Significado da Estrutura

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La palabra estructura tiene diferentes significados. En su acepción más general se
refiere a la forma en que se organizan las partes de un sistema u objeto. Desde el
punto de vista ingenieril, las “estructuras” están ligadas a la construcción; así, son
estructuras: los puentes, los edificios, las torres, presas, etc. De una forma más
específica, y más adaptada a las modernas tipologías de construcción, entendemos
por estructura aquella parte de la construcción que “soporta” el conjunto, es decir,
que es capaz de resistir las diversas acciones que actúan sobre ella (peso propio PP,
Sobrecargas de uso SC, viento W, movimientos sísmicos E, etc.).
Naturalmente, el hombre ha concebido y construido todo tipo de “estructuras”
desde tiempos muy remotos. En un principio, lo hace para satisfacer sus
necesidades primarias, de cobijo frente al medio exterior; más tarde, al crecer y
diversificarse las relaciones sociales de todo tipo, para posibilitar y favorecer su
desarrollo. La tecnología es, sin duda, una de las bases de este desarrollo, y la
ingeniería, en sus diversas ramas, el resultado de su concreción a través de los
tiempos.
ESTRUCTURAS EN INGENIERÍA
INGENIERÍA ESTRUCTURAL
“Es el arte de idealizar materiales a los cuales no se les conoce bien sus
propiedades, para construir formas que no sabemos analizar, de tal manera
que soporten cargas que ignoramos y sin embargo se comporten satisfactoriamente
(todo esto sin que la gente se de cuenta)” (autor desconocido).
Misma cita adaptada que es mencionada por Edgard L. Wilson (productor del
programa SAP2000) en su libro “Three dimensional static and dynamic analysis of
structures”
http://www.edwilson.org/book/book.htm
La Ingeniería estructural es la aplicación de los conocimientos de la Mecánica, ciencia
que estudia las fuerzas y sus efectos, al arte de diseñar estructuras.
En el análisis estructural conjugamos conocimientos de ciencias básicas aplicadas al
arte de la ingeniería para encontrar fuerzas y deformaciones en una estructura,
mediante modelos creados a partir de los conocimientos físicos y matemáticos.
http://www.edwilson.org/book/book.htm
Así, la ingeniería estructural es la rama de la ingeniería que trata la concepción, el
diseño y la construcción de las estructuras para desarrollar actividades humanas.
Como tal, la ingeniería estructural debe contemplar cuatro criterios básicos que
las estructuras, como cualquier otro ingenio humano, deben satisfacer; éstos son:
• Funcionalidad
• Seguridad
• Economía
• Estética
A estos criterios básicos se suman otros complementarios, tales como el impacto
ambiental, la factibilidad de mantenimiento y gestión, la reciclabilidad, etc., que
cobran mayor importancia en las economías más desarrolladas. Evidentemente, la
importancia relativa de cada uno de los criterios en juego depende mucho del tipo
de estructura de que se trate. Claramente no son los mismo para el edificio de
contención de una central nuclear, donde el requisito de seguridad es primordial,
que para un palacio de exposiciones, donde los criterios de funcionalidad y
estética deben ser decisivos, o para una construcción auxiliar de obra, en la que la
economía primará, obviamente, sobre los condicionantes estéticos. En cualquier
caso, puede asegurarse que los dos criterios esenciales en toda estructura son la
funcionalidad, su razón de ser, y la seguridad, su garantía de ser.
Mecánica de estructuras
- Mecánica del punto material y de los sistemas de puntos materiales
