Concepto Y Definicion De Estructuras 4z3x5u

Análisis estructural I INGENIERO : Cesar Camargo Najar

Presentado por: - HUARANCA SILLO, Lidia - ROMERO CHAMBI, Luis Alberto - MACIAS ARDILES, Jhonatan Nestor

VI“A”

ANALISIS ESTRUCTURAL

Introducción • Las estructuras están presentes en todo lo que nos rodea aunque no nos demos cuenta. Las encontramos tanto en los seres vivos como en los objetos (caparazón de un caracol, tronco de un árbol, máquinas, muebles, edificios, etc.).

CONCEPTO Y DEFINICION DE ESTRUCTURAS • Concepto. la estructura es el esqueleto de los objetos o armazón que soporta el propio peso del objeto, lo protege frente a otras fuerzas externas, y además mantienen unidos entre sí todos sus elementos.

• Una estructura , es cualquier tipo de construcción formada por uno o varios elementos enlazados entre sí que están destinados a soportar la acción de una serie de fuerzas aplicadas sobre ellos. las estructuras con componentes discretos son muy frecuentes en la práctica por lo que su estudio resulta del máximo interés.

• Además lo habitual es que los elementos sean lineales, del tipo pieza prismática, conocidos como vigas o barras, y cuyo comportamiento estructural individual es relativamente fácil de estudiar, como se hace en Resistencia de Materiales. ejemplos de estructuras una viga, un puente metálico, una torre de conducción de energía, la estructura de un edificio,etc.

• Definición: Para la ingeniería, una estructura física es un cuerpo o un conjunto de cuerpos en el espacio que forman un sistema capaz de soportar acciones exteriores denominadas cargas: fuerzas, momentos, cargas térmicas, etc. Las estructuras físicas pueden ser naturales o construidas por el hombre (edificios, puentes, túneles, represas.

• Los efectos de las acciones en las estructuras físicas se determinan mediante el análisis estructural. Al contrario que un mecanismo, una estructura tiene un número de grados de libertad respecto al sistema de referencia negativo o cero, por lo que los únicos desplazamientos que puede sufrir respecto a ese sistema son resultado de deformaciones internas.

• Ingeniería civil y la arquitectura, se conoce con el nombre de estructura a todo elemento construido con el destino específico de soportar la presencia de cargas, y entre ellas de manera preponderante su propio peso y el de la construcción que sustenta, sin perder las condiciones de funcionalidad para las que fue concebida ésta.

• la noción de estructura tiene innumerables aplicaciones. Puede tratarse de la distribución y el orden de las partes principales de un edificio o de una casa, así como también de la armadura o base que sirve de sustento a la construcción. La estructura también es la distribución y el orden de los componentes o las partes

• sobre las estructura actúan unas cargas, que normalmente sonde tipo mecánico, es decir fuerzas. También se considera la posibilidad de otros efectos, como: variaciones en la temperatura del material de la estructura, movimientos conocidos de los apoyos, errores en la longitud y forma de los elementos, esfuerzos de pretensión durante el montaje, etc.

• Respecto a la forma en que la estructura debe soportar las cargas no es fácil poner un límite claro. Quizás lo más general sea decir que la estructura debe tener un estado de tensiones y deformaciones tal que no se produzca un fracaso estructural que lleve a la destrucción de la misma, en ninguno de los estados de carga posibles.

• Por debajo de este amplio límite se imponen limitaciones más estrictas en función del tipo de estructura y de su aplicación concreta. La limitación que siempre se impone es la del valor máximo de las tensiones que aparecen en el material, en cualquier punto de la estructura, a fin de evitar su rotura. Además de la limitación en las tensiones, es también

muy habitual imponer un límite alas deformaciones de la estructura, bien por motivos funcionales , estéticos, o de resistencia de los elementos que apoyen sobre la estructura (tabiques de edificios de viviendas). En estructuras sofisticadas las tensiones alcanzadas pueden ser muy grandes.

llegando a sobre pasar el límite elástico, y permitiéndose incluso la existencia de alguna grieta, cuyo tamaño máximo es entonces el límite para el buen funcionamiento estructural, siempre bajo severas condiciones de control En otros casos más complejos la idoneidad de la estructura viene controlada por la ausencia de inestabilidades en la misma , o incluso porque su respuesta dinámica sea la adecuada.

