesarrollo paralelo de procedi4ientos nu4&ricos apropiados para &stos.

El e4pleo de la notación 4atricial presenta dos venta3as en el c$lculoestructural.


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Su utilización es 4u? útil en el c$lculo de grandes ? co4ple3as estructuras/ enlas =ue los 4&todos 4anuales tradicionales/ re=uieren una dosis e@cesiva dees8uerzo >u4ano. Ftra venta3a i4portante de los 4&todos 4atriciales 8rente atodos los 4encionados anterior4ente consiste en =ue no desprecia lasde8or4aciones producidas por el es8uerzo a@il.

Un Estado 964ite es una situación caracterizada por el valor de una 4agnitud86sica/ tal =ue de ser rebasada/ >ar6a =ue la estructura de3ara de ser apta para suuso/ ?a sea por ruina estructural total o parcial o por una p&rdida signi8icativa de8uncionalidad.

Es decir/ si una 4agnitud M caracteriza un Estado 964ite concreto/ e@istir$ unvalor l64ite o valor últi4oM u tal =ue la condiciónM > M u i4plica =ue la estructurasu8rir$ algún tipo de 8allo estructural o de deterioro/ =ue >ar$ =ue en general de3ede ser apta para su uso nor4al.

M&todos de discretización

Estos 4&todos se aplican sobre estructuras planas o espaciales de barras D?asean de nudos r6gidos o articulados o de placas/ o bien sobre estructurasvolu4&tricas generales =ue no se asi4ilen a la geo4etr6a de barras o placas.Pueden aplicarse ade4$s sobre teor6as lineales o no lineales. 7ienen ta4bi&n unplantea4iento 4atricial ? se apo?an/ co4o los 4&todos 4atriciales/ sobre eldesarrollo de los ordenadores ? de los procedi4ientos nu4&ricos para los 4is4os.

Estos 4&todos se basan en los dos puntos siguientes(

" 9a estructura a analizar/ =ue es un siste4a continuo/ se divide en unnú4ero 8inito de partes Dele4entos / cu?o co4porta4iento se especi8ica4ediante un nú4ero 8inito de par$4etros.

" 9a solución del siste4a co4pleto/ co4o ensa4bla3e de los ele4entos/ selleva a cabo por las 4is4as reglas =ue se aplican a los proble4as discretos

https://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsicahttps://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsica


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tipoA es decir/ el estableci4iento de las relaciones entre 8uerzas ?desplaza4ientos para cada ele4ento de la estructura/ ? el ensa4bla3eposterior con3unto de todos los ele4entos por 4edio del estableci4iento dele=uilibrio de nudos.

'lasi8icación de las estructuras

Una vez idealizada la estructura/ el siguiente paso ser$ averiguar si &sta esisost$tica o >iperest$tica/ pues dependiendo de uno u otro los 4&todos de an$lisisa e4plear ser$n distintos.

Se dice =ue una estructura es isost$tica/ cuando pueden deter4inarsetodas las solicitaciones =ue aparecen en la 4is4a a partir de las ecuaciones de laest$tica. 'abe distinguir entre =ue lo sea e@terior4ente/ en cu?o caso se podr$nobtener las reacciones en los apo?osA =ue lo sea interna4ente/ se podr$n obtener los es8uerzos =ue aparecen en las barrasA o =ue lo sea global4ente/ en tal caso sepodr$n obtener tanto las reacciones en apo?os co4o es8uerzos en barras.

Se dice =ue una estructura es >iperest$tica/ si e@isten 4$s 8uerzasdesconocidas =ue ecuaciones de e=uilibrio aplicables.

En caso de estructuras >iperest$ticas/ se puede >acer una nuevaclasi8icación/ distingui&ndose entre estructuras trasnacionales o intraslacionales/siendo los 4&todos de resolución en cada caso distintos.

