Autor:
Dr. Genner Villarreal Castro
Dr. Genner Villarreal Castro
Lima-Perú
2008
2008
PROLOGO
El Análisis Estructural, es una ciencia que estudia la resistencia, rigidez, estabilidad, durabilidad y seguridad en las obras. Por lo general, los textos base de Análisis Estructural, son muy voluminosos y, principalmente, se centran en la descripción teórica, lo cual dificulta el proceso de aprendizaje a través de trabajos domiciliarios e investigación, conducentes a un mejor dominio de la materia.
El presente libro nació, después de comprobar las grandes dificultades mostradas por los alumnos en la realización de sus trabajos domiciliarios.
Es por ello, que tomé el reto de escribir un libro, que haga más didáctico el proceso de estudio individual, describiendo, para ello, la teoría en forma sucinta, seria y con el rigor científico y resolviendo en forma detallada problemas tipo, donde se abarque todo el desarrollo de un capítulo en un solo problema, propiciando de manera más amena la convivencia con el Análisis Estructural.
En el presente libro, se tratan temas que en la mayoría de programas de las universidades no se analizan y que son muy importantes en la formación profesional de los ingenieros civiles.
Como base se tomó la experiencia adquirida en el dictado de los cursos de Análisis Estructural en Moscow State Civil Engineering University, Universidad de San Martín de Porres de Lima y Universidad Privada Antenor Orrego de Trujillo.
En mi modesta opinión, el presente libro es único en su género, tanto en la forma de su descripción teórica, como en la forma de resolución de problemas; así como en su contenido, que no es una repetición de otros textos, editados anteriormente.
El presente libro consta de una introducción, 10 capítulos, bibliografía y anexo.
En la introducción se fundamenta la actualidad del curso y se dan las líneas de investigación del Análisis Estructural como ciencia.
En el primer capítulo se analizan arcos triarticulados con y sin tirante, ante cargas estáticas y movibles, graficando las líneas de influencia de las reacciones y fuerzas internas.
En el segundo capítulo se calculan armaduras isostáticas ante cargas estáticas y movibles, graficando sus líneas de influencia.
En el tercer capítulo se analizan pórticos hiperestáticos por el método de las fuerzas, considerando los efectos de simetría, variación de temperatura y asentamiento o desplazamiento de los apoyos.
En el cuarto capítulo se calculan vigas continuas por la ecuación de los tres momentos y método de los momentos focales, graficando sus líneas de influencia de las reacciones y fuerzas internas.
En el quinto capítulo se analizan armaduras hiperestáticas ante cargas estáticas y movibles, graficando sus líneas de influencia.
En el sexto capítulo se calculan pórticos hiperestáticos por el método de desplazamientos, tanto en forma descompuesta, como canónica y considerando el efecto de simetría.
En el sétimo capítulo se analizan vigas sobre bases elásticas por el modelo de Winkler, comparando los resultados analíticos con los del programa BEAM.
En el octavo capítulo se calculan estructuras de paredes delgadas, basados en la teoría de Vlasov, graficando sus diagramas de fuerzas internas y esfuerzos.
En el noveno capítulo se analiza la estabilidad estructural de pórticos hiperestáticos simétricos y no simétricos, a través del método de desplazamientos.
En el décimo capítulo se analiza la dinámica estructural de pórticos hiperestáticos, a través del método de las fuerzas y analizando las vibraciones libres y forzadas.
El presente texto está dirigido a estudiantes de ingeniería civil y docentes que imparten los cursos de Análisis Estructural; así como a ingenieros civiles, postgraduandos e investigadores en el área de estructuras.
Este libro se lo dedico a mis colegas y amigos de la Cátedra de Mecánica Estructural de Kiev National University of Building and Architecture, lugar donde me formé académicamente y pude compartir con verdaderos genios de prestigio mundial, como son los científicos D.Sc., Prof. Amiro I.Ya.; D.Sc., Prof. Bazhenov V.A.; D.Sc., Prof. Dejtiariuk E.S.; D.Sc., Prof. Guliar O.I.; D.Sc., Prof. Granat S.Ya.; D.Sc., Prof. Isajanov G.V.; D.Sc., Prof. Kovneristov G.B.; D.Sc., Prof. Shishov O.V.; D.Sc., Prof. Verizhenko V.E.; Ph.D., Prof. Demianiuk R.K.; Ph.D., Prof. Melnichenko G.I.; Ph.D., Prof. Sajarov O.S. y Ph.D., Prof. Zhdan V.Z.; de quienes aprendí este maravilloso mundo de la Mecánica Estructural y sentaron las bases sólidas en mi formación científica.
