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Diseño estructural




Enviado por milogo




    1. Etapas en
    el proceso del diseño

    2. Conceptos
    Fundamentales

    3. Métodos del diseño
    estructural

    4. Acciones y sus efectos sobre los
    sistemas estructurales

    1. Etapas en el proceso del
    diseño

    Proceso creativo mediante el cual se le da forma a un
    sistema
    estructural para que cumpla una función
    determinada con un grado de seguridad
    razonable y que en condiciones normales de servicio tenga
    un comportamiento
    adecuado. Es importante considerar ciertas restricciones que
    surgen de la interacción con otros aspectos del proyecto global;
    las limitaciones globales en cuanto al costo y tiempo de
    ejecución así como de satisfacer determinadas
    exigencias estéticas. Entonces, la solución al
    problema de diseño
    no puede obtenerse mediante un proceso
    matemático rígido, donde se aplique rutinariamente
    un determinado conjunto de reglas y formulas.

    a)Etapa de estructuración

    Es probable la etapa mas importante del diseño
    estructural pues, la optimización del resultado final del
    diseño depende de gran medida del acierto que se haya
    obtenido en adoptar la estructura
    esqueletal mas adecuada para una edificación
    específica.

    En esta etapa de estructuración se seleccionan
    los materiales que
    van a constituir la estructura, se
    define el sistema
    estructural principal y el arreglo y dimensiones preliminares de
    los elementos estructurales mas comunes. El objetivo debe
    ser el de adoptar la solución optima dentro de un conjunto
    de posibles opciones de estructuración.

    b)Estimación de las solicitaciones o
    acciones

    En esta segunda etapa del proyecto, se
    identifican las acciones que
    se consideran que van a incidir o que tienen posibilidad de
    actuar sobre el sistema estructural durante su vida útil.
    Entre estas acciones se
    encuentra, por ejemplo, las acciones permanentes como la carga
    muerta, acciones variables como
    la carga viva. Acciones accidentales como el viento y el sismo.
    Cuando se sabe de antemano que en el diseño se tienen que
    considerar las acciones accidentales es posible seleccionar en
    base a la experiencia la estructuración mas adecuada para
    absorber dichas acciones.

    c) Análisis estructural

    Procedimiento que lleva la determinación de la
    respuesta del sistema estructural ante la solicitación de
    las acciones externas que puedan incidir sobre dicho sistema. La
    respuesta de una estructura o de un elemento es su comportamiento
    bajo una acción determinada; está en función
    de sus propias características y puede expresarse en
    función de deformaciones, agrietamiento, vibraciones,
    esfuerzos, reacciones, etc.

    Para obtener dicha respuesta requerimos considerar los
    siguientes aspectos:

    Idealización de la estructura.

    Seleccionar un modelo
    teórico y analítico factible de ser analizado con
    los procedimientos de
    calculo disponible. La selección
    del modelo
    analítico de la estructura puede estar integrado de las
    siguientes partes:

    I.- Modelo geométrico. Esquema que representa las
    principales características geométricas de la
    estructura.
    II.- Modelo de las condiciones de continuidad en las fronteras.
    Debe establecerse como cada elemento esta conectado a sus
    adyacentes y cuales son las condiciones de apoyo de la
    estructura.
    III.- Modelo del comportamiento de los materiales.
    Debe suponerse una relación acción – respuesta o
    esfuerzo – deformación del material que compone la
    estructura.
    IV.- Modelo de las acciones impuestas. Las acciones que afectan
    la estructura para una condición dada de funcionamiento se
    representan por fuerzas o deformaciones impuestas.

    Determinar las acciones de diseño

    En muchas situaciones las cargas y otras acciones que
    introducen esfuerzos en la estructura están definidos por
    los reglamentos de las construcciones y es obligación del
    proyectista sujetarse a ellos.

    Determinar la respuesta de las acciones de diseño
    en el modelo elegido para la estructura.
    Es necesario obtener los elementos mecánicos y los
    desplazamientos en el sistema estructural.

    Dimensionamiento
    En esta etapa se define a detalle la estructura y se revisa si se
    cumple con los requisitos de seguridad
    adoptados.

    2. Conceptos
    Fundamentales

    La principal función de un sistema estructural es
    la de absorber las acciones o solicitaciones que se derivan del
    funcionamiento de la construcción.

    Acciones:
    Son todos los agentes externos que inducen en la estructura
    fuerzas internas, esfuerzos y deformaciones.

    Respuestas:
    Se representa por un conjunto de parámetros físicos
    que describen el comportamiento de la estructura ante las
    acciones que le son aplicadas.

    Estado límite:
    Es cualquier etapa en el comportamiento de la estructura a partir
    de la cual su respuesta se considera inaceptable.

    Tipos de estados limite

    Estado límite de falla
    Son los que se relacionan con la seguridad y corresponden a
    situaciones en que la estructura sufre una falla total o parcial
    o que presenta daños que afectan su capacidad para
    resistir nuevas acciones.

