Diseño de estructuras

Diseño estructural. Es la eficiencia y optimización de estructuras, emprendida en el siglo XVII con el nacimiento de la era moderna, la que continúa hasta nuestros días y ha provocado en los últimos 60 años el surgimiento de un nuevo nivel de complejidad en geometría, diseño, cálculo y producción. Proyectos arquitectónicos. También asume que el objetivo principal de esta investigación es la producción de estructuras hermosas, racionales y económicas.

Más concretamente, pretende realizar un análisis de cómo la búsqueda de la eficiencia y la optimización de estructuras ha evolucionado a lo largo de la segunda mitad del siglo XX y principios del siglo XXI bajo la influencia de nuevos conceptos derivados del desarrollo de la ciencia. Teorías enmarcadas en la teoría general de sistemas, como la complejidad, el azar, la auto organización, la urgencia, etc.

El diseño estructural está adaptado para que una estructura realice funciones estructurales relacionadas con sus propiedades mecánicas y costo, principalmente. Las obras de ingeniería civil involucran grandes volúmenes que permiten el uso de materiales de extraordinariamente alta resistencia y excelente comportamiento estructural, debido a su alto costo, como los que se utilizan frecuentemente en estructuras aeronáuticas y aeroespaciales.

Comúnmente, el material debe cumplir funciones adicionales dentro de la construcción con funciones puramente estructurales. La estructura generalmente no es un simple armazón resistente cubierto y protegido por otros elementos que tienen la función de formar una envolvente exterior y subdividir los espacios.

Muchas veces la propia estructura debe cumplir parcialmente estas funciones, por lo que el material del que está fabricado debe tener, además de unas adecuadas características estructurales, propiedades de impermeabilidad y durabilidad frente a los elementos y aislamiento térmico y acústico, etc.

Propiedades estructurales

Las propiedades estructurales de un material están estrictamente definidas por sus leyes constitutivas, por el conjunto de ecuaciones que describen el estado de deformaciones que se producirán en el material antes de cada posible estado de tensión, así como los estados que corresponden a una condición de falla.

El diseño estructural intenta asociar una estructura con fusiones en términos de sus propiedades mecánicas. Principalmente las obras de ingeniería civil son de gran volumen y el uso de materiales con una resistencia excepcionalmente alta y un excelente comportamiento estructural es imposible debido a su alto costo, como los que se utilizan a menudo en estructuras aeroespaciales.

Como regla general, el material debe cumplir funciones adicionales dentro de la construcción además de las funciones puramente estructurales.

Materiales estructurales
Materiales pétreos

Los materiales pétreos de origen natural o artificial, junto con la madera, fueron los primeros en ser utilizados por el hombre en sus construcciones. Se caracterizan por una resistencia y un módulo de elasticidad relativamente altos bajo presión y por una baja resistencia bajo tensión.

La falla es frágil, tanto en términos de presión como de tensión. El material, que consiste en un conjunto de piedras naturales o artificiales que se unen o colocan una encima de la otra, se llama mampostería. Las zonas de contacto entre las piezas o piedras individuales forman niveles de debilitamiento para la transmisión de tensiones estructurales y tensiones cortantes. La conexión entre las piedras individuales generalmente se realiza mediante juntas de mortero de diferentes composiciones.

La mampostería de piedra artificial está formada por piezas de pequeño tamaño en relación con las dimensiones del componente estructural que se integra con ellas en un diseño estructural.

El diseño estructural del hormigón armado es el más popular y desarrollado de estos materiales, ya que aprovecha muy eficazmente las características de buena resistencia a la compresión, durabilidad, resistencia al fuego y conformabilidad del hormigón, así como las de resistencia. Alta resistencia a la tracción y ductilidad. De acero estructural, para formar un material compuesto que combina muchas ventajas de los dos materiales constituyentes.