- Mecánica de los cuerpos rígidos
-Mecánica de los
medios continuos
-Mecánica de
los sólidos
-Mecánica de los fluidos
Teoría de la Elasticidad
(Comportamiento elástico)
Teoría de la Plasticidad. Viscoelasticidad
y Viscoplasticidad
(Comportamiento no elástico)
Resistencia de materiales
(Cualquier tipo de comportamiento bajo 
hipótesis simplificadas)
Mecánica 
racional
ASPECTOS BÁSICOS DE UN PROYECTO DE INGENIERÍA 
En general en cualquier proyecto podemos distinguir las siguientes etapas:
• Identificación de una necesidad
• Anteproyecto (ingeniería conceptual e ingeniería básica)
•Proyecto (ingeniería de detalle)
• Ejecución
Las etapas del diseño estructural son las siguientes:
• Estructuración
• Análisis
• Dimensionamiento
La estructuración corresponde a la definición de la forma, o tipo estructural, incluyendo
el material a usar.
El análisis comprende la modelación de la estructura y el cálculo de deformaciones y
esfuerzos internos de sus elementos.
El dimensionamiento, comúnmente llamado también “diseño” de los elementos
requiere la consideración del tipo de solicitación (carga axial, flexión, corte, torsión) y del
comportamiento del elemento frente a tal solicitación. El diseño no es exclusivamente
un problema de resistencia, ya que con frecuencia pueden controlar las condiciones de
serviciabilidad.
ESTRUCTURACIÓN
Definición de forma 
y tipo estructural
ANÁLISIS
- Modelación
- Cálculo de esfuerzos
internos y deformaciones
DIMENSIONAMIENTO
- Resistencia
- Serviciabilidad
- Seguridad
Estimación
Costo
Producto
Final
Cambio
Re-análisis
Cambio
R
e-
es
tr
u
ct
u
ra
ci
ó
n
Una característica esencial de la formulación de un proyecto o del desarrollo de un diseño estructural es
que se trata de problemas cuyas variables están inicialmente indefinidas y su conocimiento va
progresando a medida que se avanza en la solución del problema.
- Elasticidad y linealidad. Ley de hooke:
Un sólido sometido a un estado de carga se deforma lineal y elásticamente.
•Lineal: la deformación de un sólido sometido a una fuerza es proporcional a esta.
•Elasticidad: un sólidos sometido a cargas externas se deforma y recupera su forma
original al retirar dichas cargas, es decir, no existe deformación remanente.
HIPÓTESIS BÁSICAS A CONSIDERAR
- Deformaciones pequeñas:
Las deformaciones de los cuerpos elásticos son de tal magnitud que no modifican los
valores de las cargas. Así, al deformarse un cuerpo elástico las cargas a él aplicadas se
desplazan al hacerlo sus puntos de aplicación, provocando un efecto secundario que
en virtud de esta hipótesis se desprecia.
Efecto P-Δ
- Principio de superposición:
Si se cumple la ley de Hooke y se supone que los desplazamientos producidos por las
fuerzas actuantes son pequeños en relación a las dimensiones del cuerpo, de tal
manera que se puede considerar que este mantiene la forma y dimensiones originales,
entonces puede aplicarse el principio de superposición. El principio de superposición
establece que los efectos que un sistema de fuerzas aplicadas origina en un cuerpo,
son iguales a la suma de los efectos que originan esas mismas fuerzas actuando por
separado.
En virtud de las propiedades conmutativa y asociativa de la suma, resulta que el
enunciado del principio de superposición es equivalente a establecer que “los efectos
que un sistema de fuerzas aplicadas origina en un cuerpo son independientes del
orden de aplicación de las fuerzas”. Matemáticamente, el principio de superposición
establece que la relación acción-respuesta es lineal y tiene las propiedades de las
funciones lineales.
6x4
4x2
2x0
 
