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ANALISIS ESTRUCTURAL I 12/09/2014
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FACULTAD DE INGENIERA
SEMESTRE 2014-2
INGENIERA CIVIL
ING. GONZALO H. DIAZ GARCIA
INTRODUCCION AL ANALISIS
ESTRUCTURAL I
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Observa a tu alrededor. Te has fijado que existen multitud de
seres, objetos e instrumentos que poseen una estructura?
LA MISIN DE LAS ESTRUCTURAS ES SOPORTAR LAS ACCIONES EXTERNAS
MANTENIENDO LA
FORMA DE LAS CONSTRUCCIONES 2
CONSTRUCCIN DE UNA TORRE DE PERFORACIN PROFUNDA
MOTIVACION
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TORRE DE PERFORACIN PROFUNDA4
DEFINICIN DE ESTRUCTURA
Una estructura es una serie de partes conectadas con el fin de
soportar una carga.
La Rueda de Falkirk, China
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DEFINICIN DEL ANALISIS ESTRUCTURAL
El Anlisis Estructural, es una ciencia que se encarga de la
elaboracin de mtodos de clculo, para determinar la resistencia,
rigidez, estabilidad, durabilidad y seguridad de las estructuras,
obtenindose los valores necesarios para un diseo econmico y
seguro.
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ETAPAS DE ESTRUCTURAAl crear una estructura para que cumpla una
funcin especfica es necesario seguir un proceso:Planeacin: Primero
debe considerarse la seleccin de una forma que sea segura, esttica
y econmica.(MATERIALES PREDIMENCIONAMIENTO).Anlisis: Deben hacerse
ciertas idealizaciones sobre cmo estn soportados y conectados los
miembros entre si.
Diseo: Una vez obtenidas las cargas internas de un miembro se
determina el tamao de este satisfaciendo criterios de resistencia,
estabilidad y deflexin.
Construccin: En esta fase se requiere ordenar los diversos
componentes de la estructura y planear las actividades que implica
el montaje real de esta. Se debe garantizar que guarde concordancia
con los planos de diseo especificados.
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FUERZAS APLICADAS EN UNA ESTRUCTURA
LA FUERZA: Es todo aquello capaz de deformar un cuerpo (efecto
esttico) o de modificar su estado de reposo (efecto dinmico). Las
fuerzas que actan sobre una estructura se llaman Cargas.
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FUERZA
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FUERZALas fuerzas se representan con una flecha (vector), donde
la longitud del vector es la intensidad de la fuerza, la flecha la
direccin y el principio del vector es el punto donde se aplica la
fuerza. 11
ESFUERZOS
Es la fuerza interna que experimentan los elementos de una
estructura cuando son sometidos a una fuerza externa. Los elementos
de una estructura deben soportar estos esfuerzos sin romperse.
Hay 5 tipos de esfuerzos principales:
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Esfuerzos de Traccin
Un elemento de una estructura est sometido al esfuerzo de
traccin cuando sobe el actan fuerzas que tienden a estirarlo, Las
fuerzas actan hacia el interior del objeto.
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Esfuerzo de Compresin
Un elemento de una estructura est sometido al esfuerzo de
compresin cuando sobe el actan fuerzas que tienden a aplastarlo o
contraerlo. Las fuerzas actan hacia el interior del objeto.
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Esfuerzo de Flexin
Un elemento de una estructura est sometido al esfuerzo de flexin
cuando sobe l actan fuerzas que tienden a doblarlo.
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Esfuerzo de Torsin
Un elemento de una estructura est sometido al esfuerzo de torsin
cuando sobe l actan fuerzas que tienden a retorcerlo.
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Esfuerzo de Cortadura
Un elemento de una estructura est sometido al esfuerzo de
cortadura cuando sobe l actan fuerzas que tienden a cortarla o
desgarrarla.
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TIPOS DE ESTRUCTURAS
Armaduras
Se denomina armadura la estructura formada por un conjunto de
piezas lineales (de madera o metlicas) ensambladas entre s, que se
utiliza para soportar la cubierta inclinada de algunos edificios.
La disposicin de la cubierta, a una dos, tres, cuatro o ms aguas,
influye lgicamente en la caracterstica de la armadura que debe
sostenerla. Frecuentemente las armaduras estructuralmente son
celosas planas, aunque existen armaduras de otro tipo que no son
celosas.
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TIPOS DE ESTRUCTURAS
Cables y arcos
Los cables son flexibles soportan cargas en tensin y se utilizan
como soporte de puentes y en techos de edificios.
El arco logra su resistencia en compresin, puesto que tiene una
curvatura inversa a la del cable. Sin embargo el arco debe ser
rgido para mantener su forma, lo que se traduce en cargas
secundarias que involucran fuerzas cortantes y de momento que deben
considerarse en su diseo.
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TIPOS DE ESTRUCTURAS
Marcos
Se componen de vigas y columnas que estn articuladas o bien son
rgidas en sus conexiones. La carga en un marco ocasiona flexin en
sus miembros.
