Análisis estructural básico: Apuntes de clase

Por Martín Estrada Mejía

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.

• Idioma: Español
• Editorial: Universidad Piloto de Colombia
• Fecha de lanzamiento: 31 ago 2017
• ISBN: 9789588957586

Vista previa del libro

CubiertaAnalisiscubierta.jpg

Universidad Piloto de Colombia

---

Presidente

José María Cifuentes Páez

Rectora

Patricia Piedrahíta Castillo

Director de Publicaciones y Comunicación Gráfica

Rodrigo Lobo-Guerrero Sarmiento

Director de Investigaciones

Mauricio Hernández Tascón

Coordinador General de Publicaciones

Diego Ramírez Bernal

Decana del Programa de Ingeniería Civil

Myriam Jeannette Bermudez Rojas

© Análisis estructural básico

Apuntes de clase

---

Autor

Martín Estrada Mejía

ISBN

978-958-8957-46-3

Primera edición 2016 

Bogotá, Colombia

Diseño de portada y diagramación

Daniela Martínez Díaz

Departamento de Publicaciones y Comunicación Gráfica de

la Universidad Piloto de Colombia

Fotografía portada 

Construction site

Tomada de http://www.freeimages.com/photo/construction-site-1209741

Autor: Herman Brinkman

Impresión 

Digiprint editores s.a.s

La obra literaria publicada expresa exclusivamente la opinión de sus respectivos autores, de manera que no representan el pensamiento de la Universidad Piloto de Colombia. Cada uno de los autores, suscribió con la Universidad una autorización o contrato de cesión de derechos y una carta de originalidad sobre su aporte, por tanto, los autores asumen la responsabilidad sobre el contenido de esta publicación.

Estrada Mejía, Martín

Análisis estructural básico : apuntes de clase / Martín

Estrada Mejía Bogotá : Universidad Piloto de Colombia, 2016

124 páginas : ilustraciones, tablas

Incluye bibliografía

ISBN: 9789588957463

1.    DISEÑOS DE ESTUCTURAS

2.    TEORIA DE ESTRUCTURAS

CDD 624.171

---

Contenido

1    Generalidades

1.1 Tipos de elementos, estructuras y sistemas estructurales

1.2 Idealización, apoyos y estabilidad

1.3 Principio de la superposición

1.4 Cargas

2    Métodos aproximados de análisis

2.1 Cerchas o armaduras

2.2 Método de las rótulas

2.3 Método del portal

3    Deflexión en vigas

3.1 Convención de signos

3.2 Ecuación de la curva elástica

3.3 Método de la doble integración

3.4 Método de la viga conjugada

4    Trabajo y Energía

4.1 Introducción

4.2 Trabajo

4.3 Energía interna por deformación

5    Método de la rigidez

5.1 Conceptos básicos del análisis estructural

5.2 Descripción del método

5.3 Formulación de las matrices de rigidez para elementos estructurales

5.4 Implementación computacional simplificada del método de la rigidez

---

Lista de figuras

1.1 Sección transversal de elementos que trabajan principalmente a tensión

1.2 Tipos de vigas que trabajan a flexión y cortante

1.3 Tipos de columnas que trabajan a compresión

1.4 Ejemplos de estructuras reticulares: (a) y (b) corresponden a elementos que trabajan exclusivamente a tensión o compresión y (c) flexo-tensión o flexo-compresión

1.5 Ejemplo de estructura maciza: muros

1.6 Ejemplos de estructuras superficiales

1.7 Ejemplo de un sistema estructural de pórticos resistentes a momentos

1.8 Ejemplos de sistemas estructurales de muros de carga

1.9 Ejemplos de sistemas estructurales combinados

1.10 Ejemplo esquemático de la idealización de una estructura

1.11 Geometría global de una edificación plana

1.12 Representación idealizada de apoyos superficiales

1.13 Representación idealizada de apoyos profundos

1.14 Representación idealizada de algunas conexiones con elementos de acero

1.15 Representación idealizada de algunas conexiones con elementos de concreto reforzado

1.16 Idealización de viguetas de entrepiso

1.17 Ejemplo de acelerograma del movimiento de la corteza terrestre

1.18 Espectros de aceleración

1.19 Espectro de aceleraciones de diseño

2.1 Ejemplo de cercha o armadura

2.2 Idealización o sistema equivalente a la cercha

2.3 Idealización o sistemas equivalentes según el método de las rótulas

2.4 Idealización o sistemas equivalentes según el método del portal

3.1 Convención de signos para fuerza axial, cortante y momento flector

3.2 Estado deformado de un tramo de viga sometido a flexión

3.3 Diferencial de viga sometido a flexión

3.4 Condiciones de apoyo y continuidad entre viga real y conjugada

4.1 Deformación de un elemento diferencial dx debida a la acción interna axial, cortante, flexión y torsión

5.1 Elemento tipo resorte elástico

5.2 Elemento prismático con carga axial

5.3 Elemento tipo cercha plana

5.4 Elemento tipo cercha plana con sistemas coordenados globales diferentes en sus dos nudos

5.5 Elemento tipo pórtico plano

5.6 Elemento tipo pórtico plano en la condición de desplazamiento 1

5.7 Elemento tipo pórtico plano en la condición de desplazamiento 4

5.8 Elemento tipo pórtico plano en la condición de desplazamiento 2

5.9 Casos de carga para la condición de desplazamiento 2 de un elemento tipo pórtico plano

5.10 Elemento tipo pórtico plano en la tercera condición de desplazamiento

5.11 Casos de carga para la condición de desplazamiento tres de un elemento tipo pórtico plano

5.12 Elemento tipo pórtico plano en la condición de desplazamiento cinco

5.13 Casos de carga para la condición de desplazamiento cinco de un elemento tipo pórtico plano

5.14 Elemento tipo pórtico plano en la condición de desplazamiento seis

5.15 Casos de carga para la condición de desplazamiento seis de un elemento tipo pórtico plano

5.16 Elemento prismático con momento torsor

5.17 Elemento sometido torsión en la condición de desplazamiento uno

5.18 Elemento sometido torsión en la condición de desplazamiento 2

---

Lista de tablas

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

1.2 Propiedades geométricas de áreas

1.3 Tipos de apoyos por sus grados de libertad

1.4 Grado de indeterminación de una estructura

1.5 Tipos de cargas en estructuras

1.6 Cargas vivas por uso de la edificación

1.7 Grupos de uso de la edificación y coeficiente de importancia

1.8 Valores de amenaza sísmica para ciudades capitales de Colombia

1.9 Clasificación de los perfiles de suelo

1.10 Coeficiente de suelo Fa

1.11 Coeficiente de suelo Fv

3.1 Rotación de la sección transversal y deflexión de vigas en voladizo y simplemente apoyadas bajo casos de carga típicos

5.1 Coordenadas de los nudos de la estructura

5.2 Conectividad de los elementos

5.3 Tipo de elemento

5.4 Propiedades de los elementos

5.5 Fuerzas de nodales

5.6 Fuerzas de empotramiento (condición de desplazamiento 0)

Capítulo 1

---

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