Gestionando adecuadamente la posición y la cantidad de refuerzo, se puede lograr un comportamiento notablemente dúctil en elementos sometidos a flexión. Por el contrario, el comportamiento es muy poco dúctil cuando la rotura está regida por otros estados límite como cortante, torsión, adherencia y la carga axial de compresión de las estructuras. En este último caso, la naturaleza completamente quebradiza de la rotura se puede eliminar mediante el uso de un refuerzo transversal en forma de abrazadera.

Elementos lineales

Entre los más simples, podemos distinguir dos casos: el tirante como elemento de eje recto sujeto a una carga que actúa en la dirección de su eje, y el cable suspendido que sirve para resistir cargas transversales y asume la configuración adecuada para cada sistema de carga que está presente, de dicha función o tema en cuestión.

Un aspecto especialmente importante en el diseño estructural de un elemento tensado es la necesidad de un ancla. Este elemento transmite la fuerza que se le aplica a un punto de apoyo que podría ser otra parte de la estructura o del suelo.

Cuando la reacción se transmite a la estructura, se pueden introducir solicitudes importantes en ella, cuando se transmite el terreno se debe contrarrestar por gravedad, mediante un elemento de ancla cuyo peso equilibra la reacción, que es mar por fricción entre un elemento de anclaje al suelo.

Las principales propiedades de un material se pueden representar de forma más sencilla mediante las curvas de tensión y deformación de ensayos estándar en condiciones uniaxiales de fuerzas de compresión o tracción.

En estas pruebas se ignoran efectos como la velocidad y la duración de la carga, las repeticiones y los cambios de tensión, así como los estados de tensión de varios ejes. A pesar de estas limitaciones, las curvas de tensión, deformación y presión recopiladas de las pruebas en condiciones estándar proporcionan información relevante sobre el comportamiento de un material.

Diseño de estructuras: La estructura generalmente no es un simple entramado resistente cubierto y protegido por otros elementos que tienen la función de formar una envolvente exterior y de subdividir los espacios. Aquí es donde entra en juego el diseño de estructuras, que le permite visualizar y realizar cálculos en el banco de trabajo.

Muchas veces la propia estructura debe cumplir parcialmente estas funciones, por lo que el material del que está fabricado debe tener, además de unas adecuadas características estructurales, propiedades de impermeabilidad y durabilidad frente a los elementos y aislamiento térmico y acústico, etc.

La resistencia de una estructura depende de la resistencia de los materiales que la componen; Por esta razón, las resistencias mínimas del material se especifican como estándar.

Las resistencias reales de los materiales no se pueden conocer con precisión y, por lo tanto, también son variables aleatorias ver. Además, la resistencia de la estructura también depende del cuidado tomado en la construcción, que a su vez refleja la calidad del monitoreo y la inspección.

Los tamaños de las unidades pueden diferir de las dimensiones especificadas, el refuerzo puede estar fuera de posición, el concreto colocado incorrectamente puede tener hormigueros, etc.

Las cargas que actúan sobre estructuras se pueden dividir en tres categorías principales: cargas
cargas muertas, cargas vivas y cargas ambientales.

Las cargas ambientales incluyen principalmente cargas de mucha, presión y succión del viento, cargas sísmicas, fuerzas de inercia causadas por movimientos sísmicos, presiones del suelo en partes subterráneas de estructuras.

Posibles cargas de charcos de agua de lluvia sobre superficies planas y fuerzas provocadas por cambios de temperatura. Al igual que las cargas vivas, las cargas ambientales son inciertas en términos de magnitud y distribución.

La referencia contiene información sobre cargas ambientales, que conozco localmente dependiendo, por ejemplo, de las condiciones climáticas o sísmicas.

Diseño de la estructura: Las cargas muertas son aquellas que permanecen constantes en amplitud y fijas en posición durante la vida de la estructura. Por lo general, la mayor parte de la carga muerta es el peso propio de la estructura.

Esto se puede calcular con una buena aproximación a partir de la configuración de diseño, las dimensiones de la estructura y la densidad del material. Para los edificios, los rellenos y acabados del entrepiso y el techo con paneles generalmente se consideran cargas muertas, incluida una consideración de cargas suspendidas como conductos, accesorios y accesorios de iluminación.