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TIPOS DE ESTRUCTURAS
Elementos superficiales
Estn hechas de un material cuyo espesor es muy pequeo en
comparacin con sus otras dimensiones, algunas veces este material
es muy flexible y puede tomar la forma deseada, el material acta
como una membrada sometida a tensin pura.
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Las cargas que actan sobre las estructuraspueden dividirse en
tres grandes categoras:
CargasMuertas:a)
Son aquellas que se mantienen constantes enmagnitud y fijas en
posicin durante la vida de laestructura.
Generalmente la mayor parte de lael peso propio de la
estructura.
Esta se puede calcular con buena
carga muerta es
aproximacin apartir de la configuracin de diseo, de
lasdimensiones de la estructura y de la densidad del
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Por ejemplo en una edificacin Multifamiliar,cargamuerta son las
siguientes:
la
Peso de la losa aligerada.
Peso del contrapisoy enlucido.
Peso de la tabiquera repartiday
Peso de cermicay/o terrazo.
Peso de aparatosy accesorios.
Peso de columnas y vigas.
perimetral.
Peso de Muros fachadao cortinas.
Y toda carga que es constante en la edificacin.
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VIGAS,PLACAS,LOSAS. CIELORRASO.
CERCHA METALICA LOSA ALIGERADA
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a) Cargas Vivas:
Consisten principalmente en cargas de ocupacin enedificios y
cargas de trfico en carreteras y puentes.
stas pueden estar total o parcialmente en su sitio ono estar
presentes, y pueden cambiar de ubicacin.
Su magnitud y distribucin son inciertas en unmomento dado, y sus
mximas intensidades a lo largode la vida de la estructura no se
conocen con precisin.
Las cargas vivas mnimas para las cuales debendisearse los
entrepisos yespecifican usualmente en
cubiertas de un edificio selos cdigos de construccin
respectivos,estipulado
enen la
el caso del Per se encuentranorma tcnica de edificaciones -
E0.20 (Cargas).
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OFICINA
LABORATORIO AULAS34
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La aplicacin de la carga muerta y viva en la estructuradepende
del elemento estructural. Por ejemplo:
Para una viga la carga muerta y viva se distribuyepor
metropuntual.
lineal (o carga distribuida) y carga
P P
W
Para una losa aligerada la carga muerta y viva sedistribuye por
metro cuadrado.
q
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Para una columna y cimentacin la carga muerta yaviva se
distribuye de forma puntual
Py perpendicular
la seccin de la columna.
Adems de las cargas distribuidas, se recomiendadisear los
entrepisos para soportar en forma seguraalgunas cargas concentradas
cuando stas producenesfuerzos mayores.
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Forma de aplicacin de la Carga muerta y Viva
La viga que se muestra se apoyacuarta
en tres columnas,adems una tercera y viga
de lase
vigaapoya
apoyadatransversalmente en el centroentre dos columnas .
del claro
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EJEMPLO:
DETERMINAR LA CARGA MUERA TOTAL QUE SE LESINESTA APLICANDO A LA
VIGA
PORDE ACERO
CONSIDERASU PROPIO PESO ML.
Peso especifico albailera =1800kg/m3
Peso especifico del concreto=2400kg/m3
Altura de muro =2.50m
Ancho de losa =5.00m
Espesor de la losa = 0.20m
Espesor del muro = 0.15m
Longitudes del muro y de la losa =
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c) CargasAmbientales.
Las cargas ambientales consisten principalmenteen cargas de
nieve, presin y succin de viento,cargas ssmicas (fuerzas inerciales
causadas por
lasde
movimientos ssmicos), presiones de suelo enporciones subterrneas
de estructuras, cargasposibles empozamientos de agua de lluvias
sobresuperficies planas y fuerzas causadas por cambios
detemperatura. Al igual queambientales son inciertasen
distribucin.
las cargas vivas, las cargastanto en magnitud como
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CARGAS AMBIENTALES: SISMOS
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CARGAS AMBIENTALES: SISMOS
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c.1) Cargas de nieve
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c.2) Cargasdeviento
Las cargas de viento en nuestro pas son masnocivas en
estructuras de acero que en estructuras abase de concreto, y se
presenta con mas incidencia enestructuras de acero a dos aguas,
cerchas parablicas,etc. Teniendo dos presiones el barlovento y
elsotavento.
EFECTOS DEL VIENTO
ACCIONES EXTERNAS DEL VIENTO
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EFECTOS DEL VIENTO
ABERTURAS Y PRESION INTERNA DEL VIENTO
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Efectos del Viento,
El viento ejerce presiones sobre lascontacto.
superficies de
Presin Positiva hacia la superficie.
Presin Negativa, desde la superficie.
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MAPA EOLICO DE LA
DISTRIBUCION
DE VIENTOS EXTREMOS
EN EL PERU
1996.