1.Elementos principales • incluyendo los pórticos principales, sus uniones y sus cimentaciones, que constituyen la vía para transmitir las cargas horizontales y verticales que actúan sobre el edificio al terreno.

2. Elementos secundarios • como vigas secundarias o correas, que transmiten las cargas a los elementos principales.

3. Otros elementos elementos que sólo transmiten cargas a los elementos principales o secundarios. Por ejemplo, cierres, cubiertas, tabiques divisorios, etc. En los casos donde las tres categorías de elementos estén sujetas a diferentes requisitos de seguridad, deberán modelizarse de forma separada si fuera necesario.

TIPOS DE ESTRUCTURA • Según los elementos con los que están construidas, las estructuras se pueden clasificar 3 grandes grupos: 1. Estructuras masivas. 2. Estructuras de armazón. 3. Estructuras laminares (de carcasa).

1. ESTRUCTURAS MASIVAS. Son estructuras muy pesadas y macizas, construidas con elementos muy gruesos, anchos y resistentes. Ejemplos: grandes presas, antiguas iglesias o puentes de piedra y grandes pilares o arcos, pirámides, acueductos, etc.

• Ejemplo de estructuras masivas.

2.Estructuras de armazón. Están formadas por piezas como barras, tubos, pilares, vigas, o cables unidos entre sí para formar una especie de esqueleto o armazón. Según la disposición de sus elementos pueden ser: • Estructuras Trianguladas. • Estructuras entramadas. • Estructuras Colgadas.

• Estructuras Trianguladas. Se construyen mediante unión de barras que van formando triángulos. Ejemplos: torres del tendido eléctrico, grúas, soportes de antenas, puentes de hierro, etc.

• Ejemplo de estructuras trianguladas

• Estructuras Entramadas: Tienen elementos verticales y horizontales que se unen entre sí, formando una especie de malla. Los elementos horizontales se apoyan en los verticales. Ejemplos: estructura de un edificio, travesaños de una silla, marcos de ventanas, andamios, etc.

• Ejemplo de estructuras entramadas.

• Estructuras colgantes. El peso es soportado por cables que están unidos a otros elementos más robustos como muros o torres resistentes. Ejemplos: puentes colgantes.

• Ejemplo de Estructuras colgantes.

3.ESTRUCTURAS LAMINARES Están constituidas por láminas o es resistentes y delgados formando carcasas, que envuelven y protegen las piezas internas del objeto. La resistencia de estas carcasas se consigue dándoles a las láminas una determinada forma.

Ejemplo: estructuras laminares en forma de cascarón generadas a partir de paraboloides hiperbólicos.

CLASIFICACION DE ESTRUCTURAS • Armaduras Se denomina armadura la estructura formada por un conjunto de piezas lineales (de madera o metálicas) ensambladas entre sí, que se utiliza para soportar la cubierta inclinada de algunos edificios. La disposición de la cubierta, a una dos, tres, cuatro o más aguas, influye lógicamente en la característica de la armadura que debe sostenerla. Frecuentemente las armaduras estructuralmente son celosías planas, aunque existen armaduras de otro tipo que no son celosías.

• Marcos pórticos Armadura diseñada para soportar cargas tanto verticales como laterales transversales a la longitud de una estructura porticada. 2. Porche con carácter monumental, cuya cubierta está soportada por columnas, que conduce a la entrada de un edificio.

• Sistema de pisos Una estructura de hormigón armado puede cumplir los requerimientos de estabilidad, resistencia y deformación con una cierta flexibilidad en sus diferentes dimensiones geométricas. En algunos edificios, las distancias entre soportes o muros en una o las dos direcciones iten diferentes valores compatibles con el diseño arquitectónico. Para adoptar las decisiones que definan por completo la estructura tenemos que acudir al coste que implican.

