Analisis estructural

Las estructuras se pueden dividir en dos:
Según su origen:
Naturales: como el esqueleto, el tronco de un árbol, los corales marinos, las estalagmitas y estalactitas, etc.
Artificiales: son todas aquellas que ha construido el hombre. Aquí aparecen algunas.
Según la posición de sus elementos (horizontal y vertical)
Las estructuras verticales son aquellas en las que los elementos que soportan los mayores esfuerzos están colocados en posición vertical. Las estructuras horizontales son aquellas en las que los elementos que soportan los mayores esfuerzos se hallan colocados horizontalmente.
Según la movilidad de sus elementos (rígidos y verticales). En este tipo de estructuras los elementos sometidos a mayor esfuerzo trabajan a flexión.Hay que tener en cuenta es la estabilidad de la estructura, para ello hay que tener en cuenta la situación centro de gravedad y la amplitud de su base de apoyo. Hay que tener en cuenta es la estabilidad de la estructura, para ello hay que tener en cuenta la situación centro de gravedad y la amplitud de su base de apoyo.
Las estructuras rígidas son aquellas que no se deforman cuando se les aplica diferentes fuerzas, excepto si sus elementos se rompen.
Las estructuras articuladas son aquellas en las que cuando se les aplica una fuerza, la estructura se deforma, controladamente, al desplazarse los elementos que la integran.
Según su utilidad o situación:
Pilares: es una barra apoyada verticalmente, cuya función es la de soportar cargas o el peso de otras partes de la estructura.
Las estructura es un elemento o conjunto de elementos unidos entre si, con la finalidad de soportar diferentes tipos de esfuerzos.
Vigas: es una pieza o barra horizontal, con una determinada forma en función del esfuerzo que soporta.
Muros: van a soportar los esfuerzos en toda su longitud, de forma que reparten las cargas.
Arcos: para ver y saber más sobre arcos pincha aquí...
Tirantes: es un elemento constructivo que está sometido principalmente a esfuerzos de tracción. Otras denominaciones que recibe según las aplicaciones son: riostra, cable, tornapunta y tensor. Algunos materiales que se usan para fabricarlos son cuerdas, cables de acero, cadenas, listones de madera...














Análisis Estructural y describa los tipos principales de las estructuras
El análisis estructural es el proceso mediante el cual se determina la respuesta de una estructura a cargas o acciones especificadas. Esta respuesta generalmente se mide cuantificando las fuerzas internas y las deformaciones en toda 1a estructura. Podemos decir que la estructura debe cumplir:
a) Debe soportar las cargas en condiciones seguras.
b) Los requisitos de funcionalidad.
Hay diferentes tipos de análisis:
Análisis estático.- Caracteriza a este tipo de análisis el hecho que las cargas actuantes sobre la estructura no dependen del tiempo.
Análisis térmico.- Estudios del efecto tensional y deformacional que los fenómenos de transferencia de calor, radiación,..., tienen en las estructuras.
Análisis dinámico.- Caracteriza a este tipo de análisis el que las cargas actuantes son variables con el tiempo debiendo requerirse la participación de las fuerzas de inercia en la estimación de la respuesta de la estructura.
Análisis no lineal.- Caracteriza a este tipo de análisis el comportamiento inelástico del material de la estructura, la aparición de grandes deformaciones o la no linealidad geométrica de la estructura (topes, rozamientos, etc).
El objetivo del análisis de una estructura es la predicción de su comportamiento bajo las diferentes acciones para las que se postule o establezca que debe tener capacidad de respuesta. La importancia del cálculo estructural, como medio para obtener una estructura, es crear una estructura segura y que satisfaga también un conjunto de diversos requisitos impuestos por factores tales como la función de la estructura, condiciones del lugar, aspectos económicos, estética, facilidades para construir y las restricciones legales.

