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. La expresión«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 para resolverlas; hacefalta 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 sólo sirve cuando lasección 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 pequeñas que losdesplazamientos 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 análisis global en los casos en quela 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 de Hooke, es lineal por sí mismo; losdesplazamientos –de traslación o rotación de cualquier perfil– varían
1 2

Elementos Estructurales. Tomo 9. (1999). Instituto Técnico de la Estructura en Acero. San Sebastián Otras denominaciones comunes: Solicitaciones o esfuerzos internos, fuerzas de sección, etc. 1

Estructuras de acero. Métodos de análisis.

linealmente con las fuerzas aplicadas; o sea, todo aumento del desplazamiento esproporcional 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 de los desplazamientos (fuerzas internas) debidosa 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 condiciónmás 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 global tiene utilidad particular para investigar los estados...