Subido por Johan D.

S01.s1 Material

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BIENVENIDOS AL CURSO
I
U T P C
SUMILLA
El curso comprende conceptos fundamentales del análisis
estructural y el estudio del comportamiento estructural,
desarrollándose temas como: Tipos de cargas actuantes en
elementos estructurales, estructuras isostáticas e hiperestáticas,
métodos de análisis estructural que permiten la determinación de
reacciones,
fuerzas
cortantes,
momentos
flectores,
desplazamientos verticales y laterales; y líneas de influencia.
I
U T P C
LOGRO DEL APRENDIZAJE
Al finalizar el curso, el estudiante analiza estructuras isostáticas
e hiperestáticas mediante métodos de energía, métodos de
rigidez y de cross; estructuras simples ante cargas móviles y
líneas de influencia.
I
U T P C
UNIDADES
U1
• CONCEPTOS BÁSICOS
• MÉTODOS ENERGÉTICOS
U2
• PRINCIPIO DE LOS TRABAJOS VIRTUALES
• MÉTODO DE FLEXIBILIDAD
U3
• MÉTODO DE CROSS
• MÉTODO DE RIGIDEZ
U4
I
U T P C
• LÍNEAS DE INFLUENCIA..
SISTEMA DE EVALUACIÓN
𝑃𝐹 = 20% ∗ 𝑃𝐶1 + 20% ∗ 𝑃𝐶2 + 20% ∗ 𝑃𝐶3 + 40%𝐸𝑋𝐹𝐼
I
U T P C
TIPO
DESCRIPCIÓN
SEMANA
PC1
PRÁCTICA CALIFICADA 1
S6
PC2
PRÁCTICA CALIFICADA 1
S10
PC3
PRÁCTICA CALIFICADA 1
S17
EXFI
EXAMEN FINAL
S18
ELECCIÓN DE DELEGADO
CANDIDATO 1
NOMBRE
PUNTAJE
TOTAL
I
U T P C
CANDIDATO 2
CANDIDATO 3
¿QUE APRECIAN EN LA SIGUIENTE IMAGEN?
¿Qué condiciones debe
cumplir una estructura?
I
U T P C
LOGRO DE LA SESIÓN
AL FINALIZAR LA SESIÓN
EL ESTUDIANTE
COMPRENDE
LOS CONCEPTOS BÁSICOS DEL ANÁLISIS ESTRUCTURAL
MEDIANTE LA REVISIÓN DE SUS DEFINICIONES, CLASIFICACIÓN DE CARGAS
E HIPÓTESIS DE ANÁLISIS
I
U T P C
UTILIDAD
PERMITIRÁ AL ESTUDIANTE SIMPLIFICAR EL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS A TRAVÉS DE LA
IDEALIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES
I
U T P C
ANÁLISIS ESTRUCTURAL
UNIDAD 1
CONCEPTOS BÁSICOS
MÉTODOS ENERGÉTICOS
SESIÓN 1
CONCEPTOS BÁSICOS
DOCENTE:
MAG. Ing. CRISTHIAN JOSÉ CRUZ
YAÑEZ
ESTRUCTURA
SERIE DE ELEMENTOS
CONECTADOS POR JUNTAS Y
SOPORTES
QUE PUEDAN TRANSMITIR LAS
CARGAS
I
U T P C
MANTENIÉNDOSE EN EQUILIBRIO,
ESTABLE Y RESISTENTE
CARGAS
CONJUNTO DE FUERZAS
ACTÚAN EN LOS ELEMENTOS DE UNA
ESTRUCTURA
PRODUCIENDO ESTADOS
TENSIONALES
I
U T P C
ANÁLISIS ESTRUCTURAL
PREDICCIÓN
RESPUESTA DE LAS ESTRUCTURAS
CARGAS EXTERNAS ARBITRARIAS
ESPECIFICADAS
I
U T P C
CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS:
PERMANENTES
ESTÁTICAS
SEGÚN EL
ESTADO
INERCIAL
VARIABLES
DINÁMICAS
ACCIDENTALES
DURACIÓN
I
U T P C
CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS:
PUNTUALES
SEGÚN
UBICACIÓN EN
EL ESPACIO
LINEALES
SUPERFICIALES
I
U T P C
CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS:
UNIFORMEMENTE
DISTRIBUIDA
SEGÚN SU
DISTRIBUCIÓN
UNIFORMEMENTE
VARIABLE
NO UNIFORMES
I
U T P C
CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS:
GRAVITACIONALES
SISMO
VIENTO
SEGÚN SU ORIGEN
SUELO
AGUA
NIEVE
I
U T P C
HIPÓTESIS GENERALES DE RESISTENCIA DE MATERIALES
DIMENSIÓN
PREDOMINANTE
PEQUEÑAS
DEFORMACIONES
Se estudiarán piezas o elementos
estructurales en los que la sección es
relativamente pequeña respecto de la
longitud o superficie.