)4·(20)2·(10·33.13
)2·(10·33.13
·33.13
)(
)()()( 21











xxx
xx
x
xM
xMxMxM
6x2
2x0
 
)2·(10·67.6
·67.6
)(1 






xx
x
xM
6x4
4x0
 
)4·(20·67.6
·67.6
)(2 






xx
x
xM
2m 2m 2m
DEFINICIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES
Son elementos básicos que permiten modelar elementos reales más complejos para
poder analizar su comportamiento.
Elementos Tridimensionales: Tres dimensiones igualmente importantes
Cuerpos sólidos: Todas las direcciones son importantes. Su solución aborda métodos
aproximados de discretización (diferencias finitas, elementos finitos, etc.) a las
soluciones de las ecuaciones diferenciales o integrales de la mecánica de sólidos, a
partir de la Teoría de la Elasticidad o de métodos más complejos que permitan
considerar efectos no lineales.
Software usados en la Ingeniería Estructural
SAP2000ETABS
SAFE
MATHCAD
EXCEL
AUTOCAD
REVIT
Otros …
Elementos Bidimensionales: Dos dimensiones predominantes sobre la otra
Muros: Soportan cargas verticales y en el sentido de su plano
ea·bA 
Losas: Soportan cargas perpendiculares a su plano
Elementos Unidireccionales: Una dimensión es mucho mayor que las otras
Barras birrotuladas o bielas: Trabajan a tracción y compresión. No toman momento
A,E,L
I,E,L
Vigas: Elementos que trabajan principalmente a flexión y corte
Pilares o columnas: Elemento que resiste esfuerzos axiales, de flexión y corte
H,A,E,I
MATERIALES
El tipo de material usado en la estructura define la resistencia, la flexibilidad, la
durabilidad y muchas otras características de la estructura. Entre los materiales mas
comunes están el hormigón, acero, madera.
El avance en el conocimiento de las propiedades de los materiales permite que
nuestro análisis se acerque mas a la realidad, siendo nuestra responsabilidad tener un
buen conocimiento de las propiedades mecánicas del material elegido.
SISTEMAS DE APOYO (CASO PLANO)
En el modelado de una estructura se debe tener bastante cuidado para que la
representación del sistema sea lo mas parecido a la realidad; la ubicación y
determinación de los apoyos, la selección del tipo de elemento, la combinación de
estos y sus uniones juegan un papel primordial en esta etapa.
Para esto se definen sistemas de apoyo para nuestro modelo estructural, estos
representan las restricciones al movimiento de los sólidos en las 3 dimensiones
incluyendo desplazamientos y giro. Cada grado de libertad restringido genera 1
reacción ante la aplicación de la carga.
Si trabajamos en el plano tendremos:
1- Apoyo fijo: . Restringe los desplazamientos, genera 2 reacciones y permite el giro.
2- Apoyo deslizante rotulado: Restringe el desplazamiento vertical, genera 1 reacción y
permite 1 desplazamiento y el giro..
3- Apoyo empotrado: Restringe los desplazamientos y el giro, genera 3 reacciones.
4- Apoyo deslizante empotrado: Restringe el giro y un desplazamiento, genera 2
reacciones y permite 1 desplazamiento.
5.- Apoyos elásticos: Se considera como un resorte donde la fuerza de reacción es
proporcional a la deformación lineal del apoyo
Existen otros tipos de apoyo, pero son básicamente derivaciones de estos.
DEFINICIÓN DE FUERZAS
Fuerzas
Internas
Resultado de 
esfuerzos
Externas
Reacciones
Solicitaciones
  cmkgf 
A
F
 · 2
esfuerzoFdAf
A

Externas:
Internas:
  cmkgf 
A
F 2   cmkgf 
A
P 2
Solicitaciones
Estáticas
Peso Propio 
(PP)
Sobre Carga 
(SC)
Permanente 
(muebles)
Eventual 
(nieve)
Dinámicas
Viento Eventual
Sismo Eventual
Máquinas 
vibratorias
Impacto 
(camiones)
NORMATIVAS DE CÁLCULO Y DISEÑO. NORMATIVAS DE CARGA:
• NCh 1537.of2009: Cargas permanentes y sobrecargas de uso.
• NCh 431.of1977: Sobrecarga de nieve.
• NCh 432.of1977: Sobrecarga de viento.
• NCh 433.of1996 mod.2009: Diseño sísmico de edificios.
• NCh 2369.of2003: Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales.
• Nch 3171.of2008: Diseño estructural – Disposiciones generales y combinaciones de cargas.
• Manual de carreteras.
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• Nch 430.of2007: Hormigón Armado: Requisitos de diseño y cálculo
•AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials.
• AISC: American institute of steel construction.
• ACI: American concrete institute.
EQUILIBRIO ESTÁTICO: La estructura no experimenta movimientos de cuerpo rígido
sometida a acciones, ni puede desplazarse sin la aplicación de fuerzas externas, es
decir que deben formar un sistema de fuerzas de resultante nulo y de momento
resultante nulo, por lo que deben cumplir con lo que se conocen por Ecuaciones de la
Estática:













0F
0F
0F
0F
Z
Y
X













0M
0M
0M
0M
Z
Y
X
EQUILIBRIO DE UN SÓLIDO TRIDIMENSIONAL
El equilibrio debe producirse a nivel global y local, es decir, en cualquier punto donde
se corte la estructura.
Para efectos del curso se analizarán estructuras planas, por lo que las relaciones
estáticas que se tienen son:











0M
0F
0F
Z
Y
X
CASO PLANO