• Sistema de muros Es un sistema estructural sin una estructura espacial de soporte de cargas verticales. Los muros de carga o sistemas de arriostramiento proporcionan el soporte a todas o a la mayoría de las cargas por gravedad. La resistencia a las cargas laterales la proporcionan los muros de corte o las estructuras arriostradas

calcificación de la estructura • ALBAÑILERIA SIMPLE O NO REFORZADA.- Es la

construcción que no tiene dirección técnica en el diseño y construcción de la edificación; los muros absorben las limitadas cargas de la estructura, fabricación artesanal de la albañilería

VENTAJAS y DESVENTAJAS • VENTAJAS Gran capacidad de aislamiento acústico y térmico • DESVENTAJAS -Poca resistencia a las cargas laterales por sismo - El proceso de construcción es lento

• ALBAÑILERIA CONFINADA.- Es aquella reforzada con confinamientos, un conjunto de elementos con refuerzos horizontales y verticales, cuya función es la de transmitir las cargas al terreno de fundación. Estos muros están enmarcados por columnas y vigas de refuerzo en sus cuatro lados

• VENTAJAS.-Alta resistencia al fuego por que usa materiales incombustibles - Es la técnica mas utilizada en el medio - Fácil de conseguir la mano de obra que conozca el sistema - Buenas propiedades térmicas y acústicas

• DESVENTAJAS.- El espesor del muro quita área a los ambientes - No se podrá realizar modificaciones futuras como vanos nuevos, etc. - No se puede construir mas de 1, 20 m de altura por día.

• ALABAÑILERIA ARMADA.La albañilería armada también conocida como albañilería reforzada con armadura de acero incorporada de tal manera que ambos materiales actúan conjuntamente para resistir los esfuerzos, a los que van a ser sometidos la estructura.

• VENTAJAS.- Alta resistencia al fuego por que usa materiales incombustibles -No requiere encofrados - Requiero poco mortero - Requiere herramientas convencionales

• DESVENTAJAS .- Espesor del muro importante restando áreas a los ambientes. -No se podrá realizar las modificaciones futuras en los muros de carga - Requiere mano de obra calificada - Requiere mayor control de obra

Clases y tipos de estructura de edificación Los edificios están clasificados por tipo de construcción, esto es, literalmente, cómo el edificio está construido según lo dictado por el Código Internacional de Construcción. La clasificación toma en cuenta un aspecto muy importante: cuán bien el edificio resiste el fuego.

Tipo I-A y B Los edificios tipo I-A producen un edificio que tiene muros exteriores y un marco estructural que es capaz de resistir el fuego hasta tres horas. Tanto el piso como el cielo raso necesitan resistir al fuego por dos horas, mientras el techo debe resistir el fuego durante una hora y media

Tipo II-A y B El edificio tipo II-A es considerado un edificio que está protegido y es incombustible, y con frecuencia incluye escuelas nuevas. el edificio de tipo II-B está hecho de materiales incombustibles, no tiene resistencia al fuego

Tipo III-A y B La construcción de edificios de tipo III-A incluye edificios que tienen muros de ladrillos o incluso bloques, y pueden tener techos de madera Los almacenes que tienen ladrillos o bloques en los muros exteriores caen dentro de la categoría de tipo III-B

Tipo IV Los tipo IV permanecen solos en este tipo de construcción de edificios. Esta categoría incluye lo que se llama la madera pesada, porque cada una de la madera usada debe ser de al menos 8 pulgadas (20,32 centímetros) de diámetro al menos.

Tipo V-A y B Este es el último en los tipos de construcción de edificios. Los edificios de tipo V-A son construidos de madera. El tipo V-B incluye la mayoría de las casas de madera que son de una sola familia como también los garajes

Análisis de primer orden de estructuras Elástico de primer orden •Proporcionalidad entre cargas y deformaciones. •Es válida la ley de superposición. •Se aplica el cálculo matricial clásico. •Se establece el equilibrio en la estructura no deformada

Análisis de segundo orden de estructuras Elástico de segundo orden, • El material se comporta elásticamente • No hay linealidad geométrica ( no es válida la ley de superposición). • Se establece el equilibrio en la estructura deformada • No se puede aplicar el cálculo matricial clásico.

Estabilidad de estructuras • Hemos definido el equilibrio de una estructura desde el punto de vista de las fuerzas actuantes, expresando que éste se manifiesta si se cumple que las ecuaciones de Equilibrio de la estática son nulas, o sea, que el sistema de fuerzas tiene resultante nula.

• Pero ahora debemos agregar, desde el punto de vista físico, que nos interesa no solo el equilibrio de la estructura, sino que éste se manifieste de forma que su configuración sea permanente en el tiempo aún frente a acciones exteriores perturbadoras. Para completar estos conceptos es necesario definir qué se entiende por estabilidad

en las estructuras y ésta es: Es la capacidad de una estructura de conservar una configuración frente a acciones exteriores. Para que se cumpla esta aseveración es menester que se verifiquen las siguientes dos condiciones: Condición necesaria: Debe existir equilibrio de todas las fuerzas que actúen sobre la

estructura, o sea, se debe cumplir la condición física del equilibrio total y relativo de todas las fuerzas activas y reactivas. Condición suficiente: El equilibrio de las fuerzas debe ser estable. Esta última condición, un concepto nuevo, establece que la configuración que adopte la estructura y las fuerzas deben ser permanentes en el tiempo.