Para los puentes, las cargas muertas pueden incluir superficies de cobertura, plataformas y barandillas, así como la consideración de conductos y otras cargas suspendidas.

Los cargos activos consisten principalmente en cargos por ocupación de edificios y cargos por tráfico en puentes.

Estos pueden estar total o parcialmente en su sitio o no estar presentes, y pueden cambiar de ubicación. Su magnitud y distribución son inciertas en cualquier momento, y sus intensidades máximas a lo largo de la vida de la estructura no se conocen con precisión.

Las cargas vivas mínimas para las que se deben diseñar los pisos y puentes de un edificio generalmente se especifican en el código de construcción que se aplica en el sitio de construcción.

DISEÑO ESTRUCTURAS DE CONCRETO

Diseño estructural: Para que nuestras estructuras cumplan sus funciones, deben ser seguras contra colapso y funcionales en condiciones de servicio. La funcionalidad requiere que las deflexiones sean bajas.

Que las grietas, si existen, se mantengan dentro de límites tolerables, que se minimicen las vibraciones, etc. La seguridad requiere que la resistencia de la estructura sea la adecuada para todas las cargas que puedan actuar sobre ella.

Si la resistencia de la estructura, construida según lo diseñado, pudiera predecirse con precisión, y si las cargas y sus efectos internos, momentos, cizallas, fuerzas axiales se conocieran con precisión, la seguridad podría garantizarse proporcionando una capacidad de carga ligeramente superior. Eso requerido. Para cargas conocidas.

DISPOSICIONES DE SEGURIDAD

CÓDIGO ACI Resistencia de diseño Resistencia requerida

Diseño estructural: Las disposiciones de seguridad del Código ACI son adecuadas para formas de ecuaciones que utilizan factores de carga de resistencia y la mayoría de los factores de carga.

Estos factores se basan en cierta medida en información estadística, pero en gran medida se basan en la experiencia, el juicio técnico y algunas compensaciones. La resistencia de diseño de una estructura o elemento debe ser al menos igual a la resistencia requerida U calculada a partir de las cargas aumentadas.

SUPOSICIONES FUNDAMENTALES PARA EL COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO REFORZADO

Diseño estructural
FUNDAMENTOS DEL DISEÑO

La característica particular más importante de cualquier elemento estructural es su resistencia real, la cual debe ser lo suficientemente alta para soportar, con un cierto margen de reserva, todas las cargas previsibles que puedan actuar sobre él durante la vida de la estructura, sin que esté presente.  Cualquier otro inconveniente.

Por tanto, es lógico dimensionar los elementos, es decir seleccionar las dimensiones del hormigón y la cantidad de armadura, de modo que sus resistencias sean suficientes para soportar las fuerzas resultantes de determinados estados hipotéticos de sobrecarga, utilizando cargas considerablemente superiores a las cargas que se supone que deben actuar en realidad durante el servicio.

Esta metodología de diseño se conoce como diseño de resistencia. Para estructuras de hormigón armado sometidas a cargas cercanas a la rotura, uno o ambos materiales, hormigón y acero, estarán inevitablemente en su dominio inelástico no lineal.

Fundamentos de comportamiento

El principal objetivo de nuestros ingenieros estructurales es el diseño de estructuras. Diseño significa determinar la forma general y todas las dimensiones específicas de una estructura en particular, para que cumpla con las funciones para las que fue creada y resista con seguridad los efectos que actuarán sobre ella a lo largo de su vida.

Estos efectos son principalmente las cargas y otras fuerzas a las que estará sometido, así como otros agentes dañinos, como fluctuaciones de temperatura, asentamiento de cimientos y agentes corrosivos. La mecánica estructural es una de las principales herramientas del proceso de diseño y del conocimiento científico que puede predecir con un buen grado de certeza cómo se comportará una estructura de forma y tamaño dados bajo fuerzas conocidas.