Trabajo Estructura I - Copia

8/18/2019 Trabajo Estructura I - Copia

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”

EXTENSIÓN CARACAS

ESTRUCTURA I

Caracas, Abril 2016

Índice

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INTRODUCCIÓN……………………………………………………………..

…..

ESTRUCTURA ! SUS TI"OS………………………………………………..

….#

ESTUDIO DE $A ESTA%I$IDAD DE $AS

ESTRUCTURAS……………..….#

CAR&AS ACTUANTES EN $AS ESTRUCTURAS…………………..

………...'

Cargas

muertas………………………………………………………………………………

……..7

Cargas

muertas………………………………………………………………………………

…..…8

Cargas

sísmicas………………………………………………………………………………

……..8

Cargas de

viento…………………………………………………………………………………

….8

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3/26

Cargas debidas a cambios de

temperatura…………………………………….…………8

Cargas por presión hidrostática y empuje de

tierras…………………………………..8

Cargas por

impacto……………………………………………………………………………….

.9

Cargas por

ep!osión……………………………………………………………………….

……..9

Cargas por

o!eaje………………………………………………………………………………….

.9

Cargas por

nieve………………………………………………………………………………..….9

Cargas por

grani"o………………………………………………………………………………..

.9

#enómeno de

resonancia……………………………………………………………………...1$

(OR)AS ESTRUCTURA$ES )*S

CO)UNES………………………………10

Cerchas………………………………………………………………………………

…………….…1$

%


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&rmaduras…………………………………………………………………………

………………..1$

'arcos o

pórticos………………………………………………………………………………

…11

(istemas de

pisos………………………………………………………………………………...1

1

(istemas de

muros…………………………………………………………………………..

…..11

)omos* ci!os y

tan+ues………………………………………………………………….……..11

(istemas combinados para

edi,caciones………………………………………………...12

"RINCI"IO DE

SU"ER"OSICIÓN………………………………………….12

TEORÍA $INEA$ ! NO $INEA$ DE

ESTRUCTURAS………………………1

RESO$UCIÓN DE "RO%$E)AS +I&AS

ISOST*TICAS………………….1'

-


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Cncl-sin……………………………………………………………………..…2

In/rd-ccin

a estructura en !a ar+uitectura desempe/a un pape! muy

importante en cua!+uier edi,cación* ya +ue es e! es+ue!eto +ue !o

sostiene y gracias a 0! se puede !evantar y detener. (imp!emente e!

hecho de +ue se sostenga e! edi,cio. tra ra"ón por !a cua! !a

estructura es sumamente importante es por+ue es determinante en!a organi"ación de todos !os espacios* eisten varias ventajas y

desventajas sobre !a e!ección de !a estructura y conorme !os a/os

han pasado esta ha ido evo!ucionando hasta nuestros días teniendo

!os m0todos más modernos para !ograr cosas rea!mente increíb!es

+ue e! hombre nunca imagino crear. 3ara !os ar+uitectos e!

conocimiento estructura! es muy importante pero a !a ve" diíci!*

como consecuencia de! rápido desarro!!o de !as t0cnicasconstructivas basadas en e! uso de nuevos materia!es.

&un+ue puede parecer +ue está más directamente asociada

con !a ingeniería civi!* tiene una uerte re!ación con todas a+ue!!as

especia!idades de ingeniería +ue re+uieren un sistema estructura! o

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componente para a!can"ar sus objetivos. (on ejemp!os de proyectos

+ue re+uieren e! uso de !os m0todos y t0cnicas de !a ingeniería

estructura! !os proyectos de estructuras de vehícu!os* componentes

de má+uinas* estructuras civi!es* p!antas industria!es* medios de

transporte* a!macenamientos de gases o de !í+uidos* mecanismos

de transmisión* estaciones de generación de potencia* p!antas de

tratamiento de aguas* naves y p!antas industria!es.

Es/r-c/-ra s-s /is

5ntidad ísica de carácter unitario* concebida como una

organi"ación de cuerpos dispuestos en e! espacio de modo +ue e!

concepto de! todo domina !a re!ación entre !as partes. (eg6n esta

de,nición vemos +ue una estructura en un ensamb!aje dee!ementos +ue mantiene su orma y su unidad. (us objetivos son

resistir cargas resu!tantes de su uso y de su peso propio y dar!e

orma a un cuerpo* obra civi! o má+uina.

