Estructura y Diseño Estructural

Contenido del Material

• El material cubre temas relacionados con la estructura, incluyendo el diseño estructural, las etapas del diseño estructural, el análisis estructural, las etapas del análisis estructural y los elementos estructurales.

Estructura

• Una estructura consiste en partes conectadas para soportar una carga.
• Ejemplos de estructuras incluyen edificios, puentes, torres, tanques y presas.

Diseño Estructural

• El diseño estructural es un proceso para definir la geometría y dimensiones de una estructura.
• La estructura debe cumplir una función específica con un grado de seguridad razonable.
• Debe tener un comportamiento adecuado bajo condiciones normales de servicio.
• Debe satisfacer requisitos como costos económicos y exigencias estéticas.
• El diseño no tiene una solución única, pero sí una solución razonable.

Etapas del Diseño Estructural

• Estructuración: Se elige el material, se conocen sus propiedades mecánicas y se ubican los elementos estructurales.
• Análisis: Se determinan las fuerzas internas generadas por fuerzas externas.
• Dimensionamiento: Se calculan las medidas de los elementos estructurales, basándose en regulaciones vigentes.
• Detallado: Se comunica al constructor cómo debe ser la estructura mediante planos y especificaciones.

Análisis Estructural

• El análisis estructural determina la respuesta de la estructura ante cargas o desplazamientos.
• Se calcula las fuerzas internas en cualquier punto de la estructura.
• Pasos para el análisis:
  • Modelar la estructura
  • Determinar las acciones que afectan la estructura
  • Elegir un método de análisis

Modelar la Estructura (Análisis Estructural)

• Idealización de la estructura real en un modelo teórico factible de analizar.
• Incluye suposiciones sobre propiedades geométricas de las secciones.
• Idealización implica simplificación del sistema físico en un modelo matemático.
• Las suposiciones pueden refinarse con nuevos resultados de análisis.
• Se presentan diferentes ejemplos de idealizaciones, mostrando diferentes modelos matemáticos, destacando el concepto de nodo y elemento.

Tipos de Acciones

• Permanentes: Acciones que actúan constantemente sobre la estructura y su intensidad cambia poco con el tiempo. Ejemplos incluyen la carga muerta, empuje del suelo o líquidos y deformaciones o desplazamientos.
• Variables: Acciones que cambian significativamente con el tiempo. Ejemplos incluyen la carga viva, efectos de la temperatura, deformaciones impuestas y movimientos diferenciales.
• Accidentales: Acciones imprevistas de corta duración, como terremotos, cargas de granizo, explosiones o incendios.

Tipos de Cargas

• Puntuales (o concentradas): Se aplican en un punto o área pequeña del elemento estructural.
• Distribuidas (o repartidas): Se aplican a lo largo del elemento estructural o parte de él.
• Ejemplos visuales de diferentes tipos de cargas y cómo se transfieren a través de elementos estructurales. Se muestran diagramas que representan las cargas actuando sobre una estructura.

Elementos Estructurales

• Tirantes: Miembros sometidos a tensión, generalmente delgados y esbeltos.
• Vigas: Miembros horizontales usados principalmente para soportar cargas verticales. Su clasificación depende del modo de apoyo.
• Columnas: Miembros verticales que resisten cargas axiales. Pueden ser columnas comprimidas o flexo-comprimidas si además resisten momentos.

Método de Análisis

• Una vez modelada la estructura y conocidas las acciones externas, se determinan las fuerzas internas: momentos, fuerzas axiales, cortantes y deflexiones.
• El método de análisis debe elegir entre un análisis elástico (resistencia máxima del material) o plástico (deformación del material hasta que falle).

Análisis Elástico y Plástico

• Análisis elástico: Supone que la estructura falla cuando una sección alcanza su carga máxima. Válido para estructuras con comportamiento elástico lineal.
• Análisis plástico: La estructura puede soportar más carga después de exceder la resistencia del material en una sección, debido a deformaciones inelásticas. Aplicable a estructuras con comportamiento elastoplástico.

Este cuestionario abarca los principios del diseño y análisis estructural. Explora las etapas del diseño, los elementos de una estructura y su función en la ingeniería. Ideal para estudiantes interesados en la arquitectura y la ingeniería civil.