Armaduras y Cerchas
Se denomina armadura o Cerchas a la estructura formada por un conjunto de piezas lineales (de madera o metálicas) ensambladas entre sí, que se utiliza para soporta la cubierta inclinada de algunos edificios. Constan de elementos rectos conectados en nudos localizados en los extremos de los elementos. Los elementos de estas estructuras están sometidos a dos fuerzas iguales y opuestas dirigidas a lo largo del elemento. Están conformadas por:
Cuerda Superior: formada por los elementos unidos en toda la parte superior de la armadura, y que generalmente soportan las cargas de la cubierta del techo, que para un trabajo eficiente deben estar concentradas en los nudos
Cuerda Inferior: formada por los elementos unidos en toda la parte inferior de la armadura.
Elementos Secundarios: formada por los elementos unidos en toda la parte interior de la armadura, y que generalmente ayudan a soportan las cargas de la cuerda superior e inferior, e inclusive muchas veces algunos elementos tienen fuerza interna axial de valor cero, que se colocan, por simetría, rigidez, estética y construcción.
Procedimientos para resolver una armadura
Método de los nudos
Este método consiste en desmontar la estructura dibujando por separado los diagramas de sólido libre de cada una de las partes (barras y nudos) y aplicar las condiciones de equilibrio a cada una de ellas. Para analizar o diseñar una armadura debes obtener la fuerza en cada uno de sus miembros. Al considerar un diagrama de cuerpo libre de toda la armadura, entonces las fuerzas de sus miembros serian fuerzas internas y no podrían obtenerse a partir de un análisis de equilibrio. Si en lugar de considerar esto, tomas en cuenta el equilibrio de un nudo de la armadura, entonces una fuerza de miembro se vuelve una fuerza externa en el diagrama de cuerpo libre del nudo y las ecuaciones de equilibrio pueden ser aplicadas para obtener su magnitud; esta es la base del método de los nudos.
Aplicación del método de los nudos (Cálculo de tensiones por medio del método de nudos)
Al usar el método de los nudos es necesario trazar el diagrama de cuerpo libre del nudo, antes de aplicar las ecuaciones de equilibrio. En todos los casos el análisis comienza en un nudo que tenga por lo menos una fuerza conocida y cuando mucho dos fuerzas desconocidas. De esta manera la aplicación de la Fx=0 y Fy=0 resulta en dos ecuaciones algebraicas que pueden ser resueltas para las dos incógnitas. Al aplicar estas ecuaciones el sentido correcto de una fuerza de miembro desconocida puede ser determinado mediante uno de dos posibles métodos:
Supón siempre que las fuerzas desconocidas en los miembros que actúan sobre el diagrama de cuerpo libre del nudo están en tensión.
El sentido correcto de la fuerza desconocida de un miembro puede en muchos casos ser determinado por inspección. Una respuesta positiva indica que el sentido es correcto y una negativa indica que el sentido tomado es incorrecto.
Procedimiento del análisis
Traza el diagrama de cuerpo libre de un nudo que tenga por lo menos una fuerza conocida y cuando mucho dos fuerzas desconocidas.
Usa cualquier método para establecer el sentido de una fuerza desconocida.
Orienta los ejes x y y de manera que las fuerzas en el diagrama de cuerpo libre puedan ser resueltas fácilmente en sus componentes x y y, después aplica las dos ecuaciones de equilibrio de fuerzas. Obtén las dos fuerzas de miembro desconocidas y verifica el sentido correcto.
Continúa con el análisis de cada uno de los demás nudos, que tenga cuando menos dos incógnitas y por lo menos una fuerza conocida.
Una vez que encuentras la fuerza en un miembro a partir del análisis de un nudo en uno de sus extremos, el resultado puedes usarlo para analizar las fuerzas que actúan en el nudo en su otro extremo. Recuerda que un miembro en compresión empuja sobre el nudo y un miembro en tensión jala al nudo.
Los resultados del análisis muestran los efectos de todos los miembros conectados y las fuerzas externas aplicadas al pasador, mientras que el diagrama del cuerpo libre de cada miembro muestra sólo los efectos de los pasadores extremos sobre el miembro.
6.1 Aspectos generales del método de secciones
El método de las secciones se usa para determinar las cargas que actúan dentro de un cuerpo. Este método se basa en el principio de que si un cuerpo está en equilibrio, entonces cualquier parte del cuerpo está también en equilibrio.
El método de las secciones puede usarse también para "cortar" o seccionar los miembros de toda una armadura. Si la sección pasa por la armadura y se traza el diagrama de cuerpo libre de cualquiera de sus dos partes, entonces puedes aplicar las ecuaciones de equilibrio o esa parte para determinar las fuerzas del miembro en la "sección cortada". Como sólo tres ecuaciones independientes de equilibrio (ƩFX = 0, ƩFY = 0, ƩM0 = 0) pueden ser aplicadas a la parte aislada de la armadura, trata de seleccionar una sección que, en general, pase por no más de tres miembros en que las fuerzas sean desconcentradas.

