Analisis Estructural

PROYECTO DE ESTRUCTURAS 2003-2004

ANALISIS ESTRUCTURAL

INTRODUCCION

LECCIONES 1 a 8

INTRODUCCIÓN

BORO BORCHA VILA – PROFESOR TITULAR DAVID GALLARDO LLOPIS – PROFESOR TITULAR

PROYECTO DE ESTRUCTURAS 2003-2004

Es nuestra intención, orientar al alumno, que lo precise, sobre los conceptos

estructurales básicos que debe; recordar, ordenar, o en su caso, estudiar,

para poder acometer con soltura y seguridad el proceso de Análisis y Diseño de

Estructuras.

Para ello presentamos, en forma de lecciones, una serie de conceptos que

consideramos imprescindibles, o más bien básicos, para sedimentar los

conocimientos estudiados en años anteriores y poder abordar el estudio de

cualquier tema no contemplado en los temarios estudiados.

El contenido de estas lecciones, ya ha sido expuesto en cursos anteriores, por lo

que no pretendemos exponer los temas, exhaustiva y repetitivamente, sino con una

visión de recuerdo, síntesis y ordenación de los conocimientos que, por otra parte,

se suponen ya adquiridos, insistiendo, como ya se ha mencionado en los Conceptos

Estructurales Básicos que constituyen el objetivo fundamental que nos ocupa.

Para el mejor seguimiento de las clases teóricas, se presentan guiones, de cada una

de las lecciones, con referencias bibliográficas, de las fuentes a utilizar por el

alumno en el estudio de los temas.

Recomendamos, porque no nos atrevemos a exigir, la lectura y estudio de tres

publicaciones que presentamos:

“RAZÓN Y SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALES”

Eduardo Torroja.

Instituto E. Torroja de la Construcción y el Cemento. Madrid.

“ PLATEAMIENTO GENERAL DE PROBLEMA.

En la literatura técnica de la construcción se encuentran cientos de

obras, de carácter teórico, sobre el cálculo de sus estructuras; muy

pocas sobre las condiciones generales de sus diferentes tipos, sobre las

razones fundamentales que los determinan, sobre las bases que han de

orientar el problema de su elección y las ideas rectoras que guían al

proyectista en su trabajo inicial, siguiendo principios que, poco a poco,

han ido asimilando su mente, pero en los que rara vez se para a

reflexionar. ......

...... Las teorías rara vez dan más que una comprobación de la bondad

o del desacierto de las fórmulas y proporciones que se imaginan para la

obra. Están han de surgir primero de un fondo intuitivo de los

fenómenos, que ha quedado como un poso íntimo de estudios y

experiencias a lo largo de la vida profesional. De esto y sólo de esto se

pretende tratar ahora.

El cálculo no es más que una herramienta para prever si las formas y

dimensiones de una construcción, simplemente imaginada o ya

realizada, son aptas para soportar las cargas a que ha de estar

sometida. No es más que la técnica operatoria que permite el paso de

unas concepciones abstractas de los fenómenos resistentes a los

resultados numéricos y concretos de cada caso o grupo especial de

ellos. El asombroso avance, que en las teorías mecánicas de las

estructuras o elementos sustentantes de las construcciones han

producido los siglos XIX y XX, hace menospreciar excesivamente el

estudio ontológico de la morfología resistente. Todo proyectista que

descuide el conocimiento de sus principios, está expuesto a graves

fracasos; y el caso es que en las escuelas hay tanto que aprender que

rara vez queda tiempo para pensar.

Para acertar en la concepción y traza de las estructuras, y aun de las

construcciones en general, es necesario meditar y conocer bien las

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causas profundas, la razón de ser, de su mayor o menor aptitud

resistente; y se trata de enfocar, ahora, la cuestión, prescindiendo de

todo lo accesorio y, en especial, de todo lo que representa un proceso o

un valor numérico; se trata de considerar el problema desde puntos de

vista más generales y cualitativos. Porque es absurdo descender a la

concreción cuantitativa sin la seguridad de tener encajado el conjunto

en sus acertados dominios. Es un error demasiado corriente empezar a

calcular la viga número 1 sin haber antes meditado si la construcción

debe llevar vigas o no.

