ANALISIS_ESTRUCTURAL_I_INGENIERIA_CIVIL

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ANALISIS ESTRUCTURAL I 
INGENIERIA CIVIL 
1. Hacer un resumen (con sus propias palabras) de los temas relacionados con: 
Tipos de estructuras; Estabilidad y determinación; Cargas; Métodos de diseño 
y combinaciones; Métodos de análisis. Se debe presentar en letra arial, 
tamaño 11, espacio sencillo, mínimo tres hojas. Gráficos y formulas no deben 
superar el 20 del espacio escrito. 
 
RESUMEN TEORICO DE ANALISIS ESTRCTURAL 
Tipos de estructuras: 
Para hablar de tipos de estructuras podemos primero empezar definiendo que es una 
estructura. Desde el punto de vista de la ingeniería civil, llamamos estructura a el conjunto, 
formado por distintas partes, materiales y elementos estratégicamente unidos y 
ensambladas de tal manera que conformen un sistema tal, con la capacidad para soportar 
esfuerzos y recibir cargas que posteriormente terminen siendo transmitidas al suelo sobre 
el cual está reposando el mencionado sistema. 
También es prudente antes de entrar en clasificaciones, realizar una descripción breve de 
dos componentes fundamentales usados generalmente en dichos sistemas, estos son los 
elementos estructurales y los apoyos. 
- Los elementos estructurales: son aquellos en los que se subdivide la estructura y 
que están conectados entre sí, por medio de lo que se denomina nodos. Son claves 
en el proceso de análisis estructural ya que los materiales que componen dichos 
elementos tienen propiedades conocidas que se pueden estudiar fácilmente. Los 
elementos estructurales más comunes o que son usados en construcciones simples 
son las columnas, vigas, cimentaciones, forjados (techo y suelo) y barras. 
 Columnas: son elementos alargados ubicados de manera vertical, donde su 
altura tiene una dimensión mayor a su largo y profundidad. Las cargas actúan 
en sentido del eje vertical y está sometido a fuerzas de compresión, además de 
algunos esfuerzos de flexión y en casos específicos de corte. 
 Vigas: son aquellos elementos alargados ubicados de forma horizontal en los 
que las cargas actúan perpendicularmente o de manera normal al eje 
longitudinal, que a su vez tiene una dimensión mayor a las de altura y 
profundidad. Comúnmente están soportadas en las columnas y soportan 
esfuerzos de corte, flexión y torsión. 
 Cimentaciones: son las que popularmente se conocen como zapatas, van por 
debajo de la edificación sirviendo como base de la misma, y su función es la de 
transmitir las cargas directamente al suelo 
 Forjados: son básicamente las superficies de hormigón de determinado espesor 
que conforman el suelo y el techo de los edificios. 
 Barras: Son los elementos generalmente de madera, algún tipo de hierro o 
aleación del mismo, que tienen una dimensión más larga que las otras dos y son 
los principales constituyentes de las armaduras. Están sometidos a cargas de 
compresión, tensión y ocasionalmente flexiones producidas por el peso propio 
del material, pero que suelen ser despreciables. 
- Apoyos: son aquellos donde se soportan los elementos estructurales y se pueden 
clasificar en apoyos de primer, segundo y tercer orden. 
 Primer orden: son aquellos que solo tienen restricción al movimiento en un 
sentido. Ejemplo: apoyos de rodillos. 
 Segundo orden: son aquellos que tienen restricción al movimiento en dos 
direcciones pero que permiten el giro. Ejemplo: apoyos articulados 
 Tercer orden: son aquellos que además de tener restricciones al movimiento en 
dos direcciones, tampoco permiten el giro. Ejemplo: empotramientos. 
Una vez definidos estos conceptos, ahora si procedemos a clasificar las estructuras. 