Isotacas quantiles de 0.02
Velocidades Extremas del viento
en K.P.H. a 10 m del suelo
Periodo de recurrencia :50 aos47
Clasificacin de las Edificaciones segn los Efectosdel
Viento.
De acuerdo con la naturaleza de los efectos que elseviento puede
ocasionar en las edificaciones, stas
clasificarn en tres tipos:
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Ejemplo N 01:Se tiene el presente tijeral de 20 mts de luz, con
una altura de 4.00 mts enel centro, un ngulo de inclinacin de la
cobertura de 11, un anchotributario de 4.5 mts, el tijeral se
encuentra a una altura de 15 mts desde
el nivel de terreno natural. Se pide determinar las presiones
que se
ejercen sobre el tijeral.
Nota: Suponer que la velocidad es 100Km/h. Ver Isotacas (Son
curvas que unen
igual velocidad de viento).
Solucin:
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Zonas donde
el Tijeral tienemayor rea de
Influencia, es
decir
carga
parte
cpula.
mayorpor
de la
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Para nuestro caso, V=100Km/h. con ello calculamos Vh y lo
distribuimosaltura para luego proceder a calcular la carga por
unidad de longitud.
en
CUADRO DE CLCULO DE PRESIONES
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PRIMER CASO DE CARGA
UNS / AE-II / IVAN56
SEGUNDO CASO DE CARGA
UNS / AE-II / IVAN57
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Ejemplo Aplicativo.
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Modelamiento en SAP 2000.
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FALLAS POR VIENTO
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Ejemplo del estructuras en acero
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c.3) Cargasde sismo
Las cargas de sismo en edificaciones son cargas endireccin
horizontal, y se aplican en los centros demasa de los entrepisos de
las edificaciones.
Las fuerzas de sismos sonla
generadas pormovimientosmovimientos
Se tiene que
telricos de corteza terrestre,que no se pueden predecir.
tomar en cuenta estas fuerzas en todoproyecto arquitectnico.
Para esto se calculara elcortante en la base de la edificacin, con
la cual nospermitir determinar el pre-dimensionamiento de
laslos muros de corte, que sern quienes absorbernfuerzas
ssmicas.
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Para un buen comportamiento ssmico de unaedificacin deber
cumplircon los siguientes conceptos:
-) Simetra, tanto en la distribucin de masascomo en las
rigideces.
-) Peso mnimo, especialmente en los pisos altos.
-) Seleccin y uso adecuado de los materiales deconstruccin.
-)
-)
Resistencia adecuada.
Continuidad en la estructura, tanto en plantacomo en
elevacin.
-) Ductilidad.
-) Deformacin limitada.
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Para el calculo de la fuerza ssmica en la base se utilizalos
conceptos estipulados en la Norma E-030-2003Diseo
Sismorresistente,Edificaciones.
del Reglamento Nacional de
Donde:
V: Fuerza cortante en la Base de la Edificacin.
Z: Factorde Zona.
U: Factorde Uso.
C: Coef. De amplificacin
S: Factorde Suelo.
R: Factorde reduccin.
P: Peso de la edificacin.
Ssmica.
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Factor de Zona: El territorio nacional se considera dividido
entres zonas, como se muestra en la Figura N 1. La zonificacin
propuesta se basa en la distribucin espacial de la
sismicidadmovimientosobservada, las caractersticas generales de
los
ssmicos y la atenuacin de stos con la distancia epicentral,
aslasNcomo en informacin neotectnica. En el
provincias que corresponden a cada zona.Anexo 1 se indican
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Factor de Uso e Importancia: Cada estructura debe serclasificada
de acuerdo con las categoras indicadas en la Tabla N 3.
NEl coeficiente de uso e importancia (U),usar segn la
clasificacin que se haga.
definido en la Tabla 3 se
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Factor de Amplificacin Ssmica: De acuerdo a lascaractersticas de
sitio, se define el factor de amplificacin ssmica(C) por la
siguiente expresin:
Condiciones Geotcnicas o Factor del Suelos: Para losefectos de
esta Norma, los perfiles de suelo se clasifican tomando
en cuenta las propiedades mecnicas del suelo, el espesor
delestrato, el perodo fundamental de vibracin y la velocidad
depropagacinson cuatro:
de las ondas de corte. Los tipos de perfiles de suelos
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Factor de Reduccin:
Los sistemas estructurales se clasificarn segn los
materialesusados y el sistema de estructuracin
sismorresistentepredominante en cada direccin tal como se indica en
la Tabla N6.
Segn la clasificacin que se haga de una edificacin se usar
uncoeficiente de reduccin de fuerza ssmica (R).Para el diseo por
resistencia ltima las fuerzas ssmicas internasdeben combinarse con
factores de carga unitarios.
En caso contrario podr usarse como (R) los valores establecidos
enTabla N6 previacorrespondiente.
multiplicacin por el factor de carga de sismo
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