Tabla breve del Contenido

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1 Tabla breve del Contenido PARTE UNO: ESTRUCTURAS ESTÁTICAMENTE DETERMINADAS CAPÍTULO 1 Introducción 3 CAPÍTULO 2 Cargas estructurales 16 CAPÍTULO 3 Sistema de cargas y comportamiento 43 CAPÍTULO 4 Reacciones 57 CAPÍTULO 5 Fuerza cortante y momento flexionante 95 CAPÍTULO 6 Introducción al estudio de las armaduras planas 117 CAPÍTULO 7 Armaduras planas (continuación) 143 CAPÍTULO 8 Armaduras espaciales o tridimensionales 168 CAPÍTULO 9 Líneas de influencia para vigas 185 CAPÍTULO 10 Líneas de influencia y cargas móviles en armaduras 204 CAPÍTULO 11 Deflexiones y cambios angulares usando métodos geométricos 225 CAPÍTULO 12 Deflexiones y cambios angulares usando métodos geométricos (continuación) 248 CAPÍTULO 13 Deflexiones y cambios angulares usando métodos de energía 264 PARTE DOS: ESTRUCTURAS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADAS Métodos clásicos CAPÍTULO 14 Introducción a las estructuras estáticamente indeterminadas 297 CAPÍTULO 15 Métodos de fuerzas para el análisis de estructuras estáticamente indeterminadas 305 CAPÍTULO 16 Métodos de fuerzas para el análisis de estructuras estáticamente indeterminadas (continuación) 322 CAPÍTULO 17 Líneas de influencia para estructuras estáticamente indeterminadas 347 CAPÍTULO 18 Pendiente-deflexión: un método de análisis por desplazamientos 363 PARTE TRES: ESTRUCTURAS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADAS Métodos comunes actualmente en uso CAPÍTULO 19 Análisis aproximado de estructuras estáticamente indeterminadas 389 CAPÍTULO 20 Distribución de momentos en vigas 413 CAPÍTULO 21 Distribución de momentos para marcos 433 CAPÍTULO 22 Introducción a los métodos matriciales 461 CAPÍTULO 23 Fundamentos del método de los desplazamientos o de las rigideces 470 CAPÍTULO 24 Matrices de rigideces para elementos inclinados 494 CAPÍTULO 25 Temas adicionales de métodos matriciales 518 xiii

2 xiv TABLA BREVE DEL CONTENIDO APÉNDICES APÉNDICE A La ecuación de la catenaria 533 APÉNDICE B Álgebra matricial 538 APÉNDICE C Cargas eólica, sísmica y de nieve. Tablas y figuras 553 APÉNDICE D Análisis por computadora de diversas estructuras con SAP APÉNDICE E Fórmulas útiles 573 Glosario 577 Índice 583

3 Contenido DEDICATORIA PREFACIO xiii vii PARTE UNO: ESTRUCTURAS ESTÁTICAMENTE DETERMINADAS 1 CAPÍTULO 1 Introducción Análisis y diseño estructural Historia del análisis estructural Principios básicos del análisis estructural Componentes y sistemas estructurales Fuerzas estructurales Idealización estructural (diagramas de líneas) Exactitud de los cálculos Verificación de los problemas Impacto de las computadoras en el análisis estructural 14 CAPÍTULO 2 Cargas estructurales Introducción Seguridad estructural Especificaciones y reglamentos de construcción Tipos de cargas estructurales Cargas muertas Cargas vivas Factores de impacto por carga viva Cargas vivas sobre techos Cargas de lluvia Cargas de viento Procedimiento simplificado de la ASCE para estimar las cargas de viento Procedimiento detallado de la ASCE para estimar las cargas de viento Cargas sísmicas Procedimiento de fuerza lateral equivalente para estimar las cargas sísmicas Cargas de nieve 37 xv

4 xvi CONTENIDO 2.16 Otras cargas Problemas para solucionar 41 CAPÍTULO 3 Sistema de cargas y comportamiento Introducción Áreas tributarias Áreas de influencia Reducción de la carga viva Condiciones de carga para el diseño por esfuerzos permisibles Condiciones de carga para el diseño por resistencia Concepto de envolvente de fuerzas Problemas para solucionar 56 CAPÍTULO 4 Reacciones Equilibrio Cuerpos móviles Cálculo de las incógnitas Tipos de soporte Estabilidad, determinación e indeterminación Equilibrio inestable e inestabilidad geométrica Convención de signos Diagramas de cuerpo libre Componentes horizontales y verticales Reacciones por proporciones Reacciones calculadas con ecuaciones de equilibrio estático Principio de superposición El voladizo simple Estructuras con voladizo Cálculo de las reacciones para las estructuras con voladizos Arcos Arcos de tres articulaciones Usos de arcos y de estructuras con voladizos Cables Problemas para solucionar 88 CAPÍTULO 5 Fuerza cortante y momento flexionante Introducción Diagramas de fuerza cortante Diagramas de momento Relaciones entre cargas, fuerzas cortantes y momentos flexionantes Diagramas de momento flexionante dibujados a partir de diagramas de fuerza cortante Diagramas de fuerza cortante y de momento flexionante para marcos estáticamente determinados Ecuaciones de la fuerza cortante y del momento flexionante Problemas para solucionar 112