5jemp!os de estructuras son puentes* torres* edi,cios*

estadios* techos* barcos* aviones* ma+uinarias* presas y hasta e!

cuerpo humano.

(e reconocen dos tipos de estructuras reticu!ares rame y

estructuras tipo p!aca o cascaron (he!!.

:5structuras reticu!ares (e componen por barras rectas o curvas

unidos en sus etremos por pasadores o so!dadura.

;


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:3!aca o cascarón (e construye de !osas continuas curvas o p!anas

con apoyos por !o genera! en orma continua en sus bordes.

Es/-di de la es/abilidad de las es/r-c/-ras


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estructura. >ste consiste en ap!icar una pe+ue/a perturbación* tan

pe+ue/a como se +uiera* y observar cómo se modi,can !as

acciones y !as resistencias rente a este hecho y cuanto más rápido

crecen una y otras para restab!ecer o no !a posición origina!.

&na!icemos un ejemp!o tradiciona! de este tema +ue es e! caso de

una esera apoyada sobre una super,cie cóncava* convea o p!ana.

5+ui!ibrio inestab!e 5+ui!ibrio estab!e 5+ui!ibrio

indierente

as uer"as actuantes son e! peso de !a esera y !a reacción de

!a super,cie de apoyo. 5n e! primer caso si !a esera es sacada de

su posición mediante una perturbación y !uego 0sta es e!iminada*

se ve c!aramente +ue e! peso de !a esera y su reacción generan un

momento +ue !a ob!iga a retornar a su posición origina! y entonces

decimos +ue e! e+ui!ibrio es estab!e. 5n e! segundo caso sucede a!

rev0s* e! peso origina un momento +ue !a a!eja de su posición y e!

e+ui!ibrio es inestab!e. #ina!mente en !a 6!tima* !as uer"as no se

modi,can re!ativamente y por !o tanto e! e+ui!ibrio es indierente a

!a perturbación. (i este ejemp!o !o ana!i"amos desde e! punto devista de !a energía potencia! tota!* so!o circunscrito a !as cargas*

rente a !a perturbación se mani,esta aumentando en e! primer

caso y por !o tanto !a energía potencia! tiene un mínimo y e!

e+ui!ibrio es estab!e* en e! segundo disminuyendo y !a energía

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potencia! tiene un máimo y e! e+ui!ibrio es inestab!e y e! tercer

caso sin modi,cación y e! e+ui!ibrio es indierente. =n 6!timo

comentario sobre este ejemp!o* tambi0n vá!ido para !o +ue sigue* es

+ue no ana!i"amos cuánto es de resistente a !a estabi!idad e!

sistema rente a !as perturbaciones ni cuán grande debe ser 0sta.

5n este ejemp!o todo esto dependerá de! radio de curvatura de !a

super,cie y no será !o mismo si 0ste es pe+ue/o o in,nitamente

grande. 5n e! primer caso !a estabi!idad será mucho más importante

+ue en e! segundo* donde !a dierencia entre conveo y cóncavo es

pe+ue/a. (o!o hemos veri,cado si e! e+ui!ibrio de! sistema es

estab!e* inestab!e o indierente* sin entrar a ana!i"ar e! grado de

estabi!idad. os aspectos antes mencionados tienen importancia

cuando es necesario estab!ecer grados de seguridad.

Car3as ac/-an/es en las es/r-c/-ras

5ntre !as cargas actuantes en una estructura se encuentran

? Cargas muertas son cargas permanentes y +ue no son debidas a!uso de !a estructura. 5n esta categoría se pueden c!asi,car !as

cargas correspondientes a! peso propio y a! peso de !os materia!es

+ue soporta !a estructura ta!es como acabados* divisiones*

achadas* techos* etc.

