📚 Libro: Análisis Estructural - Genner Villarreal Castro
ANÁLISIS ESTRUCTURAL [PDF]
Autor: Dr. Genner Villarreal Castro
Lima - Perú - 2009
PRESENTACIÓN
El Análisis Estructural, es una ciencia que se encarga de la elaboración de métodos de cálculo, para determinar la resistencia, rigidez, estabilidad, durabilidad y seguridad de las estructuras, obteniéndose los valores necesarios para un diseño económico y seguro. Como ciencia, el análisis estructural inició su desarrollo en la primera mitad del siglo XIX, con la activa construcción de puentes, vías ferroviarias, presas y naves industriales. La inexistencia de métodos de cálculo de tal tipo de estructuras, no permitió proyectar estructuras ligeras, económicas y seguras.
En el Análisis Estructural clásico, se analizan solamente sistemas de barras. Esto originó en cierto modo la aparición de nuevos cursos especiales de análisis estructural, donde se analizan otros tipos de sistemas estructurales. Es así, como surgió el “Análisis Estructural de Barcos”, “Análisis Estructural de Aviones”, donde se analizan placas y bóvedas y “Análisis Estructural de Cohetes”, que se orienta al cálculo de bóvedas simétricas. En estos cursos, se utilizan los métodos de la Teoría de Elasticidad, los cuales son más complejos que los métodos clásicos del Análisis Estructural.
En el Análisis Estructural se resuelven estructuras en el plano y en el espacio. Los problemas planos se resuelven en dos dimensiones y los espaciales en tres dimensiones. Generalmente, para el cálculo de estructuras espaciales se tiende a dividir en elementos planos, debido a que su cálculo es mucho más sencillo, pero no en todos los casos es posible dicha metodología. Esto se debe, a que la mayoría de los métodos principales y teoremas están enunciados y modelados para estructuras en el plano. En cambio, para el cálculo de estructuras espaciales, será necesario analizar grandes fórmulas y ecuaciones, lo que dificulta su metodología, pero en la actualidad, con el uso de la informática, esto es más sencillo, siendo muy importante la interpretación de los resultados.
Asimismo, el Análisis Estructural se divide en problemas lineales y no-lineales, distinguiéndose la no-linealidad geométrica y no-linealidad física. La no-linealidad geométrica surge cuando existen grandes desplazamientos y deformaciones de los elementos, lo que es característico en puentes de grandes luces y edificios altos. La no-linealidad física se produce cuando no existe una dependencia proporcional entre los esfuerzos y deformaciones, esto es, cuando se utilizan materiales inelásticos, lo que es característico en todas las construcciones. Cuando los esfuerzos son pequeños, la dependencia no-lineal física se puede reemplazar por una lineal.
También se distinguen los problemas estáticos y dinámicos. En estos últimos, se consideran las propiedades inerciales de las estructuras, expresados a través de derivadas respecto al tiempo. A estos, también, se pueden agregar los problemas relacionados con la viscosidad del material, el escurrimiento o flujo plástico y la resistencia durante el tiempo. De esta manera, existe el Análisis Estructural de sistemas fijos y movibles, que se estudian bajo los lineamientos de la Estabilidad Estructural, Dinámica Estructural y Teoría de Escurrimiento.
Una nueva línea de investigación del Análisis Estructural, es el estudio de sistemas con parámetros casuales, es decir, aquella magnitud que puede ser considerada con determinada probabilidad. El cálculo estructural probabilístico, se estudia en la Teoría de Seguridad y viene a ser parte integrante del Análisis Estructural.
Otra de las líneas de investigación del Análisis Estructural, es la interacción suelo-estructura, analizándose las construcciones con un nuevo enfoque integrador suelo-cimentación-superestructura, lo cual describe el trabajo real de las obras, considerándose al suelo como un semiespacio elástico, lo que influye en la redistribución de esfuerzos por toda la construcción. Esta línea de investigación usa los modelos matemáticos y físicos, teniendo aún un sinnúmero de espectros por resolver, que merecen un trabajo científico serio.
