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4.2.2. De ingenieria Civil.

Es uno de los pasos más importantes en el análisis estructural es la formulación de un modelo de la estructura real. Consiste en idealizar las características de la estructura en referencia a su forma geométrica, sus conexiones, sus apoyos. Otras idealizaciones y simplificaciones se refieren al comportamiento del material. Luego se aplicarán al modelo los procedimientos del análisis para determinar las fuerzas y desplazamientos desconocidos.

Figura A

Figura B Figura A. El proceso de idealización. El sistema físico, el techo de cercha, es idealizado directamente con un modelo matemático: un ensamblaje de elementos articulados en la Fig. B Esta estructura se usa frecuentemente, para crear espacios abiertos sin columnas interiores. La cercha generalmente esta construida en acero. Las barras pueden tener cambios en la forma y en el área de su sección transversal. Para analizar la estructura, se construye primero un diagrama de líneas. Ellas siguen generalmente el centroide de la sección transversal de cada uno de los elementos. El momento de inercia y el área, son las propiedades importantes para el análisis de la cercha. En algunas estructuras como los pórticos, estas propiedades pueden cambiar en un elemento acartelado, o sea cuando el peralte o altura de la sección varía a lo largo de la longitud. Una vez construido el diagrama de líneas, es necesario idealizar las uniones de los elementos e idealizar los apoyos.

Las uniones, También llamadas nudos o conexiones pueden ser articuladas o rígidas. En los códigos de diseño de acero estructural se reconoce un tercer tipo de conexión, denominada conexión semirrígida. Las conexiones articuladas tienen la característica de conectar dos o más elementos de una estructura que después de estar sometidos a cargas giran ángulos diferentes en direcciones diferentes, como se ve en los elementos que llegan al nudo central del cordón inferior de la cercha de las figuras C y D . Por lo tanto son capaces de trasmitir fuerzas , pero no momentos entre los elementos conectados. Físicamente la conexiones articuladas pueden ser pasadores, remaches, chapas de cartela o soldadura, y se diseñan con los ejes centroidales concurrentes en un punto, Fig. E. Se suelen representar por pequeños círculos en las intersecciones de los elementos del diagrama de líneas.

Figura C

Figura D

Figura E Barras conectadas a una chapa de cartela Las conexiones rígidas conectan elementos de estructuras que al ser deformadas por las cargas aplicadas, de tal manera que se deforman el mismo ángulo y en la misma dirección, o sea que se conservan los mismos ángulos entre los elementos, después de que la estructura se ha deformado bajo la acción de las cargas y son capaces de trasmitir fuerzas y momentos entre ellos. Se representan por puntos en las intersecciones de los elementos. Ver Fig. F

Figura F Los apoyos también tienen sus representaciones simbólicas para las estructuras planas. Se idealizan como apoyos fijos, que no permiten movimiento alguno; apoyos articulados, que impiden la traslación pero permiten la rotación y los apoyos de rodillo, o de eslabón, los cuales pueden impedir la translación en una dirección. Los métodos de análisis desarrollados en este curso virtual, son aplicables a los sistemas estructurales, que están formados por el ensamblaje de elementos individuales. Los elementos individuales los podemos clasificar en tres categorías, considerando su forma geométrica. ELEMENTOS LINEALES Son elementos rectos o curvos, donde una dimensión, la longitud, predomina sobre las otras dos. En cada elemento podemos distinguir su eje centroidal y la sección transversal recta. Ejemplos de estos elementos son la viga, la columna, el arco. Ensamblando estos con conexiones articuladas o rígidas, podemos construir cerchas, pórticos y parrillas en dos y tres dimensiones. Al ensamblaje total se le llama estructura reticular o esqueletal y es utilizado ampliamente en puentes, edificios, torres de transmisión e iluminación, aviones y naves espaciales. De estas estructuras trataremos en este curso. ELEMENTOS BIDIMENSIONALES Son elementos curvos o rectos, para los cuales dos dimensiones son más importantes que su espesor. Estos elementos estructurales son continuos como por ejemplo las placas, los domos, cascarones y los tanques de almacenamiento en general conocidos como estructuras laminares. ELEMENTOS TRIDIMENSIONALES Son aquellos cuyas dimensiones son del mismo orden, como los muros de contención, las presas y los bloques. Las cargas suelen modelarse de acuerdo al espacio que ocupan como cargas puntuales concentradas, como la acción de la rueda de un camión sobre la cubierta de un puente, cargas distribuídas lineales, expresada como fuerza por unidad de longitud, como el peso de una pared divisoria que actúa sobre una viga de apoyo y cargas distribuídas superficiales que se dan como fuerza por unidad de área de por ejemplo un sistema de

piso para un salón de clases, de una biblioteca o de una bodega. Una vez elegida la estructura, se determinan las cargas que le serán aplicadas mientras ella este sirviendo a la finalidad para la cual fue diseñada durante su vida útil. Existen para ello códigos y normas con la distribución mínima de cargas, sin embargo son el juicio y la experiencia del ingeniero los que darán la magnitud final, pues es el responsable de la seguridad de la estructura. Las cargas se suelen agrupar según su naturaleza, en tres clases: 1) cargas muertas debidas al peso propio del sistema estructural y de los elementos sujetos a él de manera permanente. En el caso de un puente de carretera, la carga muerta la constituyen las vigas, los pórticos principales, las vigas de piso y largueros del sistema de tablero, las losas de calzada, los sardineles, las aceras, barandillas y postes de iluminación y otro equipamento; 2) cargas vivas, que pueden ser movibles, aquellas que se pueden cambiar de posición y las móviles, las que se mueven por su propia energía como los vehículos, y 3) las cargas ambientales, las causadas por efectos del ambiente, como el viento, la nieve, los cambios de temperatura y los temblores de tierra. Tabla 1. Pesos unitarios de los materiales de construcción Material

Densidad

Material

Densidad

Acero

7800 kgf/m3

Madera laminada

600 kgf/m3

Aluminio

2700 kgf/m3

Tierra: arcilla y grava

1600 kgf/m3

Concreto Reforzado

2400 kgf/m3

Vidrio

2560 kgf/m3

Ladrillo

1800 kgf/m3

Yeso, tablero muros 800 kgf/m3

Una vez definidas las cargas de diseño que actuarán en un sistema estructural, el ingeniero debe considerar las posibles combinaciones de cargas que podrían actuar sobre ella en un momento dado de manera simultánea, para resistir la más desfavorable de todas las combinaciones. Es improbable por ejemplo que un temblor de tierra y las cargas máximas de viento se presenten simultáneamente.

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http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/medellin/3003174/lecciones/capitulo1/leccion2.html http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/medellin/3003174/lecciones/capitulo1/leccion3.html http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/medellin/3003174/lecciones/capitulo1/leccion4.html

Universidad Nacional de Colombia, ANALISIS ESTRUCTURAL I, Colombia 2004, Pags. 4.