PRINCIPIO DE
RIGIDEZ
HIPÓTESIS
GENERALES
PRINCIPIO DE
SUPERPOSICIÓN
HOMOGENEIDAD
E ISOTROPÍA
LEY DE HOOKE
I
U T P C
Fuente: http://www.vortize.com/blog/simplificaciones-de-la-resistencia-de-materiales/
HIPÓTESIS GENERALES DE RESISTENCIA DE MATERIALES
DIMENSIÓN
PREDOMINANTE
PEQUEÑAS
DEFORMACIONES
Los cuerpos se deforman al estar sometidos
a las cargas, pero estas deformaciones
son pequeñas.
PRINCIPIO DE
RIGIDEZ
HIPÓTESIS
GENERALES
PRINCIPIO DE
SUPERPOSICIÓN
HOMOGENEIDAD
E ISOTROPÍA
LEY DE HOOKE
I
U T P C
Fuente: http://www.vortize.com/blog/simplificaciones-de-la-resistencia-de-materiales/
HIPÓTESIS GENERALES DE RESISTENCIA DE MATERIALES
DIMENSIÓN
PREDOMINANTE
PEQUEÑAS
DEFORMACIONES
PRINCIPIO DE
RIGIDEZ
HIPÓTESIS
GENERALES
PRINCIPIO DE
SUPERPOSICIÓN
HOMOGENEIDAD
E ISOTROPÍA
Las ecuaciones de equilibrio se pueden
formular sobre la geometría no deformada,
es decir, sin considerar los movimientos
provocados por el sistema de cargas.
Esto implica que los movimientos de la
estructura debidos al estado de cargas sean
pequeños
(desplazamientos
y
giros
despreciables frente a las dimensiones de la
estructura)
LEY DE HOOKE
I
U T P C
Fuente: http://www.vortize.com/blog/simplificaciones-de-la-resistencia-de-materiales/
HIPÓTESIS GENERALES DE RESISTENCIA DE MATERIALES
DIMENSIÓN
PREDOMINANTE
PEQUEÑAS
DEFORMACIONES
PRINCIPIO DE
RIGIDEZ
HIPÓTESIS
GENERALES
PRINCIPIO DE
SUPERPOSICIÓN
HOMOGENEIDAD
E ISOTROPÍA
Los efectos que producen un conjunto de
acciones son iguales a la suma de los
efectos que produce cada acción por
separado.
La aplicación de este principio no será
posible cuando los desplazamientos o
deformaciones inducidos por un estado de
cargas no puedan ser despreciados
(análisis en segundo orden)
LEY DE HOOKE
I
U T P C
Fuente: http://www.vortize.com/blog/simplificaciones-de-la-resistencia-de-materiales/
HIPÓTESIS GENERALES DE RESISTENCIA DE MATERIALES
DIMENSIÓN
PREDOMINANTE
PEQUEÑAS
DEFORMACIONES
Los cuerpos han de ser homogéneos e
isótropos, sin regiones de discontinuidad
y con un comportamiento tensional
predecible.
PRINCIPIO DE
RIGIDEZ
HIPÓTESIS
GENERALES
PRINCIPIO DE
SUPERPOSICIÓN
HOMOGENEIDAD
E ISOTROPÍA
LEY DE HOOKE
I
U T P C
Fuente: http://www.vortize.com/blog/simplificaciones-de-la-resistencia-de-materiales/
HIPÓTESIS GENERALES DE RESISTENCIA DE MATERIALES
DIMENSIÓN
PREDOMINANTE
PEQUEÑAS
DEFORMACIONES
PRINCIPIO DE
RIGIDEZ
Se cumple la Ley de Hooke, que implica que
los materiales se comportan de forma
elástica y lineal. En el caso del concreto,
que no tiene rama elástica lineal, se
establecerán una serie de simplificaciones
para poder considerarlo elástico y lineal
HIPÓTESIS
GENERALES
PRINCIPIO DE
SUPERPOSICIÓN
HOMOGENEIDAD
E ISOTROPÍA
LEY DE HOOKE
I
U T P C
Fuente: http://www.vortize.com/blog/simplificaciones-de-la-resistencia-de-materiales/
HIPÓTESIS GENERALES DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL
PEQUEÑOS
DESPLAZAMIENTOS
EQUILIBRIO ESTÁTICO
COMPATIBILIDAD
HIPÓTESIS
GENERALES
CONDICIÓN DE
CONTORNO
UNICIDAD DE
SOLUCIONES
LEY DE HOOKE
PRINCIPIO DE
SUPERPOSICIÓN
I
U T P C
Plantea que la geometría de la
estructura no cambia apreciablemente
luego de la aplicación de las cargas.