5 CONTENIDO xvii CAPÍTULO 6 Introducción al estudio de las armaduras planas Introducción Hipótesis para el análisis de armaduras Notación para las armaduras Armaduras para techos Armaduras para puentes Disposición de los elementos de una armadura Determinación estática de las armaduras Métodos de análisis y convenciones Método de los nudos Análisis por computadora de armaduras estáticamente determinadas Problema de ejemplo en computadora Problemas para solucionar 138 CAPÍTULO 7 Armaduras planas (continuación) Análisis por el método de las secciones Aplicación del método de las secciones Método de los cortantes Miembros con fuerza cero Cuando las hipótesis no son correctas Armaduras simples, compuestas y complejas Prueba de la carga cero Estabilidad Ecuaciones de condición Problemas para solucionar 162 CAPÍTULO 8 Armaduras espaciales o tridimensionales Introducción Principios básicos Ecuaciones del equilibrio estático Estabilidad de las armaduras espaciales Teoremas especiales aplicables a las armaduras tridimensionales Tipos de apoyo Ejemplos ilustrativos Solución usando ecuaciones simultáneas Problema de ejemplo con SABLE Problemas para solucionar 182 CAPÍTULO 9 Líneas de infl uencia para vigas Introducción Definición de la línea de influencia Líneas de influencia para las reacciones de una viga simple Líneas de influencia para fuerzas cortantes en vigas simples Líneas de influencia para momentos en vigas simples 188

6 xviii CONTENIDO 9.6 Líneas de influencia cualitativas Usos de las líneas de influencia; cargas concentradas Usos de las líneas de influencia; cargas uniformes Fórmulas comunes para vigas simples a partir de líneas de influencia Determinación de los efectos máximos de la carga usando líneas de influencia Efectos máximos de las cargas usando la curvatura de la viga Cargas de impacto Problemas para solucionar 201 CAPÍTULO 10 Líneas de infl uencia y cargas móviles en armaduras Líneas de influencia en armaduras Disposición de los sistemas de piso de puentes Líneas de influencia para las reacciones de una armadura Líneas de influencia para las fuerzas de los miembros de armaduras de cuerda paralela Líneas de influencia para fuerzas de miembros de armaduras de cuerda no paralela Líneas de influencia para armaduras K Determinación de las fuerzas máximas Barras de contratensión en las armaduras de puentes Cargas vivas para puentes carreteros Cargas vivas para puentes ferroviarios Valores máximos para cargas móviles Problemas para solucionar 223 CAPÍTULO 11 Deflexiones y cambios angulares usando métodos geométricos Introducción Croquis de las deformaciones de las estructuras Razones para calcular las deflexiones Teoremas del área del diagrama de momento Aplicación de los teoremas del área del diagrama de momento Análisis de vigas doblemente empotradas Teorema de Maxwell sobre las deflexiones recíprocas Problemas para solucionar 245 CAPÍTULO 12 Deflexiones y cambios angulares usando métodos geométricos (continuación) El método de los pesos elásticos Aplicación del método de los pesos elásticos Limitaciones del método del peso elástico Método de la viga conjugada Resumen de vigas conjugadas Equilibrio Resumen de relaciones en vigas Aplicación del método de la viga conjugada a vigas Deflexiones a largo plazo 260

7 CONTENIDO xix Aplicación del método de la viga conjugada a marcos Problemas para solucionar 261 CAPÍTULO 13 Deflexiones y cambios angulares usando métodos de energía Introducción a los métodos de energía Principio de la conservación de la energía Trabajo virtual o método del trabajo virtual complementario Deflexiones en armaduras por trabajo virtual Aplicación del trabajo virtual en las armaduras Cálculo de deflexiones en vigas y en marcos mediante el método del trabajo virtual Problemas de ejemplo para vigas y marcos Cálculo de rotaciones o cambios angulares por medio del trabajo virtual Introducción a los teoremas de Castigliano Segundo teorema de Castigliano Problemas para solucionar 289 PARTE DOS: ESTRUCTURAS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADAS Métodos clásicos CAPÍTULO 14 Introducción a las estructuras estáticamente indeterminadas Introducción Estructuras continuas Ventajas de las estructuras indeterminadas Desventajas de las estructuras indeterminadas Métodos para analizar estructuras estáticamente indeterminadas Mirando hacia adelante 304 CAPÍTULO 15 Métodos de fuerzas para el análisis de estructuras estáticamente indeterminadas Vigas y marcos con una redundante Vigas y marcos con dos o más redundantes Asentamiento de apoyos Problemas para solucionar 320 CAPÍTULO 16 Métodos de fuerzas para el análisis de estructuras estáticamente indeterminadas (continuación) Análisis de armaduras con redundantes externas Análisis de armaduras con redundantes internas Análisis de armaduras con redundantes internas y externas Cambios de temperatura, contracción, errores de fabricación, etcétera Primer teorema de Castigliano 332