? Cargas vivas son a+ue!!as cargas producidas por e! uso u

ocupación de !a edi,cación* !as cargas vivas +ue se uti!icen en e!

dise/o de !a estructura deben ser !as máimas cargas +ue seespera ocurran en !a edi,cación debido a! uso +ue esta va a tener* a

continuación se anotan a!gunas cargas recomendadas para

uti!i"ar!as como sobrecarga. (e epresan como carga por unidad de

área @gAmB.

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? Cargas sísmicas son inciertas tanto en magnitud* distribución e

inc!usive en e! momento en +ue pueden actuar. &! encontrarnos en

un país en e! cua! ocurren sismos diariamente tambi0n se somete a

!a estructura a estos esuer"os.

? Cargas de viento a! igua! +ue !as cargas sísmicas son inciertas* y

dependen de !a presión dinámicas de! viento* esta presión depende

de !a ve!ocidad +ue tenga e! viento y de coe,cientes eó!icos de

incidencia y en nuestro caso se debe de considerar bastante ya +ue

por nuestra posición geográ,co nos encontramos epuestos a! paso

de huracanes y tormentas tropica!es. (e epresan como carga por

unidad de área @gAmB.

? Cargas debidas a cambios de temperatura !os cambios de

temperatura producen di!ataciones o contracciones en !a estructura

genera! y en sus e!ementos componentes. 5stos cambios pueden

producir o no uer"as adiciona!es dependiendo de! grado de

restricción de !a estructura y de sus e!ementos.

? Cargas por presión hidrostática y empuje de tierras por !a ey de

3asca! sabemos +ue !a presión +ue ejerce un !í+uido sobre !as

paredes +ue !o contienen es proporciona! a !a proundidad y a! peso

especí,co de! !í+uido contenido. os sue!os ejercen sobre !as

super,cies una presión simi!ar a !os !í+uidos pero de menor

magnitud. a presión se representa entonces como una carga

triangu!ar.? Carga por impacto se de,ne como e! eecto dinámico +ue act6a

sobre una estructura* móvi! o estática* tiene una carga ap!icada de

corta duración debido a su movimiento. ambi0n !!amada carga

móvi!.

1$


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? Cargas por 5p!osión es !a !iberación simu!tánea de energía

ca!órica* !umínica y sonora y posib!emente de otros tipos en un

interva!o tempora! ín,mo. )e esta orma* !a potencia de !a

ep!osión es proporciona! a! tiempo re+uerido y su orden de

magnitud ronda !os gigavatios. os orígenes de !as ep!osiones se

sue!en dividir en dos c!ases

D#ísicos mecánicos cho+ues de móvi!es* e!ectromagn0ticos

re!ámpagos o neumáticos presiones y gases.

DEuímicos de reacciones de cin0tica rápida.

? Cargas por o!eaje estas dependen de !a a!tura de !a o!a en mayor

medida* cuya generación se produce por acción de! viento +ue

acumu!a su eecto en !a medida +ue se incrementa !a !ongitud de !a

"ona bajo su acción* a !a !ongitud de generación de !a o!a se !e

conoce como #!echt.

?Cargas por nieve ocasionadas por !a acumu!ación de !a nieve*

depende de actores como !a precipitación* !a dirección y ve!ocidad

de! viento* entre otras* en "onas donde se presentan nevadas

pro!ongadas* !!ega ser e! tipo de carga +ue rige e! dise/o de !a

estructura.

? Cargas por grani"o ta! ve" e! tipo de precipitación más pe!igrosa*

su acumu!ación se da en corto tiempo* impactando !as cubiertas en

ocasiones por tro"os de hie!o simi!ares a una pe!ota de sotbo!.

? #enómeno de resonancia e! incremento en !os desp!a"amientos

de a!gunas estructuras sin un incremento aparente en !as cargas de

dise/o* se puede dar por !a presencia de eectos dinámicos no

considerados* ta! es e! caso de má+uinas rotatorias ó mecanismos

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+ue generan cargas cíc!icas no compensadas con recuencias

cercanas a !a recuencia dominante de !a estructura* estos eectos

pueden ser producidos tambi0n por eecto de viento o de sismo.

