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8/19/2019 CONCEPTOS INTRODUCTORIOS.docx

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CONCEPTOS INTRODUCTORIOSEl arquitecto muchas veces se dirige hacia la estructura a través de la forma; pero elarquitecto creativo se dirige hacia la forma a través de la estructura. El material debecumplir dentro de la construcción funciones adicionales a las puramente estructurales.La estructura no suele ser un mero esqueleto resistente recubierto y protegido por otros componentes que tienen la función de formar una envoltura externa y desubdividir los espacios. Frecuentemente la estructura misma debe cumplir

parcialmente estas funciones, por lo que el material que la compone debe tener,adems de caracter!sticas estructurales adecuadas, propiedades de impermeabilidady durabilidad ante la intemperie y de aislamiento térmico y ac"stico.E STRUCTURA

...#con$unto de elementos resistentes capa% de mantener sus formas y cualidadesa lo largo del tiempo, ba$o la acción de las cargas y agentes exteriores a que ha deestar sometido#...La estructura soporta las cargas exteriores &acciones y reacciones', las cualesreparten su efecto por los diferentes elementos estructurales que resultansometidos a diferentes esfuer%os, los cuales inducen un estado tensional, que esabsorbido por el material que la constituye.

(Entidad f!sica de carcter unitario, concebida como una organi%ación de cuerposdispuestos en el espacio de modo que el concepto del todo domina la relaciónentre las partes).“conjunto de elementos capaces de soportar, transmitir o absorber diersas!uer"as e#ternas $%o internas $ cu$a !unci&n principal es la dar resistencia $en determinadas situaciones ri'ide" $ ductilidad*eg"n esta definición vemos que una estructura en un ensambla$e de elementosque mantiene su forma y su unidad.*us ob$etivos son+ resistir cargas resultantes de su uso y de su peso propio y darleforma a un cuerpo, obra civil o maquina.E$emplos de estructuras son+ puentes, torres, edificios, estadios, techos, barcos,aviones, maquinarias, presas y hasta el cuerpo humano.

ngenier!a estructural es la aplicación de los conocimientos de la -ecnica, cienciaque estudia las fuer%as y sus efectos, al arte de disear estructuras

El ingeniero estructural se encarga del arreglo y dimensionamiento de las estructurasy sus partes, de tal manera que soporten satisfactoriamente las cargas colocadassobre ellas/*E01 E*23452436L

Objetio (eneraldentificar, estudiar alternativas, seleccionar, anali%ar y verificar resultados de la

solución estructural a un problema ingenieril, teniendo presentes los criteriosde !uncionalidad, econom)a $ se'uridad.En el diseo estructural completo se distinguen dos etapas+ anlisis y diseo.

Objetio del An*lisis/eterminar fuer%as internas &axiales, cortantes, momentos' y deformaciones deuna estructura, sobre la base de+ una forma dada de la estructura, del tamao ypropiedades del material usado en los elementos y de las cargas aplicadas.

Objetio del Dise+o*elección de la forma, de los materiales y detallado &dimensiones, conexiones yrefuer%o' de los componentes que conforman el sistema estructural.

ETAPAS DE DESARROO DE UN PRO-ECTO

7laneación+ *e identifica el problema a solucionar y se presentan alternativasgenerales de solución/iseo preliminar+ 8eneral


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Evaluación de alternativas+ /iferentes sistemas estructurales, diferentes geometr!as ydiferentes materiales. 6nlisis+ fuer%as y deformaciones, evaluación de cargas o fuer%as actuantes,modelación, real y abstracta,3esolución del modelo+ fuer%as internas, de conexiones o uniones,/iseo+ detallado y dimensionamiento de los elementos para que resistan las fuer%asactuantes.

5onstrucción+ Llevar a cabo la materiali%ación f!sica de lo planeadoPRINCIPIOS DE DISE.O ESTRUCTURA*E843/6/, F495196L/6/ : E5191-6

4na estructura se disea para que no falle durante su vida "til. *e reconoce que unaestructura falla cuando de$a de cumplir su función de manera adecuada.

Las formas de falla pueden ser+ falla de servicio o falla por rotura o inestabilidad.