Se dice =ue una estructura es trasnacional/ cuando sus nudos su8rendesplaza4ientos al ser cargada. Se dice =ue una estructura es intraslacional/cuando sus nudos no su8ren desplaza4ientos al ser cargada. Para esta distinciónser$ necesario considerar inicial4ente =ue las barras son ine@tensibles/ es decir/=ue no se acortan ni se alargan/ as6 co4o tener en cuenta el siste4a de cargasactuante/ pues dependiendo de &ste/ una estructura puede ser trasnacional ointraslacional.

En cual=uier caso/ >a? =ue tener sie4pre presente =ue las ecuaciones dee=uilibrio sie4pre ser$n aplicables ? deber$n cu4plirse. 9a di8erencia estriba en


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=ue 4ientras =ue en las estructuras isost$ticas la si4ple aplicación de &stas a losdistintos ele4entos de la estructura puede ser su8iciente para resolverla/ en las>iperest$ticas ser$ necesario buscar condiciones ? ecuaciones adicionales.

Estados 964ite :lti4os

Un Estado 964ite :lti4o DE9U es un estado l64ite/ tal =ue de ser rebasado laestructura co4pleta o una parte de la 4is4a puede colapsar al superar sucapacidad resistente. En general el =ue un E9U sea sobrepasado es una situacióne@tre4ada4ente grave/ =ue puede provocar cuantiosos da os 4ateriales ?desgracias personales. Por esa razón los coe8icientes de seguridad usados en losc$lculos relacionados con un E9U son sustancial4ente 4a?ores =ue en otro tipode estados l64ite.

Estados 964ite de Servicio

Un Estado 964ite de Servicio DE9S es un tipo de estado l64ite =ue/ de ser rebasado/ produce una p&rdida de 8uncionalidad o deterioro de la estructura/ perono un riesgo in4inente a corto plazo. En general/ los E9S se re8ieren a situaciones

solventables/ reparables o =ue ad4iten 4edidas paliativas o 4olestias no"gravesa los usuarios. El =ue un E9S sea rebasado no reviste la 4is4a gravedad =ue el=ue un E9U se sobrepasado. En los c$lculos de co4probación de los E9S see4plean 4$rgenes de seguridad 4$s 4oderados =ue en los E9U.

'uando >abla4os de Estados 964ites/ distingui4os dos grandes 8a4ilias(los E.9.U ? los E.9.S. 9os E.9.U/ Estados 964ites :lti4os/ son a=uellos =ue de ser rebasados ponen en peligro la estructura volvi&ndola insegura. Para ello lo =ue se>ace es utilizar coe8icientes de seguridad/ por dos v6as di8erentes.

Una v6a es sobre las cargas =ue actuar$n sobre la estructura/au4ent$ndolas/ esto es 4a?or$ndolas/ por un coe8iciente 4ultiplicador. Estoi4plica =ue/ cuando “calcula4os! una estructura/ precisa4ente para >acerla “4$s


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segura!/ no considera4os las acciones =ue real4ente actuar$n/ sino =ueaplica4os unas acciones 4a?ores D8icticias / es decir 4ultiplicadas por un ciertocoe8iciente de seguridad/ =ue a su vez ser$ variable en 8unción de su naturaleza.

'uanto 4$s i4probable es =ue ocurra/ 4enor ser$ el valor del coe8icientede seguridad/ ? ta4bi&n este coe8iciente ser$ 4a?or o 4enor/ en 8unción de lacerteza estad6stica =ue tenga4os al evaluar su 4agnitud.

Pero ade4$s/ ta4bi&n introduci4os un coe8iciente de seguridad/ esta vez de4inoración sobre la propia resistencia de los 4ateriales resistentes.a 8iabilidad el valor de su tensión últi4a8u/ de acuerdo con su curva tensión de8or4ación.Pues bien/ siendo &ste valor 8u. 9a 4$@i4a tensión RE#9 =ue puede soportar/cuando “calcula4os! una estructura/ precisa4ente para >acerla “4$s segura!/reba3a4os las e@pectativas resistentes del 4aterial/ dividiendo/ esto es“4inorando!/ dic>a resistencia por un coe8iciente de seguridad/ con lo cual en lasestructuras “calculadas!/ nuestro acero traba3ar$ sie4pre por deba3o de susprestaciones reales.Por tanto/ con cargas 4a?ores/ sobre un 4aterial 4enos resistentes/ es obvio =ue/operando de esta 8or4a/ sie4pre tendre4os un 4argen de seguridad su8icienteincluso/ para situaciones no previstas/ aún en los peores presagios de uso en la suvida útil.

