Análisis estructural básico

Apuntes de clase

Martín Estrada, Mejía

• Publisher: Universidad Piloto de Colombia
• Year: 2017
• eBook ISBN: 9789588957586

Para la formación de ingenieros civiles, un curso sobre el análisis mecánico de las estructuras es la conexión entre la mecánica de cuerpos sólidos con el mundo de la construcción de edificaciones e infraestructuras. Este libro permite a los estudiantes aprender un tema fundamental para su formación como ingenieros, al tiempo que van a desarrollar sus habilidades para resolver problemas con una visión crítica y abierta. Este libro se escribió pensando en generar un material de apoyo para los cursos de análisis y mecánica de las estructuras. En la primera parte, el libro muestra las generalidades sobre la mecánica de las estructuras, allí el lector encontrará una clasificación de elementos, estructuras y sistemas estructurales con las que podrá manejar los términos relativos al tema con facilidad. En seguida se dedican algunas secciones al cálculo de cargas, según lo establecido en la Norma de Construcción Sismoresistente Colombiana, con el fin de familiarizar al estudiante con la normativa vigente de construcción en el país. Además, el texto presenta algunos de los conceptos básicos sobre el análisis estructural. Los temas se exponen gradualmente en la medida que se introducen conceptos nuevos y metodologías más avanzadas, precisas y complejas. El estudiante aprenderá primero sobre el análisis estructural de elementos aislados estáticamente determinados e indeterminados con diferentes métodos. Se presentan métodos de energía con los cuales se puede lograr gran precisión en los resultados. Y, finalmente, se termina con una explicación sobre el análisis matricial de estructuras reticulares estáticamente indeterminadas para anticipar los temas que el estudiante verá en los cursos de análisis avanzado de estructuras.

Capítulo 1

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Generalidades

El estudio de las estructuras ha tenido una estrecha relación con el mundo de las ciencias. Es evidente la importancia de que los ingenieros dediquen un largo tiempo a investigar y analizar cuidadosamente el comportamiento de las estructuras. De esta manera podemos establecer la relación entre la forma, los materiales y las condiciones de modo que las construcciones aseguran su permanencia y estabilidad. Por ejemplo, un puente no debe caerse y los edificios deben mantenerse habitables.

Las estructuras están tan vinculadas a nuestras vidas que, con pocos minutos de reflexión, es posible darse cuenta de que todo lo que vemos y manipulamos día a día es de alguna manera una estructura: todas las plantas, los animales, las viviendas, los muebles, y casi todo lo que fabrica el hombre debe soportar fuerzas sin romperse. De allí que casi todo lo que existe se pueda considerar como una estructura y, por lo tanto, un estudioso de las estructuras no debe preguntarse únicamente por qué los puentes y los edificios no se caen, sino también: ¿por qué los árboles tienen esas formas?, ¿por qué es tan grande el cráneo de un pájaro carpintero?, ¿cómo funcionan los tendones?, ¿por qué la sangre no se sale de las venas?, ¿por qué los huesos son tan resistentes?, ¿por qué la madera tiene astillas? o ¿por qué todos los organismos biológicos tienen una membrana que los envuelve? (Gordon, 1999).

Naturalmente, llegar a entender con profundidad el funcionamiento mecánico de todo es una tarea casi infinita, así que nos limitaremos a comenzar con el estudio de las estructuras creadas por el hombre. Para ello comencemos por la definición de ‘estructura’. Dicha palabra viene del latín structũra y se refiere a la disposición y orden de las partes dentro de un todo (Cervera & Blanco, 2002), sin embargo, en lo que se refiere al área de la ingeniería y la mecánica esa definición no es muy precisa. Ademas, existen otras definiciones para esta palabra. Aunque todas ellas están relacionadas, pero algunas son imprecisas, otras son confusas y otras simplemente se refieren a las estructuras de otras áreas del conocimiento.

Un proyecto de construcción se puede dividir en las etapas de planificación, análisis, diseño y construcción. Cada una de estas etapas tiene aspectos importantes que deben tenerse en cuenta, como se especifica en la Tabla 1.1.

Tabla 1.1 Aspectos importantes de las etapas de un proyecto de construcción en Ingeniería Civil

El análisis estructural es una etapa de suma importancia y cuidado en la ejecución de un proyecto de construcción, pero es preciso recordar que todas las etapas necesarias para crear una estructura son importantes y necesarias.

¿Qué es el análisis estructural?

Así como el de estructura, el concepto de 'análisis estructural' ha sido definido de varias maneras. La mayoría de estas definiciones no son de gran ayuda para el estudio de las estructuras en la Ingeniería Civil, puesto que en muchas áreas del conocimiento existe este concepto. En esta ocasión, se optó por crear una propia definición, la cual se encuentra a continuación:

1.1 Tipos de elementos, estructuras y sistemas estructurales

Las estructuras y sistemas estructurales se pueden clasificar de muchas maneras según su tamaño, forma y material, entre otros. A continuación, se presenta una clasificación por tipos de elementos estructurales, estructuras, sistemas estructurales y sistemas de entrepisos con la intención de reconocer los diferentes términos que se utilizan en un proyecto de construcción y específicamente en la etapa de análisis.

1.1.1 Tipos de elementos estructurales

Los elementos estructurales se pueden clasificar por la forma geométrica. Los elementos tipo barra son aquellos que tienen una dimensión mucho mayor que las otras dos, es decir, que se pueden representar con una línea en el espacio más las carac...

Table of contents

• Capítulo 1
• Capítulo 2
• Capítulo 3
• Capítulo 4
• Capítulo 5
• Bibliografía