La falla de servicio es cuando la estructura sale de uso por deformaciones excesivasya sean elsticas o permanentes.

La falla por rotura &resistencia' o inestabilidad se da cuando hay movimiento oseparación entre las partes de la estructura, ya sea por mal ensambla$e, malosapoyos o rompimiento del material.

*E843/6/+ La seguridad se determina controlando las deformaciones excesivasque obligan a que salga de servicio o el rompimiento o separación de alguna de suspartes o de todo el con$unto.

4na de las condiciones de seguridad, la estabilidad, se puede comprobar por mediode las leyes de equilibrio de 9e


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Las estructuras laminares &llamadas también cscaras' son superficies delgadascurvas de pequeo espesor, comparado con las dimensiones globales de laestructura, que resisten, por su forma, las cargas de peso propio y las cargasexteriores mediante esfuer%os normales de compresión y>o tracción y tangenciales,uniformes en el espesor de la propia superficie. *u eficiencia se debe a su curvatura yal alabeo, por lo que puede me$orarse su comportamiento resistente con graneconom!a de sección, material y peso. *on las ms eficientes desde el punto de vista

estructuralLas superficies pueden clasificarse en función de su curvatura en+ *imple curvatura odesarrollables+ cuando la curvatura en un punto dado es del mismo signo en todas lasdirecciones, excepto en una de ellas &recta generatri%' en que vale ?. E$emplos+cilindros y conos /oble curvatura+ @. *inclsticas+ cuando la curvatura en un puntodado es del mismo signo en todas las direcciones. E$emplos+ c"pula &esfera',paraboloide el!ptico, elipsoide, hiperboloide de dos ho$as &imagen A a'. A. 6nticlsticas+ cuando la curvatura en un punto es positiva en algunas direcciones ynegativa en otras. E$emplos+ paraboloide hiperbólico, conoide, hiperboloide de unaho$a

S&lidosEn este texto se trata el anlisis de aquellas estructuras que caen dentro de laprimera categor!a donde los elementos se consideran como unidimensionales.La clasificación anterior de las estructuras es el resultado de la ideali%ación delas estructurasreales con ciertas aproximaciones e hipótesis. 7or e$emplo, un edificiose ideali%a normalmente en tal forma que su entramado, es decir, el con$unto de lasvigas y columnas de los pisos se considera como de tipo estructura de esqueleto y lasplacas son del tipo laminar, aunque elsistema completo es realmente unacombinación de todos los tres tipos antes mencionados.

ELEMENTOS ESTRUCTURALES MAS COMUNES 0 Elemento tipo Cable1 9o posee rigide% para soportar esfuer%os de flexión,compresión o cortantes.6l someter a cargas a un cable este cambia su geometr!ade tal manera que las cargas son soportadas por esfuer%os de tracción a lo largodel elemento.*iempre encontraremos que cuando aplicamos una fuer%a el cabletendr otra geometr!a.

4n cable ba$o su propio peso adquiere la forma del diagrama de momentos de talmanera que al encontrar las fuer%as internas en cualquiera de sus puntos el valor del momento sea cero y solo presente componente de tracción.


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4n cable ba$o carga puntual se deforma de tal manera que el momento interno entodo el tramo sea igual a cero. Los cables no tienen rigide% a flexión.

Es un elemento con poca I &inercia' y poca A transversal &rea' pero con una granresistencia a la tracción.


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234 Elemento tipo Columna+ Es un elemento con dos dimensiones pequeascomparadas con la tercera dimensión. Las cargas principales act"an paralelas ale$e del elemento y por lo tanto traba$a principalmente a compresión. 2ambiénpuede verse sometido a esfuer%os combinados de compresión y flexión.

235 Elemento tipo i'a1 Es un elemento que tiene dos de sus dimensiones muchomenores que la otra y recibe cargas en el sentido perpendicular a la dimensión mayor.Estas caracter!sticas geométricas y de carga hacen que el elemento principalmenteesté sometido a esfuer%os internos de flexión y de cortante. Es un elemento que debetener la suficiente I &inercia transversal' y A &rea transversal' para soportar estostipos de esfuer%os. 3ecordemos que los esfuer%os de flexión dependen directamente

de la inercia de la sección & ' y los de cortante indirectamente del rea &

donde Q , es el primer momento del rea'.


