Análisis Estructural Ie

 

ANÁLISIS ESTRUCTURAL I UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO SEMESTRE 2017-I MGT. ING. SIMONE K. SOVERO ANCHEYTA

 

El análisis estruc ructural ral es un proceso para determi rminar  las respuestas de una estru ruc ctura sujeta a carga rgas.  ACCION CARGAS: • • •

Peso propio Tabiquería Sobrecargas

REACCION • • •

•

Sismos Vientos •  Asentamientos • Cambios de Temperatura •

•

Reacciones en los Apoyos Desplazamientos en los nudos Fuerzas internas en las barras Deformaciones en las barras

 

La estructura es un sistema compuesto de un conjunto ordenado de elementos inter-vinculados diseñados para cumplir una determinada función

Salvar un claro: puente

Contener de contención empujes: muro

 

Las estructuras deben poder resistir y transmitir cargas en condiciones de estabilidad y equilibrio

Torre de Pisa (Italia)

Torre Eiffel (Francia)

 

Las estructuras pueden clasificarse clasificarse de acuerdo a ciertas características. 1. Por la disposición de sus elementos y cargas

Planas Unidimensionales

Tridimensionales

Estéreas

 

Las estructuras pueden clasificarse clasificarse de acuerdo a ciertas características. 2. Por sus condiciones de estabilidad:

Estables

Inestables

 

Las estructuras pueden clasificarse clasificarse de acuerdo a ciertas características. 3. Por su grado de indeterminación estática:

Isostáticas

Hiperestáticas Hipoestáticas

El grado de indeterminación estática puede ser interno o externo

 

Las estructuras están compuestas por elementos estructurales básicos: 1. Elementos tipo barra

Vigas

Cables

Columnas  Arcos

 

Las estructuras están compuestas por elementos estructurales básicos: 2. Elementos tipo lámina

Domos Losas

 

Las estructuras están compuestas por elementos estructurales básicos: 3. Elementos tipo bloque

Presas

Muros

 

MODELAJE ESTRUCTURAL

 

ESTRUCTURA REAL ES MUY COMPLEJA

UNA ANÁLISIS EXACTO ES CASI IMPOSIBLE

IDEALIZACIONES Y SIMPLIFICACIONES

 

Estructura Real

Representación Idealizada y Simplificada Abstrae las características mas importantes

 

MODELOS SIMPLES

MODELOS SOFISTICADOS

 

La exactitud de un modelo dependerá de:

Las herramientas que se tengan a disposición • La importancia de la estructura •

• •

La experiencia del proyectista El factor económico • El factor tiempo

 

En el caso de estructuras esqueletales se pueden idealizar las siguientes características:

1. El comporta comportamien miento to del materi material al de la estruct estructura ura 2. La geome ge ometrí tría a de la estr e struct uctura ura 3. Las condic condicione ioness de Apoyo Apoyo de la Estructu Estructura ra 4. Las condi condicion ciones es de Carga de la Estru Estructura ctura

 

1. Idealización del comportamiento del material de la Estructura

Hipótesis Fundamental: Fundamental: el Material de la Estructura se comporta linealmente Material Isotrópico y Homogéneo = E



Material adecuadamente rígido

 

2. Idealización de la Geometría de la Estructura

 

3. Idealización de las condiciones

de Apoyo tipo rodillo

 Apoyo

 Permite

ligeras rotaciones y desplazamientos paralelos a la

superficie de apoyo

 

2. El Apoyo Articulado (Cuchilla) no permite desplazamientos, solo rotación

 

•

Apoyo Empotrado

Impide movimiento horizontal, vertical, y rotacional

 

4. Las cargas que actúan sobre una estructura pueden ser de varios tipos

Cargas Estáticas

Cargas Móviles

Cargas Dinámicas

 

Los tipos de carga pueden idealizarse en función de su magnitud y aplicación.

Carga Uniformemente Distribuida

por unidad de longitud

Cargas Puntuales

 

Los tipos de carga pueden idealizarse en función de su magnitud y aplicación. Carga Uniformemente Distribuida

por unidad de área

 

Los tipos de carga pueden idealizarse en función de su magnitud y aplicación. Barlovento

Sotavennto

 

Los tipos de carga pueden idealizarse en función de su magnitud y aplicación.

Cargas de empuje hidrostático

 

Las cargas estáticas, a su vez pueden ser de varios tipos: Cargas de Gravedad: Cargas Muertas o permanentes: Peso propio de la estructura Peso de la Tabiquería Peso de los acabados (pisos, revestimientos, etc.)

Cargas Vivas o sobrecargas: Cargas propias del uso de la estructura

 

Las cargas estáticas, a su vez pueden ser de varios tipos: Cargas de Empuje:

Cargas de Empuje Hidrostático:

Cargas de Empuje de Tierras:

 

Las cargas estáticas, a su vez pueden ser de varios tipos: Cargas por deformaciones: deformaciones: Cargas producidas por Asentamientos:

Cargas de Cambios de temperatura:

 

En algunos casos las cargas dinámicas y las cargas móviles pueden considerarse considerarse estáticas bajo ciertas consideraciones Cargas sísmicas   s    l   e   a   r   e    t   a    l   s   a   z   r   e   u    F

Fuerza cortante basal

Cargas de Viento

 

Las cargas pueden cuantificarse a través de un Metrado de Cargas Cargas: es la cuantificación de las cargas que actúan sobre una Metrado de Cargas:

estructura de acuerdo al peso específico del material de los elementos estructurales y de su geometría.

