Analisis de estructuras de acero

Estructuras de acero
Métodos de análisis1
1. Introducción
La verificación de la resistencia de las secciones, la estabilidad de las barras de
la estructura o de los perfiles que las componen, y quizá la fatiga, exigen conocer de
antemano el reparto de las fuerzas internas2 en la estructura; de aquí se puede deducir el
reparto de las tensiones en cualquier sección que se requiera. Laexpresión «fuerzas
internas» designa generalmente y se refiere a las fuerzas axiales, fuerzas cortantes,
momentos de flexión, momentos de torsión, etc.
Las fuerzas internas de una estructura estáticamente determinada (isostática)
se pueden hallar basándose sólo en la estática. En una estructura estáticamente
indeterminada (hiperestática) las ecuaciones de equilibrio estático no bastan pararesolverlas; hace falta también conocer algo de las condiciones geométricas bajo
carga. En esta fase importa entender las diferencias fundamentales entre estructuras
isostáticas e hiperestáticas.
Las fuerzas internas de una estructura se pueden determinar, bien por análisis
elástico o plástico global. Aunque el análisis elástico global puede usarse en todos los
casos, el análisis plástico global sólosirve cuando la sección de las barras y el acero
satisfacen determinadas condiciones.
Las fuerzas internas se pueden hallar mediante distintos métodos, según se
pueda despreciar o no el efecto de las deformaciones en la estructura. En la teoría de
primer orden, se realizan los cómputos referidos solamente a la geometría inicial de la
estructura; en tal caso las deformaciones son tan pequeñasque los desplazamientos
resultantes afectan poco a la geometría de la estructura y por ello tampoco varían
grandemente las fuerzas que actúan en las barras. La teoría de segundo orden toma en
cuenta la influencia de la deformación de la estructura, y por tanto, debe hacerse
referencia a la geometría deformada bajo carga.
La teoría de primer orden puede servir, por ejemplo, para el análisisglobal en
los casos en que la estructura está debidamente arriostrada, impedida la
deformación horizontal, o si los métodos de cálculo prevén indirectamente los
efectos de segundo orden. La teoría de segundo orden sirve para todos los casos
sin restricciones.
Cuando se puede aplicar la teoría de primer orden, el comportamiento de la
estructura hecha con un material que obedezca la ley deHooke, es lineal por sí
mismo; los desplazamientos –de traslación o rotación de cualquier perfil– varían
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Elementos Estructurales. Tomo 9. (1999). Instituto Técnico de la Estructura en Acero. San Sebastián

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Otras denominaciones comunes: Solicitaciones o esfuerzos internos, fuerzas de sección, etc.

Estructuras de acero. Métodos de análisis.

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linealmente con las fuerzas aplicadas;o sea, todo aumento del desplazamiento es
proporcional a la fuerza que lo causa. En tales condiciones, se pueden sumar por el
principio de superposición las tensiones, deformaciones, fuerzas internas y
desplazamientos debidos a distintas acciones. De hecho este principio dice que los
desplazamientos (fuerzas internas) debidos a varias cargas actuando
simultáneamente son iguales a la suma delos desplazamientos (fuerzas internas)
debidos a la acción de cada carga por separado. Esto no se aplica si la relación
tensión-deformación del material no es lineal, o si la estructura (aunque esté hecha
con material que obedezca la ley de Hooke) no se comporta linealmente debido a los
cambios de geometría causados por las cargas aplicadas. El principio de
superposición, si puede aplicarse,es especialmente útil para determinar la condición
más desfavorable de cada barra de una estructura estáticamente indeterminada.
En la práctica, el análisis elástico global se emplea generalmente para estudiar
la eficacia de servicio de la estructura; es decir, los estados límites pasados los
cuales los criterios de servicio especificados dejan de cumplirse (ELS). El análisis
plástico...