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236 Elementos tipo Arco+ *e comporta o es similar a un cable invertido aunqueposee rigide% y resistencia a flexión. Esta caracter!stica lo hace conservar suforma ante cargas distribuidas y puntuales. /ebido a su forma los esfuer%os decompresión son mucho mas significativos que los de flexión y corte.

*us esfuer%os principales son compresión y esto permite que su seccióntransversal sea pequea relacionada con la lu% o claro entre sus apoyos. En elcaso de cargas asimétricas el esfuer%o de flexión empie%a a ser notable y el arcodebe tornarse mas grueso.

237 Elementos tipo Cerc8a1 Es un elemento cuya rea transversal es pequeacomparada con su longitud y est sometido a cargas netamente axiales aplicadasen sus extremos. 7or su geometr!a y tipo de cargas actuantes soporta solamentefuer%as de tracción y de compresión.


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*u comportamiento netamente axial exige que sus conexiones a otros elementoso soportes sean rotulas sin ro%amiento. *in embargo en la practica se construyenuniones r!gidas que obligan a mantener la geometr!a de la sección y la posiciónde los nudos. Esto hace que las pequeas deformaciones de alargamiento oacortamiento de los elementos por sus tensiones axiales, no se disipen endeformaciones de los nudos y producen entonces esfuer%os de flexión en loselementos.

Estos esfuer%os de flexión son muy pequeos comparados con sus grandesfuer%as axiales y no se tienen en cuenta en su anlisis y diseo.

232 Elementos tipo cascaron1 7ueden ser flexibles, en este caso se denominanmembranas, o r!gidos y se denominan placas.

-embrana+ no soporta esfuer%os de flexión, es como si fueran cables pegados.2raba$a por tracción netamente

5ascaron o placa+ tiene rigide% a flexión es decir traba$a principalmente por compresión, pero se asocia con esfuer%os cortantes y flectores m!nimos.

239 Elementos tipo muro1 Estos elementos se caracteri%an por tener dos de susdimensiones mucho mas grandes que la tercera dimensión y porque las cargasactuantes son paralelas a las dimensiones grandes. /ebido a estas condiciones


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de geometr!a y carga, el elemento traba$a principalmente a cortante por fuer%as ensu propio plano. 6dicionalmente a esta gran rigide% a corte los muros también sonaptos para soportar cargas axiales siempre y cuando no se pandeen.

93 PRINCIPAES SISTE:AS ESTRUCTURAES

5erchas 6rmaduras planas y espaciales-arcos o pórticos planos y espaciales

*istemas combinados o duales*istemas de muros

*istemas de piso*istemas continuos

5E35B6*+ Este sistema combina elementos tipo cercha donde la disposición de loselementos determina la estabilidad. 7ueden ser planas y espaciales

63-6/436*+ En este sistema se combinan elementos tipo cercha con elementostipo viga o columna unidos por articulaciones.


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-6351* 1 7C3251*+ Este sistema con$uga elementos tipo viga y columna. *uestabilidad est determinada por la capacidad de soportar momentos en susuniones. 7ueden ser planos y espaciales

**2E-6* /E 7*1*+ 5onsiste en una estructura plana conformada por la unión varioselementos &cscara, viga, cercha' de tal manera que soporte cargas perpendiculares a suplano. *e clasifican por la forma en que transmiten la carga a los apoyos en bidireccionales yunidireccionales.

**2E-6* /E -431*+ Es un sistema construido por la unión de muros endirecciones perpendiculares y presenta gran rigide% lateral. Este sistema es uno de

los mas usados en edificaciones en %onas s!smicas./1-1*, 5L1* : 269D4E*

**2E-6* 51-96/1* 7636 E/F56519E*+ *e aprovechan las cualidades

estructurales de los elementos tipo muro con las cualidades arquitectónicas de lossistemas de pórticos. Las caracter!sticas de rigide% lateral también se pueden lograrpor medio de riostras que traba$an como elementos tipo cercha.& ver figura'.


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**2E-6* -6*1*+ 7resas o elementos en G dimensiones

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