principios basicos de dinamica estructural
TRANSCRIPT
-
7/23/2019 Principios basicos de dinamica estructural
1/10
CLASE 1: INTRODUCCIN A LA DINMICA DEESTRUCTURAS Y TIPO DE SOLICITACIONES
Profesor:LUIS AUGUSTO LARA VALENCIA
Medelln: Agosto 2014
Universidad Nacional de Colombia sede Medelln
Escuela de Ingeniera Civil
Postgrado en Estructuras
DINAMICA DE ESTRUCTURAS
-
7/23/2019 Principios basicos de dinamica estructural
2/10
INTRODUCCIN A LA DINMICA DE ESTRUCTURAS
La dinmica de estructuras tiene por objetivo determinar desplazamientos, velocidades y
aceleraciones de todos los elementos constituyentes de una estructura sometida a cargas
dinmicas.
Carga dinmica: Presenta variacin a lo largo del tiempo, en magnitud, direccin o
posicin; introduciendo en las estructuras aceleraciones, velocidades y desplazamientos queconsecuentemente generan fuerzas de inercia y de amortiguamiento.
La gran mayora de cargas que deben ser consideradas en obras civiles tienen naturaleza
dinmica, sin embargo, y para efectos prcticos, aquellas cargas que presentan pequeas
variaciones en el tiempo son tratadas como cargas estticas o casi-estticas.
-
7/23/2019 Principios basicos de dinamica estructural
3/10
INTRODUCCIN A LA DINMICA DE ESTRUCTURAS
Cargas dinmicas
en estructuras
Terremotos
Vientos
Explosiones
Movimiento de vehculos
Generadas por equipos (Turbinas, generadores, compresores,
etc.)
Considerando la forma en que varia la carga dinmica a lo largo del tiempo, esta puede ser
clasificada como:
Cargas cclicas o
peridicas
Se repiten idnticamente en intervalos de tiempo iguales. Cada intervalo de tiempo en que
el fenmeno se repite se denomina periodo (T)
-
7/23/2019 Principios basicos de dinamica estructural
4/10
INTRODUCCIN A LA DINMICA DE ESTRUCTURAS
Cargas armnicas
Son las cargas peridicas ms simples. Su variacin en el tiempo puede ser representada por
la funcin seno o coseno. Es caracterstica de maquinas rotativas como bombas centrifugas
y turbinas.
Cargas de impacto
Son cargas que presentan una duracin muy corta. Se clasifican tambin como cargas
transientes.
-
7/23/2019 Principios basicos de dinamica estructural
5/10
INTRODUCCIN A LA DINMICA DE ESTRUCTURAS
Cargas dinmicas
generales o
transientes
Son aquellas cargas que presentan una variacin arbitraria a lo largo del tiempo, sin ningn
tipo de periodicidad o patrn de comportamiento definido. Los terremotos y vientos hacen
parte de este tipo de cargas.
Es importante identificar que tanto conocimiento se tiene de las cargas dinmicas actuantes
en un determinado problema, es decir, cual es el origen de esas cargas. Las fuerzasdinmicas se clasifican como DETERMINISTICASsi ellas son especificadas como unafuncin bien definida en el dominio del tiempo (Funcin matemtica, tabla con valores de
carga y los tiempos en que estas actan, los grficos fuerza vs tiempo).
-
7/23/2019 Principios basicos de dinamica estructural
6/10
INTRODUCCIN A LA DINMICA DE ESTRUCTURAS
No obstante, existen situaciones en los que es imposible prever el valor instantneo de carga
en una estructura (Ej: Terremotos, olas y vientos) y a menudo los nicos datos disponibles
son descritos a travs de parmetros estadsticos como el valor medio y la densidad
espectral. La observacin de este tipo de fenmenos a lo largo de grandes periodos de
tiempo posibilita identificar una regularidad estadstica que permite obtener probabilidades
de que la carga dinmica asuma un determinado valor.
Estas cargas son conocidas como cargas ALEATORIAS o NO-DETERMINISTICAS.Por ejemplo, las cargas ocasionadas por terremotos son en realidad no-deterministicas
debido a que la distribucin de frecuencia de un registro de aceleracin para un posible
evento ssmico no se puede predecir con certeza, sino que puede ser estimado solamente de
manera probabilstica.
El curso de dinmica de estructuras que comenzamos se enfoca solamente al estudio de
cargas dinmicas deterministicas, con lo que los mtodos de anlisis y las repuestas
obtenidas sern tambin deterministicas.
-
7/23/2019 Principios basicos de dinamica estructural
7/10
INTRODUCCIN A LA DINMICA DE ESTRUCTURAS
MTODOS DE DISCRETIZACIN
Procedimiento de masas concentradas
En este procedimiento se asume que la masa de las estructuras se concentra en puntos
discretos, de esta manera el problema se simplifica considerablemente debido a que las
fuerzas inerciales se desarrollan en los puntos donde existe masa.
Modificado de Clough y Penzien, 2003
Modificado de Clough y Penzien, 2003
-
7/23/2019 Principios basicos de dinamica estructural
8/10
INTRODUCCIN A LA DINMICA DE ESTRUCTURAS
Desventaja: Es menos preciso que otros mtodos, sin embargo, esto se puede solucionar
aumentando el nmero de masas. Proceso que se utilizar en el curso.
El nmero de componentes de desplazamiento que son consideradas para representar elefecto de las fuerzas inerciales de la estructura se denomina como nmero de grados de
libertad dinmicos de la estructura.
Procedimiento de desplazamientos generalizados
En casos donde la masa del sistema es uniformemente distribuida se utiliza frecuentemente
un procedimiento alternativo denominado desplazamiento generalizado. Se asume que la
forma deflectada de la estructura puede ser expresada como la suma de una serie depatrones de desplazamiento, que a la larga no son otra cosa que las coordenadas de
desplazamiento de la estructura.
-
7/23/2019 Principios basicos de dinamica estructural
9/10
INTRODUCCIN A LA DINMICA DE ESTRUCTURAS
Modificado de Clough y Penzien, 2003
Entre ms trminos tenga la serie, mayor ser la precisin (Nmero infinito de grados de
libertad).
-
7/23/2019 Principios basicos de dinamica estructural
10/10
INTRODUCCIN A LA DINMICA DE ESTRUCTURAS
Mtodo de los elementos finitos
Este procedimiento combina en cierta manera los procedimientos de las masas concentradas
y de los desplazamientos generalizados, pues la estructura debe ser discretizada en un
conjunto de elementos con funcin de forma propia. Cada uno de estos elementos poseeruna funcin de interpolacin que se encarga de expresar el desplazamiento del elemento de
acuerdo a las condiciones de carga y de contorno impuestas en cualquier instante de tiempo.
Ventajas
Debido a que las funciones de interpolacin pueden ser las
mismas para todos los elementos, el costo computacional
puede reducirse notablemente.
Es un mtodo bastante eficiente.La precisin puede verse mejorada incrementando el nmero
de elementos seleccionados.
El proceso de solucin es relativamente simple.