Supondremos que las barras que
componen la estructura son lo suficiente
rígidas
como
para
no
sufrir
deformaciones importantes bajo la acción
de cargas y la geometría inicial varia muy
poco. Por lo tanto las ecuaciones de
equilibrio se pueden plantear a partir de
la geometría de la estructura sin
deformación.
HIPÓTESIS GENERALES DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL
PEQUEÑOS
DESPLAZAMIENTOS
EQUILIBRIO ESTÁTICO
COMPATIBILIDAD
HIPÓTESIS
GENERALES
CONDICIÓN DE
CONTORNO
UNICIDAD DE
SOLUCIONES
LEY DE HOOKE
PRINCIPIO DE
SUPERPOSICIÓN
I
U T P C
Las cargas se aplican lentamente sobre
las estructuras gradualmente desde cero
hasta su valor final, de tal modo que la
estructura queda en reposo en su
configuración deformada o con un
movimiento uniforme, a partir de ese
momento la estructura no sufrirá cambios
en su posición ni en su forma
determinada, a esto se le llama equilibrio
estático de la estructura. En resumen en
ausencia de efectos dinámicos la
estructura
siempre
estará
en
equilibrio.
HIPÓTESIS GENERALES DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL
PEQUEÑOS
DESPLAZAMIENTOS
EQUILIBRIO ESTÁTICO
COMPATIBILIDAD
HIPÓTESIS
GENERALES
CONDICIÓN DE
CONTORNO
UNICIDAD DE
SOLUCIONES
LEY DE HOOKE
PRINCIPIO DE
SUPERPOSICIÓN
I
U T P C
La deformación y el desplazamiento de
cualquier punto de la estructura, bajo un
sistema de cargas, son únicos y varían
de manera continua. Este principio se
emplea
para
compatibilizar
los
desplazamientos de los extremos de los
elementos (barras) que concurren a un
nudo con los desplazamientos del mismo
HIPÓTESIS GENERALES DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL
PEQUEÑOS
DESPLAZAMIENTOS
EQUILIBRIO ESTÁTICO
COMPATIBILIDAD
HIPÓTESIS
GENERALES
CONDICIÓN DE
CONTORNO
UNICIDAD DE
SOLUCIONES
LEY DE HOOKE
PRINCIPIO DE
SUPERPOSICIÓN
I
U T P C
Si no se introducen las condiciones de
contorno, los problemas estructurales no
estarían completamente definidos. Estas
condiciones se especifican en función de
fuerzas (por ejemplo, en los nudos o en
los elementos) y en función de los
desplazamientos prescritos en algunos de
los nudos.
HIPÓTESIS GENERALES DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL
PEQUEÑOS
DESPLAZAMIENTOS
EQUILIBRIO ESTÁTICO
COMPATIBILIDAD
HIPÓTESIS
GENERALES
CONDICIÓN DE
CONTORNO
UNICIDAD DE
SOLUCIONES
LEY DE HOOKE
PRINCIPIO DE
SUPERPOSICIÓN
I
U T P C
No
son
posibles
soluciones
alternativas a los problemas de
análisis estructural. Para una estructura
sometida a un sistema de cargas, tanto la
configuración deformada, las fuerzas
internas y las reacciones (en general la
respuesta) tienen un valor único. Este
enunciado se conoce como el teorema de
unicidad
de
Kirchhoff,
y
puede
comprobarse fácilmente con la hipótesis
del contrario.
HIPÓTESIS GENERALES DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL
PEQUEÑOS
DESPLAZAMIENTOS
EQUILIBRIO ESTÁTICO
COMPATIBILIDAD
HIPÓTESIS
GENERALES
CONDICIÓN DE
CONTORNO
UNICIDAD DE
SOLUCIONES
LEY DE HOOKE
PRINCIPIO DE
SUPERPOSICIÓN
I
U T P C
Se propone que la relación entre las
deformaciones unitarias de un material
y los esfuerzos inducidos es lineal, es
decir, el material tiene un comportamiento
elástico lineal, dicho de otro modo, si
todas las cargas externas que obran
sobre la estructura, por ejemplo, se
duplicaran,
el
desplazamiento
de
cualquier punto también se duplicara.