El empeño es audaz, porque, como decía Confuncio, tan inútil es

aprender sin meditar, como es peligroso pensar sin antes haber

aprendido de otros......

...... Las obras no se construyen para que resistan. Se construyen para

alguna otra finalidad o función que lleva, como consecuencia esencial, el

que la construcción mantenga su forma y condiciones a lo largo del

tiempo. Su resistencia es una condición fundamental; pero, no es la

finalidad única, ni siquiera la finalidad primaria.

Para lo que aquí interesa, las finalidades funcionales primarias podrían

agruparse en la siguiente forma:

1º. Aislar un determinado volumen del exterior. O sea, defender ese

volumen de los agentes naturales exteriores: viento, lluvia, nieve,

ruidos, temperaturas, vistas de otras personas, etc., Desde el punto de

vista estructural suelen distinguirse, en este grupo, los muros de cierre y

las cubiertas.

2º. Sostener cargas fijas o móviles. Es decir, pontear o establecer una

plataforma que permita el paso de personas, vehículos, etc. Son, de una

parte, los pisos de los edificios, y de otra, los puentes viaductos,

pasarelas, etc.

3º. Contener empujes horizontales o establecer un paramento, que

soporte los empujes de tierras, aguas u otros materiales líquidos, áridos

o materias análogas. Son presas, paredes de depósitos y silos, muros de

contención, diques de abrigo, etc. ......

...... Existen, pues, unas condiciones imprescriptibles, otras puramente

accesorias o de conveniencia, y unas intermedias absolutamente

necesarias cualitativamente, pero que admiten, en lo cuantitativo, un

margen mayor o menor. Por un puente colgante, sin viga de rigidez,

podrá ser posible el paso como en un tobogán, pero, nadie admitiría

esta solución; sin embargo, una pequeña flecha es bien aceptable.

Hasta dónde se acepta la elasticidad del sistema es punto difícil de

concretar y está sujeto a opiniones puramente subjetivas. ......

...... Porque no basta que su resistencia aleje el peligro de rotura. Es

necesario también que la construcción sea estable e inmóvil. Una obra

puede caerse o volcar sin romperse –que se rompa o no al llegar al suelo

es secundario -, puede deslizar sobre el cimiento, o acomodarse al

movimiento de las olas como un barco. Las construcciones que se van a

tratar aquí, no deben admitir semejantes movimientos ni resultar

deformables como un trampolín. Quizá, en lugar de hablar de una

función resistente, sería, pues, mejor hablar, con más generalidad, de

una función estática.

La función estática es siempre esencial; porque si una cosa, para

cumplir su finalidad, no necesita ser resistente y estable, no se la llama

construcción; o no entra en las que aquí interesan. ......

...... Pero, no debe olvidarse que, alrededor del fenómeno de resistencia

tensional interna, se presenten multitud de variantes, cada una de las

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cuales requiere, del material, una propiedad específica diferente. En

unos casos, se requiere resistencia superficial a la abrasión –como en un

piso -, porque ha de estar sometida a un cierto tipo de desgaste; en

otros, se exige una cierto tipo de desgaste; en otros, se exige una cierta

dureza, etc. Pero conviene dejar, para más adelante, la discriminación

del tema, porque es largo y requiere capítulo aparte. ......

..... Conviene, pues, solamente recordar –para no volver sobre ello -.

Que en la economía total de un tipo de construcción o de un elemento,

pueden influir factores tan variados como: el clima, la superficie y

densidad de población nacional, la facilidad de sus transportes, la

industrialización del país, la capacitación del personal obrero, el

volumen de elementos análogos en otras obras simultáneas o que se

han de realizar en un futuro próximo, etc., etc.

Unido o en pugna con la condición económica, se presenta el plazo de

construcción. Toda obra, en una región y una época determinadas, tiene

una marcha de ejecución que es la más económica o de menor costo

directo. Pero, hay que tener en cuenta otras razones que pueden hacer

conveniente alterar esta marcha, incluso por razones económicas,

cuando el problema se enfoca en su conjunto; y, como consecuencia de

ello, puede incluso cambiar el tipo estructural que convenga

elegir. ......

...... En resumen: cada construcción tiene su finalidad y sus

características propias; tiene, en consecuencia, unas condiciones

resistentes que cumplir; tiene unas exigencias

...