28/11/2023

ūüďö Libro: An√°lisis Estructural - Genner Villarreal Castro

Genner Villarreal Castro

AN√ĀLISIS ESTRUCTURAL [PDF]

Autor: Dr. Genner Villarreal Castro
Lima - Per√ļ - 2009

PRESENTACI√ďN

El An√°lisis Estructural, es una ciencia que se encarga de la elaboraci√≥n de m√©todos de c√°lculo, para determinar la resistencia, rigidez, estabilidad, durabilidad y seguridad de las estructuras, obteni√©ndose los valores necesarios para un dise√Īo econ√≥mico y seguro. Como ciencia, el an√°lisis estructural inici√≥ su desarrollo en la primera mitad del siglo XIX, con la activa construcci√≥n de puentes, v√≠as ferroviarias, presas y naves industriales. La inexistencia de m√©todos de c√°lculo de tal tipo de estructuras, no permiti√≥ proyectar estructuras ligeras, econ√≥micas y seguras.

En el An√°lisis Estructural cl√°sico, se analizan solamente sistemas de barras. Esto origin√≥ en cierto modo la aparici√≥n de nuevos cursos especiales de an√°lisis estructural, donde se analizan otros tipos de sistemas estructurales. Es as√≠, como surgi√≥ el “An√°lisis Estructural de Barcos”, “An√°lisis Estructural de Aviones”, donde se analizan placas y b√≥vedas y “An√°lisis Estructural de Cohetes”, que se orienta al c√°lculo de b√≥vedas sim√©tricas. En estos cursos, se utilizan los m√©todos de la Teor√≠a de Elasticidad, los cuales son m√°s complejos que los m√©todos cl√°sicos del An√°lisis 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 An√°lisis Estructural se divide en problemas lineales y no-lineales, distingui√©ndose la no-linealidad geom√©trica y no-linealidad f√≠sica. La no-linealidad geom√©trica surge cuando existen grandes desplazamientos y deformaciones de los elementos, lo que es caracter√≠stico en puentes de grandes luces y edificios altos. La no-linealidad f√≠sica se produce cuando no existe una dependencia proporcional entre los esfuerzos y deformaciones, esto es, cuando se utilizan materiales inel√°sticos, lo que es caracter√≠stico en todas las construcciones. Cuando los esfuerzos son peque√Īos, la dependencia no-lineal f√≠sica se puede reemplazar por una lineal.

Tambi√©n se distinguen los problemas est√°ticos y din√°micos. En estos √ļltimos, se consideran las propiedades inerciales de las estructuras, expresados a trav√©s de derivadas respecto al tiempo. A estos, tambi√©n, se pueden agregar los problemas relacionados con la viscosidad del material, el escurrimiento o flujo pl√°stico y la resistencia durante el tiempo. De esta manera, existe el An√°lisis Estructural de sistemas fijos y movibles, que se estudian bajo los lineamientos de la Estabilidad Estructural, Din√°mica Estructural y Teor√≠a 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 l√≠neas de investigaci√≥n del An√°lisis Estructural, es la interacci√≥n suelo-estructura, analiz√°ndose las construcciones con un nuevo enfoque integrador suelo-cimentaci√≥n-superestructura, lo cual describe el trabajo real de las obras, consider√°ndose al suelo como un semiespacio el√°stico, lo que influye en la redistribuci√≥n de esfuerzos por toda la construcci√≥n. Esta l√≠nea de investigaci√≥n usa los modelos matem√°ticos y f√≠sicos, teniendo a√ļn un sinn√ļmero de espectros por resolver, que merecen un trabajo cient√≠fico serio.

En el An√°lisis Estructural se calculan armaduras, vigas, p√≥rticos, arcos, losas, placas, b√≥vedas, c√ļpulas, cascarones, reservorios, puentes, cables, estructuras sobre bases el√°sticas e inel√°sticas, membranas y otros.

CONTENIDO

CAPITULO 1. ARCOS TRIARTICULADOS
1.1. An√°lisis cinem√°tico 
1.2. Cálculo analítico
1.2.1. Metodología de cálculo
1.2.2. C√°lculo de arco sin tirante 
1.2.3. C√°lculo de arco con tirante 
1.3. C√°lculo ante cargas movibles 
1.3.1. L√≠nea de influencia de las reacciones 
1.3.2. L√≠nea de influencia de las fuerzas internas 

CAPITULO 2. ARMADURAS ISOSTATICAS
2.1. An√°lisis cinem√°tico
2.2. Determinaci√≥n de las reacciones en los apoyos 
2.3. Barras nulas 
2.4. Determinaci√≥n de las fuerzas internas en las barras de la armadura 
2.5. C√°lculo anal√≠tico de armadura isost√°tica 

CAPITULO 3. METODO DE LAS FUERZAS
3.1. Grado de indeterminación del sistema
3.2. Elecci√≥n del sistema principal 
3.3. Sistema de ecuaciones canónicas
3.4. Diagramas finales de fuerzas internas
3.5. Comprobaci√≥n cinem√°tica del diagrama final de momento flector 
3.6. Efecto de la variaci√≥n de temperatura 
3.7. Efecto de asentamiento o desplazamiento de apoyos 
3.8. P√≥rticos sim√©tricos 
3.9. Cálculo analítico de pórticos planos

CAPITULO 4. VIGAS CONTINUAS
4.1. Ecuación de los tres momentos
4.2. M√©todo de los momentos focales 
4.3. Determinaci√≥n de las fuerzas internas y reacciones en los apoyos 
4.4. Determinaci√≥n de las fuerzas de c√°lculo 
4.5. Líneas de influencia
4.6. Determinación de las fuerzas internas con ayuda de las líneas de influencia
4.7. C√°lculo anal√≠tico 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 c√°lculo de p√≥rticos sim√©tricos 
6.7. C√°lculo de p√≥rtico 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. C√°lculo de p√≥rtico sim√©trico por la forma can√≥nica 

CAPITULO 7. VIGAS SOBRE BASES ELASTICAS
7.1. Dependencias fundamentales 
7.2. C√°lculo anal√≠tico de viga sobre base el√°stica 

CAPITULO 8. ESTRUCTURAS DE PAREDES DELGADAS
8.1. Conceptos fundamentales 
8.2. Caracter√≠sticas geom√©tricas de la secci√≥n 
8.3. Fuerzas y desplazamientos 
8.4. Esfuerzos normal y tangencial 
8.5. Condiciones de borde
8.6. C√°lculo de viga de pared delgada 

CAPITULO 9. ESTABILIDAD ESTRUCTURAL
9.1. Conceptos fundamentales 
9.2. Estabilidad de barras 
9.3. Suposiciones en el c√°lculo de estabilidad de p√≥rticos 
9.4. F√≥rmulas del m√©todo de desplazamientos para barras en flexo-compresi√≥n 
9.5. Sistema de ecuaciones del m√©todo de desplazamientos 
9.6. Ecuaci√≥n de estabilidad de p√≥rticos 
9.7. C√°lculo de estabilidad de p√≥rticos no sim√©tricos 
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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