Diseño de armaduras y marcos.
Gracias al señor Angel Ariel Portorreal por enviarnos este material como colaboración para ser publicado en ARQHYS. Para diseñar cualquier estructura se necesita determinar las fuerzas en los marcos (esfuerzos axiales, cortantes y flectores) basados en las cargas muertas y en las combinaciones críticas de carga muerta y viva.
El método de análisis depende de la complejidad de la estructura y de que ésta sea estáticamente determinada o indeterminada. Al efectuar el análisis, se puede considerar la estructura como bi o tridimensional. Las estructuras simples son por lo general determinadas; esto es, son suficientes las tres ecuaciones de la estática C’I:,Ph, ‘I:,Pv, ‘I:,M= O) para obtener las fuerzas internas de los miembros.
En las estructuras simples, se supone que los extremos de los miembros no transfieren la resistencia a momento a los miembros adyacentes. Las fuerzas internas de los miembros en las estructuras determinadas se obtienen fácilmente mediante el cálculo manual y con considerable eficiencia usando calculadoras de bolsillo. Las estructuras rígidas son por lo general indeterminadas, puesto que los extremos de los miembros transfieren fuerzas cortantes y momentos a los miembros adyacentes. Las estructuras indeterminadas requieren la compatibilidad de deformación para suplementar las ecuaciones de la estática para determinar las fuerzas internas de los miembros.
Se usan las computadoras digitales para obtener soluciones para todas las estructuras indeterminadas, con excepción de las más sencillas. Para las vigas continuas y algunas estructuras simples de marco rígido se tienen soluciones que se pueden hallar en los manuales (o deducirse con facilidad usando métodos de la resistencia de materiales). Se presentan algunas soluciones para vigas, en la Parte IV del SSDD, en el manual de la AISC, yen la mayoría de los manuales de ingeniería. Una parte fundamental del diseño estructural es establecer si la estructura ha de ser rígida o simple.
Un marco rígido proporciona por lo general menores momentos de diseño, pero casi nunca resulta en un diseño más económico. Esto se debe a: l. Consideraciones prácticas de control de calidad y diseño de conexiones rígidas contra simples. 2. La tendencia a utilizar vigas del mismo peralte a través de varios claros, aunque algunos de éstos sean más cortos o soporten menos carga. 3. El uso de un tamaño constante de columna a través de cuando menos dos pisos ya menudo tres o más, para reducir los empalmes. Como la columna es la que resiste la mayor carga, resulta sobrediseñada en el piso superior (o en los pisos superiores).
El método de análisis por rigidez (anteriormente conocido como método de deflexión y pendiente) es el que se usa más comúnmente para el análisis estructural indeterminado, usando la computadora digital. Este método se adapta particularmente al uso de la computadora, ya que la matriz es siempre poco densa y simétrica. Se puede aprovechar la simetría para reducir el esfuerzo de inversión, de modo que se puedan obtener económicamente rápidas soluciones de problemas de muy grandes dimensiones. Todas las soluciones de las estructuras indeterminadas son repetitivas y generalmente no son únicas a causa de que la salida depende de la entrada de datos o dicho de manera diferente, es necesario conocer las propiedades de los miembros (área, A; momento de inercia, J) a fin de obtener compatibilidad de desplazamiento. Como se puede obtener la salida de una computadora digital en forma rápida, se puede iniciar el problema usando valores relativos de A e J, y usar luego esta salida para seleccionar miembros preliminares y repetir el proceso según se requiera.
Cuando la entrada es considerable, y donde los marcos contengan gran número de miembros, puede que sea mejor usar métodos aproximados de análisis para obtener dimensiones preliminares de los miembros. Uno de los métodos aproximados es simplemente suponer tamaños relativos de las columnas y vigas (por ejemplo, A = constante, Jb = 1.2Jc u otros valores relativos). Se puede usar la distribución de momentos junto con los valores relativos de A y de J, para obtener dimensiones preliminares de los miembros (pero limitando su uso a no más de dos o tres ciclos). Los métodos del portal y del voladizo para el análisis aproximado de los marcos se puede usar para marcos dé edificios de uno o más pisos. Estos dos últimos métodos se usan principalmente para obtener los efectos de las fuerzas laterales (de viento) sobre un marco.