8 xx CONTENIDO 16.6 Análisis con computadoras Problemas para solucionar 342 CAPÍTULO 17 Líneas de infl uencia para estructuras estáticamente indeterminadas Líneas de influencia para vigas estáticamente indeterminadas Líneas de influencia cualitativas Líneas de influencia para armaduras estáticamente indeterminadas Problemas para solucionar 360 CAPÍTULO 18 Pendiente-deflexión: Un método de análisis por desplazamientos Introducción Deducción de las ecuaciones de pendiente-deflexión Aplicación de las ecuaciones de pendiente-deflexión a vigas continuas Vigas continuas con extremos simplemente apoyados Diversos aspectos relacionados con las vigas continuas Análisis de vigas con asentamientos en los apoyos Análisis de marcos sin desplazamiento lateral Análisis de marcos con desplazamiento lateral Análisis de marcos con columnas inclinadas Problemas para solucionar 382 PARTE TRES: ESTRUCTURAS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADAS Métodos comunes actualmente en uso CAPÍTULO 19 Análisis aproximado de estructuras estáticamente indeterminadas Introducción Armaduras con dos diagonales en cada tablero Vigas continuas Análisis de estructuras de edificios para cargas verticales Análisis de portales Análisis de marcos de edificio para cargas laterales Análisis aproximado de marcos comparados con el análisis exacto por SABLE Distribución de momentos Análisis de armaduras Vierendeel Problemas para solucionar 410 CAPÍTULO 20 Distribución de momentos en vigas Introducción Relaciones básicas 415

9 CONTENIDO xxi 20.3 Definiciones Convención de signos Aplicación de la distribución de momentos Modificación de la rigidez para el caso de extremos simples Diagramas de fuerza cortante y de momento flexionante Soluciones con computadora con SABLE Problemas para solucionar 430 CAPÍTULO 21 Distribución de momentos para marcos Marcos sin desplazamiento lateral Marcos con desplazamiento lateral Momentos debidos al desplazamiento lateral Marcos con elementos inclinados Marcos de niveles múltiples Análisis con computadora de los marcos Problemas para solucionar 457 CAPÍTULO 22 Introducción a los métodos matriciales Análisis de estructuras con el uso de la computadora Métodos matriciales Repaso de álgebra matricial Métodos de análisis de las fuerzas y de los desplazamientos Introducción al método de las fuerzas o de las flexibilidades Problemas para solucionar 468 CAPÍTULO 23 Fundamentos del método de los desplazamientos o de las rigideces Introducción Relaciones generales Ecuaciones de rigideces para barras con fuerza axial Ecuaciones de rigideces para las barras sometidas a flexión Matriz de rigidez para elementos combinados sujetos a fuerza axial y flexión Características de las matrices de rigideces Relación entre las matrices de rigideces y de flexibilidad Problemas para solucionar 492 CAPÍTULO 24 Matrices de rigideces para elementos inclinados Generalidades Elementos con fuerza axial Elementos sometidos a flexión Carga entre nodos Problemas para solucionar 515

10 xxii CONTENIDO CAPÍTULO 25 Temas adicionales de métodos matriciales Generalidades Adición de las ecuaciones de rigideces Matrices de rigideces para elementos inclinados Ecuaciones de rigideces para estructuras con desplazamientos impuestos Ecuaciones de rigideces para estructuras con elementos que experimentan cambios de temperatura Ecuaciones de rigideces para estructuras cuyos elementos tienen longitudes incorrectas Aplicaciones de la partición de matrices Condensación Ancho de banda de las matrices de rigideces para estructuras generales Problemas para solucionar 531 APÉNDICES APÉNDICE A La ecuación de la catenaria 533 APÉNDICE B Álgebra matricial 538 B.1 Introducción 538 B.2 Definiciones y propiedades de las matrices 538 B.3 Tipos especiales de matrices 539 B.4 Determinante de una matriz cuadrada 540 B.5 Matriz adjunta 541 B.6 Aritmética matricial 542 B.7 Método de Gauss para resolver ecuaciones simultáneas 547 B.8 Temas especiales 548 APÉNDICE C Cargas eólica, sísmica y de nieve. Tablas y fi guras 553 APÉNDICE D Análisis por computadora de diversas estructuras con SAP D.1 Introducción 565 D.2 Análisis de estructuras planas 565 D.3 Análisis de armaduras espaciales 567 D.4 Análisis de armaduras planas estáticamente indeterminadas 568 D.5 Análisis de estructuras compuestas 570 D.6 Análisis de vigas y marcos continuos 571 APÉNDICE E Fórmulas útiles 573 Glosario 577 Índice 583