(r4as es/r-c/-rales 45s c4-nes

:Cerchas

:&rmaduras p!anas y espacia!es

:'arcos o pórticos p!anos y espacia!es

:(istemas combinados o dua!es

:(istemas de muros:(istemas de piso

:(istemas continuos

Cerchas 5ste sistema combina e!ementos tipo cercha donde

!a disposición de !os e!ementos determina !a estabi!idad. 3ueden

ser p!anas y espacia!es.

&rmaduras 5n este sistema se combinan e!ementos tipo

cercha con e!ementos tipo viga o co!umna unidas por

articu!aciones.

'arcos o 3órticos 5ste sistema conjuga e!ementos tipo viga y

co!umna. (u estabi!idad está determinada por !a capacidad de

soportar momentos en sus uniones. 3ueden ser p!anos y espacia!es

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(istemas de pisos Consiste en una estructura p!ana

conormada por !a unión varios e!ementos cáscara* viga* cercha

de ta! manera +ue soporte cargas perpendicu!ares a su p!ano. (e

c!asi,can por !a orma en +ue transmiten !a carga a !os apoyos en

bidirecciona!es y unidirecciona!es

(istemas de muros 5s un sistema construido por !a unión de

muros en direcciones perpendicu!ares y presenta gran rigide"

!atera!. 5ste sistema es uno de !os más usados en edi,caciones en

"onas sísmicas.

)omos* ci!os y tan+ues

(istemas combinados para edi,caciones (e aprovechan !as

cua!idades estructura!es de !os e!ementos tipo muro con !as

cua!idades ar+uitectónicas de !os sistemas de pórticos. as

1%


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características de rigide" !atera! tambi0n se pueden !ograr por

medio de riostras +ue trabajan como e!ementos tipo cercha.

"rincii de S-ersicin

5! 3rincipio de superposición ue ep!icitado por 5u!er 17$7F

178%.

G(i !os desp!a"amientos y !as tensiones* en !os sistemas e!ásticos*

son proporciona!es a !as cargas +ue !os producen* entonces* !os

desp!a"amientos tota!es y !as tensiones tota!es* resu!tantes de !a

ap!icación de varias cargas* serán !a suma de !os desp!a"amientos y

de !as tensiones originadas por cada una de !as cargasH

3ara +ue podamos ap!icar e! 3rincipio de (uperposición tanto

en e! campo de !os esuer"os como en e! de !os desp!a"amientos es

necesario +ue se cump!a una primera condición 3roporciona!idad*

es decir una re!ación !inea! en e! comportamiento de! materia! sobre

e! +ue act6an !as cargas.

o anterior se cump!e en !os materia!es e!ásticos como por ejemp!o

e! acero.

3ero además ha de cump!irse una segunda condición ya +ue

aun+ue e! sistema de cargas est0 actuando sobre un materia!

e!ástico puede suceder +ue no sea ap!icab!e e! 3rincipio de

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(uperposición* como sucede en e! caso de 3andeo* dado +ue no se

produce una re!ación !inea! entre !a so!icitación y !a deormación.

a respuesta de una estructura debida a un numero de cargas

ap!icadas simu!táneamente es !a suma de !as respuestas de !as

cargas individua!es* ap!icando por separado cada una de e!!as a !a

estructuraI siempre y cuando para todas !as cargas ap!icadas y para

!a suma tota! de e!!as !os desp!a"amientos y esuer"os sean

proporciona!es a e!!as. 5sto imp!ica +ue para ap!icar e! principio de

superposición necesitamos trabajar con materia!es e!ásticos* +ue

cump!an !a !ey de


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Tera $ineal n lineal de es/r-c/-ras

5! comportamiento de !a mayoría de !as estructuras hiperestáticas

sometidas a cargas no repetitivas puede idea!i"arse por medio detres mode!os

F !inea!*

M e!astoFp!ástico perecto* y

M no !inea!