Es la capacidad de una estructura de conservar una configuración frente a acciones exteriores. Para que se cumpa las siguientes dos condiciones: Condición necesaria: Debe existir equilibrio de todas las fuerzas que actúen sobre la estructura, o sea, se debe cumplir la condición física del equilibrio total y relativo de todas las fuerzas activas y reactivas.

Para poder establecer si se está frente a estructuras estables, se deben fijar criterios que permitan determinar cuándo se está en presencia de un equilibrio estable. Un criterio se encuentra, precisamente, en la percepción práctica que de este concepto se tiene y que permite establecer cómo es el equilibrio de una estructura.

• Éste consiste en aplicar una pequeña perturbación, tan pequeña como se quiera, y observar cómo se modifican las acciones y las resistencias frente a este hecho y cuanto más rápido crecen una y otras para restablecer o no la posición original. Analicemos un ejemplo tradicional de este tema que es el caso de una esfera apoyada sobre una superficie cóncava, convexa o plana.

• Criterios de estabilidad Ahora podemos establecer un procedimiento que nos permita establecer cuándo el equilibrio de una estructura es estable, inestable o indiferente, y éste consiste en: estudiar cómo se modifican las fuerzas o la energía potencial total o el valor del determinante de la matriz rigidez de la estructura, cuando se modifica ligeramente.

la configuración de la estructura y del sistema de fuerzas que se analiza. Estos procedimientos de traducen en métodos que permiten analizar lo anteriormente mencionado y éstos son los siguientes: • Método estático Equilibrio estable: Las fuerzas, en la configuración modificada, tienden a llevar a la

estructura a la configuración primitiva. Equilibrio inestable: Las fuerzas, en la configuración modificada, tienden a alejar a la estructura de la configuración primitiva. Equilibrio indiferente: Las fuerzas, en la configuración modificada, se encuentran en equilibrio. • Método energético

Equilibrio estable: La energía potencial total en la configuración modificada es mínima. Equilibrio inestable: La energía potencial total en la configuración modificada es máxima. Equilibrio indiferente: La energía potencial total en la configuración modificada no cambia. • Método de la matriz rigidez

Equilibrio estable: El valor del determinante de la matriz rigidez de la estructura es positivo. Equilibrio inestable: El valor del determinante de la matriz rigidez de la estructura es negativo. Equilibrio indiferente: El valor del determinante de la matriz rigidez de la estructura es nulo.

• Ejemplo de estabilidad

Estabilidad estructuras geometricas EFECTOS DE LA GEOMETRIA Los esfuerzos en los elementos de una estructura se pueden obtener mediante un análisis en primer orden, lo que implica utilizar la geometría inicial de la estructura (no deformada) o bien un análisis en segundo orden teniendo en cuenta la deformación de la estructura y su influencia en los esfuerzos cuando sea significativa.

El control de la estabilidad lateral de una estructura suele, en general, garantizarse por medio de:

1. La propia rigidez de los sistemas estructurales de nudos rígidos 2. Sistemas de arriostramiento lateral triangulados

3. Sistemas de arriostramiento lateral mediante pantallas o núcleos rígidos

4. Por combinación de algunos de los esquemas estructurales precedentes

Condiciones que deben cumplir 1. Sean bien proyectados considerando su trabajo en conjunto, mediante una adecuada interacción con la estructura principal y su conexión a la cimentación. 2. Se asegure la permanencia durante el periodo de servicio del edificio

3. Se considere los posibles esfuerzos que el sistema de arriostramiento puede generar sobre la estructura al coaccionar su libre deformación.

4. Se asegure la resistencia de los medios de conexión a la estructura.

Clasificación de estructuras intraslacionales y traslacionales INTRASLACIONALES: Una estructura puede ser intraslacional cuando su rigidez lateral es suficiente para que la influencia de los efectos de segundo orden sea despreciable en su respuesta estructural. De este modo el análisis global puede llevarse a cabo según la teoría de primer orden.

