analisis estructural ii

ANALISIS ESTRUCTURAL I 12/09/2014

1

FACULTAD DE INGENIERA

SEMESTRE 2014-2

INGENIERA CIVIL

ING. GONZALO H. DIAZ GARCIA

INTRODUCCION AL ANALISIS

ESTRUCTURAL I

1

Observa a tu alrededor. Te has fijado que existen multitud de seres, objetos e instrumentos que poseen una estructura?

LA MISIN DE LAS ESTRUCTURAS ES SOPORTAR LAS ACCIONES EXTERNAS MANTENIENDO LA

FORMA DE LAS CONSTRUCCIONES 2

CONSTRUCCIN DE UNA TORRE DE PERFORACIN PROFUNDA

MOTIVACION

3


2

TORRE DE PERFORACIN PROFUNDA4

DEFINICIN DE ESTRUCTURA

Una estructura es una serie de partes conectadas con el fin de soportar una carga.

La Rueda de Falkirk, China

5

6


3

DEFINICIN DEL ANALISIS ESTRUCTURAL

El Anlisis Estructural, es una ciencia que se encarga de la elaboracin de mtodos de clculo, para determinar la resistencia, rigidez, estabilidad, durabilidad y seguridad de las estructuras, obtenindose los valores necesarios para un diseo econmico y seguro.

7

ETAPAS DE ESTRUCTURAAl crear una estructura para que cumpla una funcin especfica es necesario seguir un proceso:Planeacin: Primero debe considerarse la seleccin de una forma que sea segura, esttica y econmica.(MATERIALES PREDIMENCIONAMIENTO).Anlisis: Deben hacerse ciertas idealizaciones sobre cmo estn soportados y conectados los miembros entre si.

Diseo: Una vez obtenidas las cargas internas de un miembro se determina el tamao de este satisfaciendo criterios de resistencia, estabilidad y deflexin.

Construccin: En esta fase se requiere ordenar los diversos componentes de la estructura y planear las actividades que implica el montaje real de esta. Se debe garantizar que guarde concordancia con los planos de diseo especificados.

8

FUERZAS APLICADAS EN UNA ESTRUCTURA

LA FUERZA: Es todo aquello capaz de deformar un cuerpo (efecto esttico) o de modificar su estado de reposo (efecto dinmico). Las fuerzas que actan sobre una estructura se llaman Cargas.

9


4

FUERZA

10

FUERZALas fuerzas se representan con una flecha (vector), donde la longitud del vector es la intensidad de la fuerza, la flecha la direccin y el principio del vector es el punto donde se aplica la fuerza. 11

ESFUERZOS

Es la fuerza interna que experimentan los elementos de una estructura cuando son sometidos a una fuerza externa. Los elementos de una estructura deben soportar estos esfuerzos sin romperse.

Hay 5 tipos de esfuerzos principales:

12


5

Esfuerzos de Traccin

Un elemento de una estructura est sometido al esfuerzo de traccin cuando sobe el actan fuerzas que tienden a estirarlo, Las fuerzas actan hacia el interior del objeto.

13

Esfuerzo de Compresin

Un elemento de una estructura est sometido al esfuerzo de compresin cuando sobe el actan fuerzas que tienden a aplastarlo o contraerlo. Las fuerzas actan hacia el interior del objeto.

14

Esfuerzo de Flexin

Un elemento de una estructura est sometido al esfuerzo de flexin cuando sobe l actan fuerzas que tienden a doblarlo.

15


6

Esfuerzo de Torsin

Un elemento de una estructura est sometido al esfuerzo de torsin cuando sobe l actan fuerzas que tienden a retorcerlo.

16

Esfuerzo de Cortadura

Un elemento de una estructura est sometido al esfuerzo de cortadura cuando sobe l actan fuerzas que tienden a cortarla o desgarrarla.

17

18


7

19

TIPOS DE ESTRUCTURAS

Armaduras

Se denomina armadura la estructura formada por un conjunto de piezas lineales (de madera o metlicas) ensambladas entre s, que se utiliza para soportar la cubierta inclinada de algunos edificios. La disposicin de la cubierta, a una dos, tres, cuatro o ms aguas, influye lgicamente en la caracterstica de la armadura que debe sostenerla. Frecuentemente las armaduras estructuralmente son celosas planas, aunque existen armaduras de otro tipo que no son celosas.

20

21


8


Cables y arcos

Los cables son flexibles soportan cargas en tensin y se utilizan como soporte de puentes y en techos de edificios.

El arco logra su resistencia en compresin, puesto que tiene una curvatura inversa a la del cable. Sin embargo el arco debe ser rgido para mantener su forma, lo que se traduce en cargas secundarias que involucran fuerzas cortantes y de momento que deben considerarse en su diseo.

22

23

24


9


Marcos

Se componen de vigas y columnas que estn articuladas o bien son rgidas en sus conexiones. La carga en un marco ocasiona flexin en sus miembros.