Se basa en el hecho de que si una armadura es tomada como un conjunto y está en equilibrio, cualquier parte de ella lo estará. Entonces si se toma una porción de la estructura mediante un corte, de tal manera que no tenga más de tres incógnitas, es posible mediante las tres ecuaciones independientes disponibles en el caso de fuerzas coplanares, determinar las fuerzas en los miembros involucrados en el corte para obtener la solución.

Al aplicar las ecuaciones de equilibrio, debes considerar maneras de escribir las ecuaciones en forma tal que den una solución directa para cada una de las incógnitas, en vez de tener que resolver ecuaciones simultáneas.

Esta capacidad de terminar directamente las fuerzas de un miembro particular de una armadura es una de las ventajas principales del método de las secciones.
Método de secciones
Diagrama de cuerpo libre

Las fuerzas en los miembros de una armadura pueden ser determinadas a partir del método y secciones usando el siguiente procedimiento:
Aplicación del método de secciones
Ecuaciones de equilibrio

Los momentos deben sumarse con respecto a un punto que se encuentre en la intersección de las líneas de acción de dos fuerzas desconocidas y las fuerzas internas serán determinadas directamente a partir de la ecuación de momento.
Si dos de las fuerzas desconocidas son paralelas, las otras fuerzas pueden ir sumadas perpendicularmente a la dirección de esas incógnitas para determinar directamente la tercera fuerza desconocida.
Miembros en condiciones especiales de carga
Las condiciones de carga producen las cargas en los nudos que forman la matriz P en la ecuación Las diversas condiciones de carga para un marco rígido o una armadura en un edificio industrial podrían incluir: Carga muerta Carga muerta + carga viva, incluyendo impacto Carga muerta + carga viva + carga de viento La carga viva constituye en realidad un problema de lineas de influencia, debido a que los esfuerzos en los diversos elementos del puente dependen de la posición de la carga. Un método muy práctico consiste en construir una matriz P para carga viva, poniendo en posición a lo largo del claro del puente las cargas H o Hs de camiones o las Cooper de ferrocarriles, a intervalos de aproximadamente 2 ó 5 pies.

Fuente: http://www.arqhys.com/contenidos/condiciones-cargas-ingenieria.html
Si en nudo cualquiera concurren tres (3) barras, sin que exista carga externa y dos de ellas son colineales, la tercera barra, cualquiera sea su ángulo, tendrá una magnitud igual a cero (0). Estos miembros de fuerza cero (0) sirven para incrementar la estabilidad de la armadura, se determinan por inspección visual de las juntas.
Caso 1:En el nudo A, por sumatoria de fuerzas colineales F1=F2, por lo tanto F3 queda con magnitud cero, por no tener fuerza externa que equilibrar.

Caso 2: En el nudo A, por sumatoria de fuerzas colineales F1=F3, por lo tanto F2 queda con magnitud cero, por no tener fuerza externa que equilibrar.

Entramados y Máquinas. Tipos y ejemplos.
ENTRAMADOS
Son estructuras normalmente fijas y estables. Están diseñadas para soportar cargas. Siempre contiene un elemento sometido a varias fuerzas.
MAQUINAS
Son estructuras que contienen partes móviles. Están diseñadas para transformar fuerzas iniciales en fuerzas. Siempre contiene un elemento sometido a varias fuerzas.
La principal distinción entre entramados y máquinas es que los entramados son estructuras rígidas mientras que las máquinas no lo son.
Explicación del tema - Tecmilenio
cursos.tecmilenio.edu.mx/cursos/at8q3ozr5p/prof/im/.../explica6.htm
introducción al análisis estructuras - OCW
http://ocw.uc3m.es/mecanica-de-medios-continuos-y-teoria-de-estructuras/ingenieria-estructural/material-de-clase-1/apuntes/Capitulo_1_II_.-Analisis_de_estructuras.pdf
Ingenieria Civil: Tipos de Estructuras
chaplin-ingciv.blogspot.com/2007/09/tipos-de-estructuras.html
www.udc.gal/dep/dtcon/.../Introduccion.al.analisis.estructural.pdf
Analisis estructural - Arquitectura y construccionFuente: http://www.arqhys.com/construccion/analisis-estructural.html