Análisis estructural

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UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABÍ

FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

TAREA 01

TEMA:

ANÁLISIS ESTRUCTURAL

ASIGNATURA:

ESTRUCTURA I

DOCENTE:

ING. GERY LORENZO MARCILLO MERINO

ESTUDIANTE:

GONZALES ARAUZ CARLOS JAVIER

SEMESTRE:

SEXTO SEMESTRE

PARALELO:

A1

FECHA DE ENTREGA:

MIÉRCOLES, 31 DE MAYO DEL 2023

PI-2023

JIPIJAPA-MANABÍ-ECUADOR

Introducción

Si hablamos de estructura, pero generalmente se refiere a la forma en que partes de un sistema u objeto desde una perspectiva de ingeniería, "estructura" se asocia con la construcción, por ejemplo, puentes, edificios, torres, presas, etc. Más concretamente, se adapta a las tipologías de los edificios modernos, por tanto, entendemos por estructura parte de un edificio que "soporta" todo, es decir, es capaz de resistir las diversas acciones que actúan sobre él (peso propio, sobrecargas de uso, viento, movimientos sísmicos, etc.). Por esta razón la mayoría de las estructuras actuales están diseñadas para soportar deformaciones linealmente, como es el caso de las estructuras metálicas, en las que el material se comporta de acuerdo con la ley de Hooke, también se supone que las estructuras de hormigón se deforman linealmente. Sin embargo, es posible que un elemento estructural recto que satisfaga la ley de Hooke se deforma cuando se somete a una carga lateral y una gran fuerza axial. Por lo tanto, será importante reconocer la diferencia fundamental entre estructuras estáticas e hiperestática, en la que las fuerzas en este último no se pueden obtener solo de las ecuaciones de equilibrio estático.

Resumen

Por lo tanto, 'Estructuras' se conoce como un campo o disciplina basado en la ingeniería, esto incluye el conjunto de conocimientos tecnocientíficos necesarios para las siguientes etapas del proceso de imaginar, diseñar y fabricar los sistemas estructurales requeridos para apoyar las actividades humanas.

A través de esto podemos tomar en cuenta los siguientes puntos a considerar en su análisis estructural:

Cargas que actúan sobre las estructuras

Las cargas estructurales son aquellas capaces de deformar un cuerpo o de modificar su estado de reposo o movimiento. Algunas de las estructuras que actúan sobre las estructuras son las cargas estáticas que se les llama así porque no presentan variaciones considerables con respecto al tiempo, o sea, su magnitud prácticamente no va a variar considerablemente, no para que la respuesta final sea variable. Lo que se obtiene como resultado en este caso, pues, de formaciones, esfuerzos, van a tener un único valor, y en estas encontramos lo que son las cargas muertas, vivas. Y después tenemos las cargas ambientales, esto depende del área geográfica en que se encuentra la estructura, por algo se llama ambientales, o sea, responden al ambiente en el que está y dentro de estas podemos encontrar el viento, la lluvia y la nieve. Y por último las cargas dinámicas, se llaman así porque estas si presentan variaciones considerables en su magnitud con respecto al tiempo parecidos que pueden ser rápidas. Entonces, entre estas tenemos, por ejemplo, la carga de impacto, las explosiones, equipos mecánicos, y la última, y quizá la más importante para el tema de la ingeniería civil, son las cargas por sismo.

Hipótesis del análisis estructural

Hipótesis sobre la geometría

• Desplazamientos pequeños: Se plantea que la geometría de la estructura no cambiará apreciablemente luego de una aplicación de cargas en este, es decir la geometría inicial se mantiene.

• Compatibilidad: Se trata de que se compatibiliza los desplazamientos de los extremos de los elementos o barras que concurren a un nudo con los desplazamientos del mismo, es decir, que el ángulo de giro en un tramo debe ser el mismo que del otro tramo.

Hipótesis sobre las cargas

• Equilibrio estático: Consiste que al aplicar una carga lentamente sobre una estructura, gradualmente desde cero hasta su valor inicial, de tal manera que la estructura quedará en reposo en su configuración deformada, es decir su desplazamiento no va a variar. Su estado final será reposo.
• Condiciones de contorno: Se refiere que, para poder realizar un análisis estructural, se necesita tener datos iniciales, si no se conocen los datos, los problemas no se podrían resolver.

Hipótesis sobre el material

• Homogeneidad: Quiere decir que las propiedades físico-mecánicas en todos los puntos de una estructura hecha por un mismo material van a ser las mismas.
• Rango elástico lineal: Lo importante es considerar un modulo de Young constante, es decir se debe tomar en cuenta solo en rango elástico lineal de los materiales.

Indeterminación cinemática (Grados de libertad)

Es el número de componentes de reacciones y fuerzas internas desconocidas que exceden el número de ecuaciones condicionales de equilibrio estático. Los grados de libertad son el número total de componentes de deflexión desconocidas de una junta libre. Estos dos conceptos se incluyen en el método de tal forma que ni el método blando ni el método rígido cambian su proceso y no se modifican según se determine o no la estructura. La incertidumbre o los grados de libertad determinan respectivamente el orden en que deben invertirse las matrices de flexibilidad y rigidez.

Grado de hiperestaticidad

Definimos:

• b: número total de barras
• n: número de nudos, incluye apoyos
• π: número total de restricciones en los apoyos
• e: ecuaciones especiales

Formulas:

• Para armaduras: [pic 2]
• Para pórticos con rotulas: [pic 3]
• Para pórticos continuos, sin rotulas: [pic 4]
• GH interno: [pic 5]
• GH total: [pic 6]
• GH externo: [pic 7]

Observaciones:

• Si GH=0, la estructura es Isostática
• Si GH>0, la estructura es Hiperestática
• Si GH<0, la estructura es Hipostática

Problemas

Problema 1: Determinar el grado de hiperestaticidad de la siguiente estructura e identificar qué tipo de estructura es.

Datos:    [pic 8]

    b = 3                     [pic 9]

    π = 4                     [pic 10]

    n = 4                       [pic 11]

    e = 2                      [pic 12]

Proceso algorítmico del problema 1:

Algoritmo Problema

        Escribir "Determinar el grado de hiperestaticidad e identificar que tipo de estructura es:"

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