    Estado límite de servicio
    Son los que se asocian con la afectación del correcto
    funcionamiento de la construcción y comprenden deflexiones,
    agrietamientos y vibraciones excesivas.

    Resistencia:
    Es la intensidad de una acción hipotética que
    conduce a la estructura o alguna sección a un estado
    límite de falla. Por ejemplo, la resistencia a
    flexión será el momento máximo que es capaz
    de resistir la sección.

    3. Métodos
    del diseño estructural

    Diseño por medio de modelos

    Se recomienda en el diseño de elementos
    estructurales de forma muy compleja que no son fáciles de
    analizar por medio de los modelos
    matemáticos usuales.

    Método de los esfuerzos de trabajo o de esfuerzos
    permisibles o teoría
    elástica

    Los elementos mecánicos producidos en los
    distintos elementos por las solicitaciones de servicio o de
    trabajo se calculan por medio de un análisis elástico. Se determinan
    después los esfuerzos en las distintas secciones debido a
    los elementos mecánicos, por métodos
    también basados en hipótesis elásticas. Los esfuerzos
    de trabajo así calculados, deben mantenerse por debajo de
    ciertos esfuerzos permisibles que se consideran aceptables, el
    método es
    razonable en estructuras de
    materiales con un comportamiento esencialmente
    elástico.

    Método de la resistencia o
    método de
    factores de carga y de reducción de resistencia o teoría
    plástica

    Los elementos mecánicos se determinan por medio
    de un análisis elástico-lineal. Las secciones se
    dimensionan de tal manera que su resistencia a las diversas
    acciones de trabajo a las que puedan estar sujetas sean igual a
    dichas acciones multiplicadas por factores de carga, de acuerdo
    con el grado de seguridad deseado o especificado. La resistencia
    de la sección se determina prácticamente en la
    falla o en su plastificación completa.

    Métodos basados en el análisis al
    limite

    En este criterio se determinan los elementos
    mecánicos correspondientes a la resistencia de colapso de
    la estructura. (Formación de suficientes articulaciones
    plásticas para llegar a la falla total de la
    estructura).

    Se hace un análisis estructural plástico.

    Métodos probabilisticos

    Las solicitaciones que actúan sobre las estructuras,
    así como las resistencias
    de estas son cantidades en realidad de naturaleza
    aleatoria, que no pueden calcularse por métodos
    deterministicos como se supone en los criterios de diseño
    anteriores. Esto nos conduce a pensar en métodos basados
    en la teoría de las probabilidades.

    Las principales limitaciones que se tienen en la
    actualidad son que no se tiene suficiente información sobre las variaciones tanto de
    las solicitaciones que deben de considerarse como la resistencia
    de los materiales y de las estructuras construidas con
    ellos.

    4. Acciones y sus efectos
    sobre los
    sistemas
    estructurales

    Clasificación:

    Atendiendo los conceptos de seguridad estructural y de
    los criterios de diseño, la clasificación mas
    racional de las acciones se hace en base a la variación de
    su intensidad con el tiempo. Se
    distinguen así los siguientes tipos de
    acciones:

    Acciones permanentes.

    Son las que actúan en forma continua sobre la
    estructura y cuya intensidad pude considerarse que no
    varía con el tiempo. Pertenecen a este grupo las
    siguientes.

    1.- Cargas muertas debidas al propio peso de la
    estructura y al de los elementos no estructurales de la
    construcción
    2.- Empujes estáticos de líquidos y tierras
    3.- Deformaciones y desplazamientos debido al esfuerzo de efecto
    del pre-esfuerzo y a movimientos diferenciales permanentes en los
    apoyos
    4.- Contracción por fraguado del concreto,
    flujo plástico del concreto,
    etc.

    Acciones variables.

    Son aquellas que inciden sobre la estructura con una
    intensidad variable con el tiempo, pero que alcanzan valores
    importantes durante lapsos grandes

    Se pueden considerar las siguientes:

    1.- Cargas vivas, o sea aquellas que se deben al
    funcionamiento propio de la construcción y que no tienen
    carácter permanente
    2.- Cambios de temperaturas
    3.- Cambios volumétricos

    Acciones accidentales.

    Son aquellas que no se deben al funcionamiento normal de
    la construcción y que puede tomar valores
    significativos solo durante algunos minutos o segundos, a lo mas
    horas en toda la vida útil de la estructura.

    Se consideran las siguientes

    1.-Sismos
    2.-Vientos
    3.-Oleajes
    4.-Explosiones

    Para evaluar el efecto de las acciones sobre la
    estructura requerimos modelar dichas acciones como fuerzas
    concentradas, lineales o uniformemente distribuidas.

    Si la acción es de carácter
    dinámico podemos proponer un sistema de fuerzas
    equivalentes o una excitación propiamente dinámica.

     

     

    Autor:

    Miguel Lopez Gonzalez

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