De manera muy especial, dedico el presente libro a mi hermana Verónica, por ser ejemplo de juventud divino tesoro, que me inspira y transmite diariamente energía renovada, permitiéndome aportar a un desarrollo integral de la sociedad.
INDICE
PROLOGO
INTRODUCCION
CAPITULO 1. ARCOS TRIARTICULADOS
1.1. Análisis cinemático
1.2. Cálculo analítico
1.2.1. Metodología de cálculo
1.2.2. Cálculo de arco sin tirante
1.2.3. Cálculo de arco con tirante
1.3. Cálculo ante cargas movibles
1.3.1. Línea de influencia de las reacciones
1.3.2. Línea de influencia de las fuerzas internas
1.3. Cálculo ante cargas movibles
1.3.1. Línea de influencia de las reacciones
1.3.2. Línea de influencia de las fuerzas internas
CAPITULO 2. ARMADURAS ISOSTATICAS
2.1. Análisis cinemático
2.2. Determinación de las reacciones en los apoyos
2.3. Barras nulas
2.4. Determinación de las fuerzas internas en las barras de la armadura
2.5. Cálculo analítico de armadura isostática
CAPITULO 3. METODO DE LAS FUERZAS
3.1. Grado de indeterminación del sistema
3.2. Elección del sistema principal
3.3. Sistema de ecuaciones canónicas
3.4. Diagramas finales de fuerzas internas
3.5. Comprobación cinemática del diagrama final de momento flector
3.6. Efecto de la variación de temperatura
3.7. Efecto de asentamiento o desplazamiento de apoyos
3.8. Pórticos simétricos
3.9. Cálculo analítico de pórticos planos
CAPITULO 4. VIGAS CONTINUAS
4.1. Ecuación de los tres momentos
4.2. Método de los momentos focales
4.3. Determinación de las fuerzas internas y reacciones en los apoyos
4.4. Determinación de las fuerzas de cálculo
4.5. Líneas de influencia
4.6. Determinación de las fuerzas internas con ayuda de las líneas de influencia
4.7. Cálculo analítico de viga continua
CAPITULO 5. ARMADURAS HIPERESTATICAS
5.1. Conceptos fundamentales
5.2. Cálculo analítico de armadura hiperestática
CAPITULO 6. METODO DE DESPLAZAMIENTOS
6.1. Sistema principal
6.2. Sistema de ecuaciones
6.3. Diagrama final de momento flector
6.4. Diagrama final de fuerza cortante
6.5. Diagrama final de fuerza axial
6.6. Particularidades del cálculo de pórticos simétricos
6.7. Cálculo de pórtico plano por la forma descompuesta
6.8. Cálculo de pórtico simétrico por la forma descompuesta
6.9. Cálculo de pórtico plano por la forma canónica
6.10. Cálculo de pórtico simétrico por la forma canónica
CAPITULO 7. VIGAS SOBRE BASES ELASTICAS
7.1. Dependencias fundamentales
7.2. Cálculo analítico de viga sobre base elástica
CAPITULO 8. ESTRUCTURAS DE PAREDES DELGADAS
8.1. Conceptos fundamentales
8.2. Características geométricas de la sección
8.3. Fuerzas y desplazamientos
8.4. Esfuerzos normal y tangencial
8.5. Condiciones de borde
8.6. Cálculo de viga de pared delgada
CAPITULO 9. ESTABILIDAD ESTRUCTURAL
9.1. Conceptos fundamentales
9.2. Estabilidad de barras
9.3. Suposiciones en el cálculo de estabilidad de pórticos
9.4. Fórmulas del método de desplazamientos para barras en flexo-compresión
9.5. Sistema de ecuaciones del método de desplazamientos
9.6. Ecuación de estabilidad de pórticos
9.7. Cálculo de estabilidad de pórticos no simétricos
9.8. Cálculo de estabilidad de pórticos simétricos
CAPITULO 10. DINAMICA ESTRUCTURAL
10.1. Conceptos fundamentales
10.2. Cálculo dinámico de pórtico plano
BIBLIOGRAFIA
Dr. Genner Villarreal Castro
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