5! mode!o !inea! es adecuado para e! aná!isis de estructuras

con un comportamiento rági!. 5! mode!o e!astoFp!ástico perecto se

ajusta bien a! comportamiento de !as estructuras de acero* y a! de

a+ue!!as otras en !as +ue !a ducti!idad de! acero gobierna e! estado

6!timo. =n caso particu!ar importante es e! mode!o rígido p!ástico*

1;


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amp!iamente conocido y emp!eado en e! cá!cu!o de estructuras. 5!

mode!o no !inea! es e! +ue se ajusta mejor a !as estructuras de

hormigón armado. 5n e! momento actua! puede se/a!arse +ue !os

campos en !os +ue e! aná!isis no !inea! presenta mayor inter0s son

a Nnterpretación de da/os y va!oración de !a seguridad rea!

de estructuras da/adas y reparadas. 5n estas situaciones !os

m0todos convenciona!es de comprobación no proporcionan

resu!tados concordantes con !os eectos observados y* por !o tanto*

!a va!oración de !a seguridad rea! de !a estructura resu!ta incorrecta.

b )ise/o de estructuras especia!es o sometidas a acciones no

convenciona!es* ta!es como depósitos industria!es* centra!es

nuc!eares* acciones sísmicas* puentes singu!ares* casos en !os

cua!es debe uti!i"arse e! mode!o más ajustado posib!e a !a rea!idad.

c 5n estructuras norma!es de edi,cación. 5n estos casos no

son de esperar ventajas en !o reerente a! ahorro de materia!* pero

sí una reducción en e! n6mero de secciones tipo y unadescongestión de armadura en !os puntos de concurrencia de !as

mismas. (in embargo* debe tenerse en cuenta +ue de !a no

!inea!idad de !a respuesta se derivan prob!emas importantes !a

orma de introducir !os actores parcia!es de seguridad +ue aectan

a !as cargas y a !as características de !os materia!es* y !a

identi,cación de !os casos de cargas más signi,cativos y de !as

combinaciones de acciones a considerar* aspecto 0ste muyimportante en !a práctica dado +ue en e! campo deO aná!isis no

!inea! no es posib!e ap!icar e! principio de superposición de eectos.

'ediante teorías de segundo orden* y se considerarán !as

deormaciones dieridas debidas a !as cargas sostenidas. 5ste

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estudio permitirá comp!etar !a normativa vigente en una serie de

campos en !os +ue 0sta indica !a necesidad o conveniencia de

proceder a un aná!isis más avan"ado +ue e! !inea! habitua!*

teniendo en cuenta* por ejemp!o* !a redistribución de esuer"os en

!os e!ementos a Peión Morjados y vigasM y !os eectos de

segundo orden en !as estructuras y e!ementos comprimidos. 3ara

e!!o se desarro!!arán m0todos de cá!cu!o de carácter muy genera! y

m0todos simp!i,cados de más áci! ap!icación* de!imitando !os

campos de va!ide" respectivos.

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Resl-cin de "rble4as +i3as Iss/5/icas

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Cncl-sin

as cargas toman un pape! importante en !a e!aboración de

un cá!cu!o* y de! dise/o* esta se va considerando dependiendo e!

entorno en e! +ue se p!anea construir* y !o +ue se p!anea hacer de

0!* e! omitir a!guna de estas cargas +ue debía ser consideradopuede aectar en e! rendimiento de !a edi,cación y encontrarse con

una construcción no preparada para ciertos prob!emas* es por eso

+ue aun+ue a!gunas de e!!as no pueda ser certera en e! cá!cu!o se

e!aborara un estudio genera! de dicho prob!ema* para crear un

índice promedio de uer"a y así sea considerado para e! cá!cu!o de

esta como una uer"a superior a! rango estimado.

5! comportamiento de un e!emento constructivo no dependeso!amente de !as !eyes undamenta!es de !a estática* ta!es como e!

e+ui!ibrio de uer"as* sino tambi0n de !as propiedades ísicas +ue

caracteri"an !os materia!es con !os cua!es a+ue!!os se construyen.

5stas propiedades recogen !a manera con !a +ue !os materia!es

resisten y se deorman ante diversas so!icitaciones tracción*

Peión*... ap!icadas en diversas condiciones rápidamente*

!entamente* en río* en ca!iente*.... as propiedades ísicas de !os

materia!es cuyos conocimientos deta!!ados y determinación

eperimenta! son objeto de !a 'ecánica de !os 'ateria!es.

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