En el Análisis Estructural se calculan armaduras, vigas, pórticos, arcos, losas, placas, bóvedas, cúpulas, cascarones, reservorios, puentes, cables, estructuras sobre bases elásticas e inelásticas, membranas y otros.
CONTENIDO
CAPITULO 1. ARCOS TRIARTICULADOS
1.1. Análisis cinemático
1.2. Cálculo analítico
1.2.1. Metodología de cálculo
1.2.2. Cálculo de arco sin tirante
1.2.3. Cálculo de arco con tirante
1.3. Cálculo ante cargas movibles
1.3.1. Línea de influencia de las reacciones
1.3.2. Línea de influencia de las fuerzas internas
CAPITULO 2. ARMADURAS ISOSTATICAS
2.1. Análisis cinemático
2.2. Determinación de las reacciones en los apoyos
2.3. Barras nulas
2.4. Determinación de las fuerzas internas en las barras de la armadura
2.5. Cálculo analítico de armadura isostática
CAPITULO 3. METODO DE LAS FUERZAS
3.1. Grado de indeterminación del sistema
3.2. Elección del sistema principal
3.3. Sistema de ecuaciones canónicas
3.4. Diagramas finales de fuerzas internas
3.5. Comprobación cinemática del diagrama final de momento flector
3.6. Efecto de la variación de temperatura
3.7. Efecto de asentamiento o desplazamiento de apoyos
3.8. Pórticos simétricos
3.9. Cálculo analítico de pórticos planos
CAPITULO 4. VIGAS CONTINUAS
4.1. Ecuación de los tres momentos
4.2. Método de los momentos focales
4.3. Determinación de las fuerzas internas y reacciones en los apoyos
4.4. Determinación de las fuerzas de cálculo
4.5. Líneas de influencia
4.6. Determinación de las fuerzas internas con ayuda de las líneas de influencia
4.7. Cálculo analítico de viga continua
CAPITULO 5. ARMADURAS HIPERESTATICAS
5.1. Conceptos fundamentales
5.2. Cálculo analítico de armadura hiperestática
CAPITULO 6. METODO DE DESPLAZAMIENTOS
6.1. Sistema principal
6.2. Sistema de ecuaciones
6.3. Diagrama final de momento flector
6.4. Diagrama final de fuerza cortante
6.5. Diagrama final de fuerza axial
6.6. Particularidades del cálculo de pórticos simétricos
6.7. Cálculo de pórtico plano por la forma descompuesta
6.8. Cálculo de pórtico simétrico por la forma descompuesta
6.9. Cálculo de pórtico plano por la forma canónica
6.10. Cálculo de pórtico simétrico por la forma canónica
CAPITULO 7. VIGAS SOBRE BASES ELASTICAS
7.1. Dependencias fundamentales
7.2. Cálculo analítico de viga sobre base elástica
CAPITULO 8. ESTRUCTURAS DE PAREDES DELGADAS
8.1. Conceptos fundamentales
8.2. Características geométricas de la sección
8.3. Fuerzas y desplazamientos
8.4. Esfuerzos normal y tangencial
8.5. Condiciones de borde
8.6. Cálculo de viga de pared delgada
CAPITULO 9. ESTABILIDAD ESTRUCTURAL
9.1. Conceptos fundamentales
9.2. Estabilidad de barras
9.3. Suposiciones en el cálculo de estabilidad de pórticos
9.4. Fórmulas del método de desplazamientos para barras en flexo-compresión
9.5. Sistema de ecuaciones del método de desplazamientos
9.6. Ecuación de estabilidad de pórticos
9.7. Cálculo de estabilidad de pórticos no simétricos
9.8. Cálculo de estabilidad de pórticos simétricos
CAPITULO 10. DINAMICA ESTRUCTURAL
10.1. Conceptos fundamentales
10.2. Cálculo dinámico de pórtico plano
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Atentamente,
Admin de Hidro SM