Podemos establecer varios tipos de estructuras siguiendo diferentes parámetros, por 
ejemplo, si nos centramos en el servicio que pueden prestar, podemos clasificarlas como 
estructuras de vivienda, transporte, servicios de salud, educativos, servicios públicos (agua, 
luz, gas), etc. Otra forma en la que se pueden clasificar la estructuras, es según el sistema 
estructural que presenta la misma; siguiendo esta forma de clasificación podemos 
diferenciar entre cuatro tipos de estructuras, estas son: reticulares, laminares, masivas o 
especiales. 
- Estructura reticular: este tipo de estructuras lo componen aquellas en las que una 
de sus dimensiones supera las otras dos. Estas a su vez se subdividen en 
armaduras y pórticos. 
 Armaduras: son aquellas que se constituyen por la unión de barras 
(generalmente) por medio de nodos que forman en su organización figuras 
geométricas que regularmente son triángulos. 
 Pórticos: son aquellos que se forman por columnas distribuidas de tal forma que 
su estabilidad y capacidad portante dependen de la capacidad de sus uniones 
para resistir momentos. 
- Estructura laminar: la principal característica de este tipo, es que el espesor de esta 
es considerablemente menor que las otras dos dimensiones. 
- Masivas: estas son las que sus tres dimensiones tienen magnitudes semejantes. 
- Especiales: son las que no se pueden clasificar dentro de los anteriores tipos, y que 
regularmente son combinaciones de estos, 
Pero la clasificación de tipos de estructuras que concierne en el campo del análisis 
estructural, es la clasificación que las divide en estructuras determinadas e indeterminadas. 
 
Estabilidad y determinación: 
Comenzamos definiendo el termino de estabilidad para luego definir el grado de 
indeterminación de una edificación. Una estructura es estale cuando puede soportar 
cualquier sistema de cargas de manera elástica. El concepto básico para realizar un análisis 
de indeterminación estática es calcular las fuerzas que actúan sobre una estructura y 
sabiendo que la suma de las fuerzas dan cero se plantean distintas ecuaciones, si el número 
de incógnitas es igual al número de ecuaciones la consideramos estructura determinada, 
en caso contrario como indeterminada. 
Para efectos del análisis estructural se realizan los cálculos determinando por aparte la 
estabilidad y determinación externa (correspondiente a los apoyos) y las interna 
(correspondiente a la estructura). Finalmente, la suma de estas dos nos dara la estabilidad 
y determinación de la edificación completa. 
Para el cálculo de la estabilidad y determinación externa, se debe tener en cuenta tener el 
mismo número de reacciones actuantes como ecuaciones planteadas, y que las direcciones 
de estas no sean paralelas porque no se podría balancear la estructura, ni tampoco se 
analizadas en un mismo punto ya que se podrían remplazar por una sola fuerza en ese 
punto. Cuando el número de reacciones sea menor al de ecuaciones denominamos la 
estructura como extremadamente inestable. Si ocurre el caso contrario y el número de 
reacciones es superior al de incógnitas, decimos que la estructura es extremadamente 
indeterminada. 
En el caso de estabilidad y determinación interna, para su calculo se debe considerar que 
si una vez conocida su estabilidad externa, se puedan determinar las fuerzas actuantes en 
los elementos basados en ecuaciones de equilibrio estatico. 
Cargas: 
Tener en cuenta los estados de carga es fundamental para el diseño. Las cargas con las 
que se enfrenta el ingeniero frecuentemente son las cargas muertas, que son aquellas que 
siempre permanecen en la estructura y están ahí de manera permanente durante la vida 
útil de la edificación, tal como el peso propio de la misma. La otra clase de cargas con las 
que se enfrenta son las cargas vivas, que son aquellas que se realizan por la ocupación o 
servicio de la estructura en su vida útil. También se deben considerar las cargas que no 
controla el ingeniero que son las generadas por sismos, vientos, cambios de temperatura, 
etc. 