Clasificación de estructuras arriostradas y no arriostradas ESTRUCTURAS ARRIOSTRADAS cuando su rigidez lateral está garantizada a través de un sistema de arriostramiento que permita despreciar la influencia de los efectos de segundo orden en su respuesta estructural y por tanto su análisis global puede llevarse a cabo según la teoría en primer orden

El sistema de arriostramiento deberá dimensionarse para hacer frente a:

1. Los efectos de las imperfecciones tanto del propio sistema de arriostramiento como de todas las estructuras a las que arriostra. 2. Las fuerzas horizontales que soliciten a las estructuras a las que arriostra.

• 3. Las fuerzas horizontales y verticales que actúan directamente sobre el propio sistema de arriostramiento

MÉTODOS DE ANÁLISIS DE LA ESTABILIDAD GLOBAL

PRINCIPIOS BASICOS

En toda estructura con rigidez lateral insuficiente para ser considerada intraslacional o arriostrada, en base a los criterios establecidos previamente, deberá ser verificada su estabilidad lateral global, según métodos que consideren tanto los efectos de 2° orden como las imperfecciones geométricas equivalentes.

Columna corta • es la columna cuya capacidad de carga está limitada por la resistencia antes que por el pandeo; columna que habitualmente es tan robusta y está tan restringida que se puede desarrollar al menos 95 por ciento de la resistencia de la sección transversal

Podemos llamar Columna Corta a aquella que por su tamaño relativo a las demás del sistema al que pertenece o relativo a su diseño, en el cual fue diseñada con una longitud, pero ya construida trabajara como más corta.

Entonces por lo cual tendrá mayor rigidez relativa que la que fue diseñada, podrá demandar mayores fuerzas, pero sin poder responder satisfactoriamente, por no haber sido diseñadas para esas demandas y cargas

El efecto de columna corta o columna cautiva Cómo un elemento no estructural puede hacer fallar una columna durante un sismo. La columna corta se produce debido a una modificación accidental en la configuración estructural original de una columna.

Llamamos a estos elementos no estructurales que modifican el comportamiento de los elementos estructurales “no intencionalmente estructurales", referencia , porque generalmente no son considerados en el análisis del sistema estructural y se trabaja bajo el su-puesto de que la estructura está libre y que puede deformarse sin interacción de los elementos no estructurales.

Causas arquitectónicas que producen la columna corta • Varias son las causas que conducen a que el valor de la longitud libre para la que fue original-mente diseñada y calculada una columna, se reduzca drásticamente ocasionando una columna corta y, por lo tanto, modificando radicalmente su comportamiento estructural, lo cual comúnmente conduce a la falla de la sección libre de la columna.

Ejemplos de fallas por columna corta

PISOS BLANDOS El problema de “Piso Blando” surge en aquellos edificios aporticados (compuestos predominantemente en su estructura por vigas y columnas), donde el piso en mención presenta alta flexibilidad por la escasa densidad de muros que impide controlar los desplazamientos laterales impuestos por los terremotos

COMPORTAMIENTO DEL “PISO BLANDO” ANTE LOS SISMOS

Durante los sismos severos, o incluso a veces en los sismos moderados, en el “Piso Blando” se produce un gran desplazamiento lateral ,que se traduce en una excentricidad de la carga vertical “P” proveniente de los pisos superiores rigidizados por los tabiques.

CÓMO SOLUCIONAR EL PROBLEMA

El problema de “Piso Blando” se ha presentado en todos los países sísmicos del mundo , con lo cual, la mejor solución al problema es evitándolo desde la concepción arquitectónica del edificio, haciendo que los muros presenten continuidad a lo largo de su altura, por ejemplo, tratando que las cocheras estén en la parte externa del edificio

Algunas fallas por pisos blandos

Giro de edificios en caso de sismos Fuerza sísmica: Las fuerzas sísmicas son fuerzas de inercia producidas por el hecho que los niveles tienen masas sujetas a aceleraciones. La mayor parte de esta masa se encuentra localizada a la altura de los niveles (losa, vigas, acabados, sobrecarga, tabiques, etc.), mientras

que la masa actuante en el entrepiso (columnas, placas, etc.) es más pequeña; por lo que para un análisis sísmico traslacional, puede suponerse que la masa se encuentra concentrada a la altura de los niveles

GRACIAS