Programa de cálculo utilizado:

TRICALC

El progra4a 7ricalc realiza el c$lculo de la estructura de un edi8icio tratandode considerar la interacción entre todos los ele4entos. 'ada uno de los 4ódulosde los =ue se co4pone el progra4a per4ite abordar ? el di4ensiona4iento de


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ele4entos =ue 8or4an parte de una estructura( barras/ 8or3ados/ ci4entaciones/4uros de sótano.

7ricalc per4ite realizar el c$lculo de estructuras tridi4ensionales/englob$ndose todas a=uellas =ue pueden 4odelizarse dentro de los l64ites delprogra4a/ co4o pórticos de edi8icación/ e4parrillados/ estructuras de cubierta/8or3ados reticulares/ etc. 7odas las estructuras =ue se pueden calcular deben deestar constituidas por nudos ? barras/ o 4odelizadas en base a estos ele4entos.

#de4$s las barras son consideradas ele4entos lineales. El progra4aper4ite introducir cada tipo de carga en distintas >ipótesis. T co4binaauto4$tica4ente las >ipótesis de carga según unas reglas de co4binación

preestablecidas/ =ue responden a las distintas nor4ativas.

7ricalc realiza el c$lculo de solicitaciones 4ediante 4&todos 4atriciales/4ediante el 4&todo de la rigidez. El 4&todo consiste en la deter4inación/4ediante un siste4a de ecuaciones lineales/ de los desplaza4ientos de todos losnudos de la estructura/ 8rente a las distintas >ipótesis de carga. Posterior4ente secalculan los es8uerzos en todos los puntos de las barras a partir de losdesplaza4ientos obtenidos.

Es decir/ trata de resolver el siste4a de ecuaciones( W X


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En pro?ectos de Estructuras 4etalicas destinadas a albergue de a4bientesD7ec>os de 7i3erales t6picos/ de #rcos t6picos/ etc. ue SI re=uieren solicitacionesde portar cargas propias del uso de los a4bientes/ el #nalisis Estructural re=uiererealizarse en las , di4ensiones de la estructura Danalisis de todos los ti3erales oarcos 3untos/ con sus respectivas cone@iones .

os curvos/ Jor4a PeruanaE.-)- " RJE

" Carga de Viento ( según coe8icientes de la Jor4a Peruana E.-)- " RJE" Carga de Sismo: Espectro


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as ? 'artelas de apo?oD4odelados co4o ele4entos S>ell en veri8icar =ue no se e@ceda de la resistenciadel 4aterial( en este caso el 4aterial de las planc>as es #cero #,1 Dresistencia ,1

SI al visualizar los es8uerzos en los ele4entos S>ell se observa =ue con elespesor de las planc>as de apo?o DeZ 0 *] para este caso no se e@cede del


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es8uerzo ad4isible D,1 SI / si en alguna planc>a se e@cediera de ,1 SI seau4enta el espesor de esta Da 01] o , ;]


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Conclusión

El presente traba3o nos per4itió obtener un conoci4iento 4$s a4plio sobre las

estructuras 4etalicas 4ediante la investigación =ue realiza4os. 9as estructuras4etalicas sin lugar a duda constitu?en un siste4a 4u? di8undido en varios pa6ses/cu?o e4pleo suele crecer en 8unción de la industrialización alcanzada en donde selleva a cabo. 9as estructuras 4etalicas poseen una gran capacidad de carga a@ialresistente por el acero.

trabajo de memoria de calculo y diseño de edificios estructurales jose paez

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