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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
1
8/18/2019 Trabajo Estructura I - Copia
2/26
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………..
…..
ESTRUCTURA ! SUS TI"OS………………………………………………..
….#
ESTUDIO DE $A ESTA%I$IDAD DE $AS
ESTRUCTURAS……………..….#
CAR&AS ACTUANTES EN $AS ESTRUCTURAS…………………..
………...'
Cargas
muertas………………………………………………………………………………
……..7
Cargas
muertas………………………………………………………………………………
…..…8
Cargas
sísmicas………………………………………………………………………………
……..8
Cargas de
viento…………………………………………………………………………………
….8
2
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Cargas debidas a cambios de
temperatura…………………………………….…………8
Cargas por presión hidrostática y empuje de
tierras…………………………………..8
Cargas por
impacto……………………………………………………………………………….
.9
Cargas por
ep!osión……………………………………………………………………….
……..9
Cargas por
o!eaje………………………………………………………………………………….
.9
Cargas por
nieve………………………………………………………………………………..….9
Cargas por
grani"o………………………………………………………………………………..
.9
#enómeno de
resonancia……………………………………………………………………...1$
(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
4
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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.
9
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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
11
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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
1-
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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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2$
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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.