25

26


Elementos superficiales

Estn hechas de un material cuyo espesor es muy pequeo en comparacin con sus otras dimensiones, algunas veces este material es muy flexible y puede tomar la forma deseada, el material acta como una membrada sometida a tensin pura.

27


10

28

Las cargas que actan sobre las estructuraspueden dividirse en tres grandes categoras:

CargasMuertas:a)

Son aquellas que se mantienen constantes enmagnitud y fijas en posicin durante la vida de laestructura.

Generalmente la mayor parte de lael peso propio de la estructura.

Esta se puede calcular con buena

carga muerta es

aproximacin apartir de la configuracin de diseo, de lasdimensiones de la estructura y de la densidad del

29

Por ejemplo en una edificacin Multifamiliar,cargamuerta son las siguientes:

la

Peso de la losa aligerada.

Peso del contrapisoy enlucido.

Peso de la tabiquera repartiday

Peso de cermicay/o terrazo.

Peso de aparatosy accesorios.

Peso de columnas y vigas.

perimetral.

Peso de Muros fachadao cortinas.

Y toda carga que es constante en la edificacin.

30


11

VIGAS,PLACAS,LOSAS. CIELORRASO.

CERCHA METALICA LOSA ALIGERADA

31

a) Cargas Vivas:

Consisten principalmente en cargas de ocupacin enedificios y cargas de trfico en carreteras y puentes.

stas pueden estar total o parcialmente en su sitio ono estar presentes, y pueden cambiar de ubicacin.

Su magnitud y distribucin son inciertas en unmomento dado, y sus mximas intensidades a lo largode la vida de la estructura no se conocen con precisin.

Las cargas vivas mnimas para las cuales debendisearse los entrepisos yespecifican usualmente en

cubiertas de un edificio selos cdigos de construccin

respectivos,estipulado

enen la

el caso del Per se encuentranorma tcnica de edificaciones -

E0.20 (Cargas).

32

33


12

OFICINA

LABORATORIO AULAS34

35

La aplicacin de la carga muerta y viva en la estructuradepende del elemento estructural. Por ejemplo:

Para una viga la carga muerta y viva se distribuyepor metropuntual.

lineal (o carga distribuida) y carga

P P

W

Para una losa aligerada la carga muerta y viva sedistribuye por metro cuadrado.

q

36


13

Para una columna y cimentacin la carga muerta yaviva se distribuye de forma puntual

Py perpendicular

la seccin de la columna.

Adems de las cargas distribuidas, se recomiendadisear los entrepisos para soportar en forma seguraalgunas cargas concentradas cuando stas producenesfuerzos mayores.

37

Forma de aplicacin de la Carga muerta y Viva

La viga que se muestra se apoyacuarta

en tres columnas,adems una tercera y viga

de lase

vigaapoya

apoyadatransversalmente en el centroentre dos columnas .

del claro

38

EJEMPLO:

DETERMINAR LA CARGA MUERA TOTAL QUE SE LESINESTA APLICANDO A LA VIGA

PORDE ACERO

CONSIDERASU PROPIO PESO ML.

Peso especifico albailera =1800kg/m3

Peso especifico del concreto=2400kg/m3

Altura de muro =2.50m

Ancho de losa =5.00m

Espesor de la losa = 0.20m

Espesor del muro = 0.15m

Longitudes del muro y de la losa =

39


14

c) CargasAmbientales.

Las cargas ambientales consisten principalmenteen cargas de nieve, presin y succin de viento,cargas ssmicas (fuerzas inerciales causadas por

lasde

movimientos ssmicos), presiones de suelo enporciones subterrneas de estructuras, cargasposibles empozamientos de agua de lluvias sobresuperficies planas y fuerzas causadas por cambios detemperatura. Al igual queambientales son inciertasen distribucin.

las cargas vivas, las cargastanto en magnitud como

40

CARGAS AMBIENTALES: SISMOS

41

CARGAS AMBIENTALES: SISMOS

42


15

c.1) Cargas de nieve

43

c.2) Cargasdeviento

Las cargas de viento en nuestro pas son masnocivas en estructuras de acero que en estructuras abase de concreto, y se presenta con mas incidencia enestructuras de acero a dos aguas, cerchas parablicas,etc. Teniendo dos presiones el barlovento y elsotavento.

EFECTOS DEL VIENTO

ACCIONES EXTERNAS DEL VIENTO

44

EFECTOS DEL VIENTO

ABERTURAS Y PRESION INTERNA DEL VIENTO

45


16

Efectos del Viento,

El viento ejerce presiones sobre lascontacto.

superficies de

Presin Positiva hacia la superficie.

Presin Negativa, desde la superficie.

46

17

MAPA EOLICO DE LA

DISTRIBUCION

DE VIENTOS EXTREMOS

EN EL PERU

1996.