HIPÓTESIS GENERALES DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL
PEQUEÑOS
DESPLAZAMIENTOS
EQUILIBRIO ESTÁTICO
COMPATIBILIDAD
HIPÓTESIS
GENERALES
CONDICIÓN DE
CONTORNO
UNICIDAD DE
SOLUCIONES
LEY DE HOOKE
PRINCIPIO DE
SUPERPOSICIÓN
I
U T P C
La secuencia en la aplicación de
cargas no altera los resultados finales,
es decir, el comportamiento de la
estructura es independiente de la historia
de cargas. El principio de superposición
es válido solo si es posible expresar las
fuerzas o momentos en una estructura,
mediante funciones lineales de las
cargas. La superposición es aplicable a
todas las magnitudes estructurales:
fuerzas,
deformaciones,
desplazamientos,
esfuerzos,
fuerzas
internas, reacciones, fuerzas de extremo
de barra, etc
DETERMINACIÓN Y ESTABILIDAD
¿Este vaso apoyado sobre
el piso está en equilibrio?
I
U T P C
DETERMINACIÓN Y ESTABILIDAD
Las ecuaciones de equilibrio
proporcionan las condiciones
necesarias y suficientes para el
equilibrio.
I
U T P C
Cuando todas las fuerzas en una
estructura pueden determinarse
estrictamente a partir de estas
ecuaciones, la estructura se
denomina estáticamente
determinada o isostáticas
Las estructuras que tienen más
fuerzas desconocidas que
ecuaciones de equilibrio
disponibles se llaman
estáticamente indeterminadas o
hiperestáticas.
Si una estructura es
estáticamente indeterminada,
las ecuaciones adicionales para
resolver las reacciones
desconocidas se obtienen de las
ecuaciones de la compatibilidad
Las ecuaciones de la
compatibilidad se obtienen al
relacionar las cargas aplicadas y
las reacciones con el
desplazamiento o la pendiente
en diferentes puntos de la
estructura.
DETERMINACIÓN Y ESTABILIDAD
¿Este vaso apoyado sobre
el piso es estable?
Dentro del análisis cinemático de una estructura se debe
establecer la posibilidad de movimiento del sistema a través del
estudio de la estabilidad geométrica, la cual estudia la
vinculación entre sí de los elementos de la estructura y la
vinculación externa de los apoyos con la tierra.
I
U T P C
ESTRUCTURAS ISOSTÁTICAS E HIPERESTÁTICAS
Para establecer si existe o no la posibilidad de movimiento de
una estructura, se deben tener en cuenta los siguientes dos
criterios de estabilidad geométrica
Estructura geométricamente estable.
Una estructura es geométricamente
estable si para cualquier movimiento
incipiente de la estructura una oposición o
resistencia al movimiento es desarrollada.
Esto requiere al menos la presencia de
tres fuerzas de soporte no concurrentes y
no paralelas
I
U T P C
Estructura geométricamente inestable.
La estructura tiene un número suficiente de
reacciones, no concurrentes entre sí, pero
que están incorrectamente colocadas para
asegurar estabilidad, como es el caso de
bielas paralelas de soporte.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Por efectos por cambios volumétricos por temperatura o asentamiento
I
U T P C
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Por colapso de alguno de sus elementos
I
U T P C
ESTRUCTURAS ISOSTÁTICAS: VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Por economía
I
U T P C
ESTRUCTURAS ISOSTÁTICAS: VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Por deformaciones
I
U T P C
ESTRUCTURAS ISOSTÁTICAS: VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Por facilidad de análisis
I
U T P C
ESTRUCTURAS ISOSTÁTICAS: VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Por efectos de momentos negativos
I
U T P C
GRADOS DE LIBERTAD DE UN PUNTO
La hormiga mostrada en el plano cuantos grados de libertad tendrá
I
U T P C
GRADOS DE LIBERTAD DE UN PUNTO
El lápiz mostrado en el plano cuantos grados de libertad tendrá
I
U T P C
QUÉ APRENDIMOS HOY
QUE CONDICIONES DEBE CUMPLIR UNA ESTRUCTURAS
QUÉ ES EL ANÁLISIS ESTRUCTURAL
CÓMO SE CLASIFICAN LAS CARGAS
MENCIONE ALGUNAS DE LAS HIPÓTESIS
MENCIONES ALGUNAS VENTAJAS DE LAS ESTRUCTURAS HIPERESTÁTICAS
I
U T P C
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