Arq. e Ingineriria de materiales

Fundamentos de Diseño
Estructural
Parte I - Materiales
Argimiro Castillo Gandica

Fundamentos básicos
• Formas de falla
– Por sobrecarga (resistencia insuficiente)
– Por deformación excesiva (rigidez insuficiente)

• Tipos de esfuerzos
– Normal (axial)
– Tangencial (cortante)

• Factores de incertidumbre (falta de precisión)
• Tipos de análisis
– Elástico - lineal
– Elasto -plástico
– No - lineal

• Metodología de diseño
• Conceptos universales (cuatro conceptos universales)

Formas de falla
• Por sobrecarga: la resistencia del material
es insuficiente y se despedaza, desgarra,
rasga o rompe (esfuerzos permisibles de
cada material)
• Por deformación excesiva: la rigidez de la
estructura es insuficiente y se deforma
grandemente, tiene curvatura excesiva,vibra intensamente o se pandea (módulo
de elasticidad de cada material)

Tipos de esfuerzos
Existen dos tipos de esfuerzos fundamentales:
• Esfuerzo normal (axial): son esfuerzos paralelos al eje del
elemento, pueden ser de compresión o de tracción o de ambos en
simultáneo (flexión).
• Esfuerzo tangencial (cortante): son esfuerzos perpendiculares al
eje del elemento, que tienden adesplazar una porción del elemento
respecto del otro.

Axial

Tangencial

Factores de incertidumbre
•

Corresponde al margen de error de cada diseño, su magnitud es
proporcional a la cantidad de desconocimiento implícito. El
“factor de seguridad” (FS) es el valor numérico de este factor
de incertidumbre. Aplicado de maneras divergentes, conduce a
dos términos diferentes:

– La expresión(1/FS)*Fy (donde: Fy = esfuerzo último o de fluencia),
–

proporciona el esfuerzo permisible de trabajo
La expresión FS*CT (donde: CT= Cargas de Trabajo), es el factor
de carga, obteniéndose las cargas últimas (de falla o de colapso),
que se utilizan con los esfuerzos últimos (Fy)

Tipos de análisis (1)
• “Analizar una estructura” significa encontrar los
momentos y fuerzas inducidas porlas cargas
• “Analizar un miembro” significa encontrar los
esfuerzos en un plano particular (generalmente
perpendicular al eje centroidal).
• Las características del material se encuentran con
ensayos bien sea de tracción o de compresión axial o de
carga de cortante, y se elaboran gráficos de esfuerzodeformación. Se encuentran entonces, tres tipos de
análisis:
– Material elástico – lineal– Material elasto – plástico perfecto
– Material no – lineal

Tipos de análisis (2)
No-lineal

Elasto-plástico

Elástico Lineal
σ

σ

ε

σ

ε

Diagramas Esfuerzo-Deformación

ε

Metodologías de diseño
Metodología de Diseño

1

Diseño por esfuerzos de trabajo
(DET) en concreto armado

3

Diseño por resistencia (DRU) en
concreto armado y presforzado

1
2
1Algunas estructuras
aeroespaciales

3

Estudios experimentales en
concreto

Elástico

Elástico

Factor de Carga

Elástico

Plástico

Factor de Carga

Plástico

Plástico

Factor de Carga

No-lineal

No-lineal

Análisis experimental y diseño de
metales

2

Factor de
seguridad

Diseño plástico en acero
Teoría de las Líneas de Fluencia
en concreto armadoAnálisis del
Miembro

Diseño elástico en madera,
concreto presforzado y metales

1

Análisis
Estructural

Diseño por esfuerzos permisibles
en acero

2

Factor de
Incertidumbre

Conceptos Universales
• Existen cuatro conceptos universales que se
utilizan para el análisis estructural:
– Esfuerzos en la sección transversal de un elemento:
σ=

P Mc
±
A I

– Circulo de Mohr:relaciona los esfuerzos principales y
el cortante
– Centroides, momentos de inercia y módulos de
sección
– Expresión de la deformada de un elemento:
1 d2y M
K= = 2 =
R dx
EI

Materiales
• La resistencia de los materiales a utilizar en la
estructura, es esencial para inferir los esfuerzos
y posibles deformaciones que describen el
comportamiento de los miembros estructurales
ante...