Tipo iposs de me metra trados dos de carga

Para cuantificar el peso total de la estructura

Para analizar y diseñar un

Para realizar un

elemento estructural

 Análisis Sísmico

 

Las cargas pueden cuantificarse a través de un Metrado de Cargas Para cuantificar el peso total de una estructura: solo se requiere como

dato el peso específico del material de los elementos estructurales y su geometría. Ejemplo: una edificación.

www.acerosarequipa.com

www.acerosarequipa.com

www.academico.cecyt7.ipn.mx  

Para cuantificar la carga sobre un elemento estructural : se requiere como dato, además del peso específico del material de los elementos estructurales y su geometría, el área tributaria del elemento en estudio.  

Ejemplo: una columna. columna.

L1

L1

L1

Área Tributaria: L2

L2

L2

L2

Columna Esquinera A1: L1 /2 * L2 /2 Columna Borde A2: L1 /2 * L2

L2

L2

Columna Central A3: L1 * L2

L1

L1

L1

 

Para cuantificar la carga sobre un elemento estructural : en el caso de vigas se requiere, además, conocer la dirección de armado de la losa L1

L1

L1 L1

L2

L2

L2

L2

L2

L2

L1

L1

L1

L1

L1

L2

L2

L2

L2

L2

L2

L1

L1

L1

Losa Armada en una dirección

Losa Armada en dos dirección

 

Para cuantificar la carga para un análisis aná lisis sísmico: se toman en cuenta ciertas consideraciones especiales: Primero: Se considera que cada entrepiso se comporta como una masa concentrada. Segundo: En cada masa concentrada c oncentrada interviene interviene la mitad del peso del piso inferior y la mitad del peso del piso superior. Tercero: Para la carga viva se considera solo el 25% de dicha carga si la estructura es común, y el 50% de dicha carga si la estructura es esencial.

m3

m2

m1

 

Para realizar el diseño de una estructura existen dos métodos: 1. El dis diseñ eño o por por Ca Carg rgas as de Serv Servic icio io:: Consiste en limitar la resistencia de los materiales: f”c=0.45 f’c fs=0.50fy 2. El diseño por Resistencia Última: Consiste en amplificar las cargas actuantes y disminuir la resistencia del elemento estructural estructural.. Es decir,, considerar el caso de una estructura más débil que la esperada, sometida a cargas más decir altas que las estimadas.

 

Para realizar el diseño de una estructura existen dos métodos: El reemplazo del método de diseño por tensiones admisibles por el método de diseño por resistencia se puede atribuir a diversos factores: •

El tratamiento uniforme de todos los tipos de cargas, lo que significa que todos los factores de carga son iguales a la unidad. No se considera la diferente variabilidad de los diferentes tipos de cargas (cargas permanentes y sobrecargas).

•

Se desconoce el factor de seguridad contra la falla.

•

Los diseños típicamente son más conservadores y, para un mismo conjunto de momentos de diseño, generalmente requieren más armadura o mayores dimensiones que las requeridas por el método de diseño por resistencia.

 

Para realizar un Diseño por Resistencia Última, las cargas deben amplificarse. La norma E.060: Concreto Armado, establece los siguientes factores de amplificación:

No será necesario considerar las cargas de sismo y las cargas de viento simultáneamente  

Para realizar un Diseño por Resistencia Última, las cargas deben amplificarse.

 

Para realizar un Diseño por Resistencia Última, las cargas deben amplificarse.

 

Una estructura sometida cargas responde de 04 maneras básicas. Dos son externas y dos son internas.  ACCION

REACCION

CARGAS:

•

Peso propio • Tabiquería • Sobrecargas • Sismos • Vientos •  Asentamientos • Cambios de Temperatura

•

•

• •

Reacciones en los Apoyos Desplazamientos en los nudos Fuerzas internas en las barras Deformaciones en las barras

Respuestas Externa

Respuestas Internas

 

Las reacciones en los apoyos puede ser lineales y rotacionales, y dependen del tipo de restricción: Estas reacciones se calculan realizando el equilibrio externo de la estructura.

Rx Mz

Ry Rx

Ry En el plano

Ry

 

Los desplazamientos en nudos también pueden ser lineales o rotacionales. Se calculan haciendo uso de métodos energéticos.

 

Las deformaciones en barra dependen de las restricciones de sus nudos y el tipo de cargas aplicadas Ejemplo: pandeo en columnas.

Para que los nudos no pierdan conectividad entre si, las barras deben deformarse.

 

Las deformaciones en barra dependen de las restricciones de sus nudos y el tipo de cargas aplicadas Un desplazamiento es un cambio de posición, una deformación es un cambio en la forma del elemento.

 

Las fuerzas internas en barras se pueden “observar” cuando se realiza un corte en ellas y la porción “que queda” debe seguir en equilibrio.

Estas fuerzas internas se calculan realizando el equilibrio interno de la estructura.

https://www.youtube.com/watch?v=_piI8eXhpZ4

 

Un diagrama de cuerpo libres una representación de una porción de la estructura o de toda la estructura, donde se deben representar todas las fuerzas actuantes y todas las restricciones.

 

El análisis estructural se basa en tres principios básicos: 1. Prin Princip cipio io del Equi Equilib librio rio Estáti Estático. co. 2. Pri Princ ncip ipio io de Cont Contin inui uidad dad.. 3. Prin Princip cipio io d de e Li Lineal nealidad idad del mat materia erial.l.