Todas estas cargas deben ser cuidadosamente analizadas por el ingeniero y determinar los 
cálculos pertinentes para su control, sin embargo, cabe resaltar que todos los cálculos 
tendrán un margen de error y no podrán se implacables ya que se tienen que basar en 
hechos probabilísticos para su determinación y por ejemplo, siempre cabrá la posibilidadde que ocurra un sismo que se salga de lo previsto. 
Métodos de diseño y combinaciones: 
- Para esfuerzos admisibles: este método consiste en que una vez se le apliquen 
cargas a la edificación en estado de funcionamiento, se limiten los esfuerzos en 
todos los puntos de la estructura, cuidando que no se supere el limite elástico del 
material y realizar los diseños de manera que estos estén lejos de su posible falla. 
Estos esfuerzos admisibles se obtienen dividiendo la falla del material por factores 
de seguridad que varían ente 1,5 y 6. 
- Para resistencia ultima: en este método se toma como referencia el estado límite de 
falla del material y determinar la relación existente entre carga ultima y carga de 
trabajo, ya que, no hay un margen de seguridad disponible entre la resistencia de 
los elementos estructurales y los esfuerzos causados por las cargas. Para el cálculo 
de este método se mayoran las cargas mediante coeficientes de carga. 
- Para estados límites: para varios autores, es el mejor método de diseño. Este 
diseño, se basa en la disminución de la probabilidad de falla de la estructura para 
ciertos estados límites, considerados importantes a valores aceptables. Los estados 
límites son aquellos más allá de los cuales la estructura deja de cumplir su -función 
o de satisfacer las condiciones para las que fue proyectada, se clasifican en estados 
limites últimos (máximo de capacidad portante) y estados límites de servicio (rigen 
la utilización normal y durabilidad) 
Combinaciones de carga: se debe considerar la combinación de carga de carga que 
produzca el efecto más desfavorable. Hay coeficientes de carga para estados limites 
últimos y coeficientes de carga para estados límites de servicio. Los primeros 
reconocen el hecho de que cuando varias cargas actúan en combinación con la 
carga muerta, sólo una de ellas podría actuar con su valor máximo; los segundos, 
tienen que ver más con la comodidad o con efectos de importancia secundaria, que 
pueden ser dejados al criterio individual. 
Métodos de análisis: 
Al realizar el diseño de una estructura, se busca determinar por medio de un análisis 
la forma que adquieren sus elementos al ser sometidos a esfuerzos debidos a cargas 
impuestas. Para lograr esto, se pueden utilizar métodos analíticos, numéricos. 
gráficos y experimentales. 
- Principio de superposición: teniendo en cuenta que los desplazamientos y esfuerzos 
en una estrucura son proporcionales a la carga que los causa, los desplazamientos 
y esfuerzos totales resultantes de la aplicación simultánea de varias cargas son la 
suma de los desplazamientos y esfuerzos causados por dichas cargas, aplicadas 
separadamente 
 Teoría elástica: son métodos que son válidos dependiendo de la aplicabilidad 
del Principio de superposición. Se realiza la suposición que el material sigue la 
Ley de Hooke y que los esfuerzos de trabajo están por debajo del límite de 
proporcionalidad y suponiendo que los cambios geométricos son despreciables, 
el análisis se hace basándose en las dimensiones y formas originales de la 
estructura. 
 Teoría plástica: nos permite analizar el caso de no proporcionalidad entre los 
esfuerzos y las deformaciones del material, ya sea porque a ningún nivel existe 
linealidad, como en el caso del concreto, o porque se ha excedido el límite de 
proporcionalidad, en el caso del acero. 
 Teoría de deflexión: en ésta teoría se evalúa a partir de la situación deformada 
de la estructura, por esto, aquí se consideran todas las estructuras cuyos 
cambios geométricos producidos por cargas no son despreciables, 
consecuentemente se agrupan diferentes métodos para realizar su análisis, de 
manera que se puedan evaluar las reacciones y fuerzas internas resultantes. 
 
 
2. Desarrollar el siguiente problema, especificando paso a paso el procedimiento 
del mismo. (a mano)