Isotacas quantiles de 0.02

Velocidades Extremas del viento

en K.P.H. a 10 m del suelo

Periodo de recurrencia :50 aos47

Clasificacin de las Edificaciones segn los Efectosdel Viento.

De acuerdo con la naturaleza de los efectos que elseviento puede ocasionar en las edificaciones, stas

clasificarn en tres tipos:

48


17

49

50

51


18

22

Ejemplo N 01:Se tiene el presente tijeral de 20 mts de luz, con una altura de 4.00 mts enel centro, un ngulo de inclinacin de la cobertura de 11, un anchotributario de 4.5 mts, el tijeral se encuentra a una altura de 15 mts desde

el nivel de terreno natural. Se pide determinar las presiones que se

ejercen sobre el tijeral.

Nota: Suponer que la velocidad es 100Km/h. Ver Isotacas (Son curvas que unen

igual velocidad de viento).

Solucin:

52

53

Zonas donde

el Tijeral tienemayor rea de

Influencia, es

decir

carga

parte

cpula.

mayorpor

de la

54


19

Para nuestro caso, V=100Km/h. con ello calculamos Vh y lo distribuimosaltura para luego proceder a calcular la carga por unidad de longitud.

en

CUADRO DE CLCULO DE PRESIONES

55

PRIMER CASO DE CARGA

UNS / AE-II / IVAN56

SEGUNDO CASO DE CARGA

UNS / AE-II / IVAN57


20

Ejemplo Aplicativo.

58

Modelamiento en SAP 2000.

59

60


21

FALLAS POR VIENTO

61

Ejemplo del estructuras en acero

62

63


22

64

c.3) Cargasde sismo

Las cargas de sismo en edificaciones son cargas endireccin horizontal, y se aplican en los centros demasa de los entrepisos de las edificaciones.

Las fuerzas de sismos sonla

generadas pormovimientosmovimientos

Se tiene que

telricos de corteza terrestre,que no se pueden predecir.

tomar en cuenta estas fuerzas en todoproyecto arquitectnico. Para esto se calculara elcortante en la base de la edificacin, con la cual nospermitir determinar el pre-dimensionamiento de

laslos muros de corte, que sern quienes absorbernfuerzas ssmicas.

65

Para un buen comportamiento ssmico de unaedificacin deber cumplircon los siguientes conceptos:

-) Simetra, tanto en la distribucin de masascomo en las rigideces.

-) Peso mnimo, especialmente en los pisos altos.

-) Seleccin y uso adecuado de los materiales deconstruccin.

-)

-)

Resistencia adecuada.

Continuidad en la estructura, tanto en plantacomo en elevacin.

-) Ductilidad.

-) Deformacin limitada.

66


23

Para el calculo de la fuerza ssmica en la base se utilizalos conceptos estipulados en la Norma E-030-2003Diseo Sismorresistente,Edificaciones.

del Reglamento Nacional de

Donde:

V: Fuerza cortante en la Base de la Edificacin.

Z: Factorde Zona.

U: Factorde Uso.

C: Coef. De amplificacin

S: Factorde Suelo.

R: Factorde reduccin.

P: Peso de la edificacin.

Ssmica.

67

38

Factor de Zona: El territorio nacional se considera dividido entres zonas, como se muestra en la Figura N 1. La zonificacin

propuesta se basa en la distribucin espacial de la sismicidadmovimientosobservada, las caractersticas generales de los

ssmicos y la atenuacin de stos con la distancia epicentral, aslasNcomo en informacin neotectnica. En el

provincias que corresponden a cada zona.Anexo 1 se indican

68

Factor de Uso e Importancia: Cada estructura debe serclasificada de acuerdo con las categoras indicadas en la Tabla N 3.

NEl coeficiente de uso e importancia (U),usar segn la clasificacin que se haga.

definido en la Tabla 3 se

69


24

Factor de Amplificacin Ssmica: De acuerdo a lascaractersticas de sitio, se define el factor de amplificacin ssmica(C) por la siguiente expresin:

Condiciones Geotcnicas o Factor del Suelos: Para losefectos de esta Norma, los perfiles de suelo se clasifican tomando

en cuenta las propiedades mecnicas del suelo, el espesor delestrato, el perodo fundamental de vibracin y la velocidad depropagacinson cuatro:

de las ondas de corte. Los tipos de perfiles de suelos

70

Factor de Reduccin:

Los sistemas estructurales se clasificarn segn los materialesusados y el sistema de estructuracin sismorresistentepredominante en cada direccin tal como se indica en la Tabla N6.

Segn la clasificacin que se haga de una edificacin se usar uncoeficiente de reduccin de fuerza ssmica (R).Para el diseo por resistencia ltima las fuerzas ssmicas internasdeben combinarse con factores de carga unitarios.

En caso contrario podr usarse como (R) los valores establecidos enTabla N6 previacorrespondiente.

multiplicacin por el factor de carga de sismo

71

72

analisis estructural ii

Documents