Índice general. Introducción 1. Capítulo I: Tipos de diseños de coberturas espaciales en el Perú y en el mundo Las coberturas espaciales 3

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1 Índice general Introducción 1 Capítulo I: Tipos de diseños de coberturas espaciales en el Perú y en el mundo Las coberturas espaciales Las coberturas espaciales reticuladas Las coberturas espaciales de hormigón Las coberturas espaciales de tejidos tensados Las coberturas espaciales de madera laminada Coberturas formadas con vigas de alma llena Cubiertas cilíndricas Armaduras planas comúnmente usadas en coberturas espaciales reticuladas El perfil tubular en las coberturas espaciales Tipos de uniones utilizadas en coberturas espaciales tubulares Unión soldada Unión atornillada Unión forjada Las coberturas espaciales planas de simple capa Las coberturas espaciales planas de doble capa Coberturas reticuladas espaciales monocapa Coberturas tubulares monocapa en forma de cúpula Cúpulas monocapa lamella paralela 26 Capítulo II: Análisis no lineal de sistemas tubulares Análisis no lineal de estructuras No linealidad geométrica Categorías de análisis geométrico no lineal Análisis de grandes desplazamientos / grandes rotaciones / pequeñas deformaciones Grandes desplazamientos / pequeñas rotaciones / pequeñas deformaciones 32

2 Grandes desplazamientos / grandes rotaciones / grandes deformaciones No linealidad material Modelo básico elástico lineal Modelo elástico no lineal Modelo básico rígido plástico Modelos compuestos Influencia de la no linealidad en las coberturas reticulares Fallo de una estructura reticular monocapa Pandeo de elemento Punto de bifurcación Punto límite Soluciones incrementales iterativas para el análisis no lineal geométrico Algunas definiciones Estado de la estructura Fuerzas residuales y convergencia Método incremental puro Métodos iterativos de Newton Raphson El algoritmo básico Método de Newton Raphson modificado Debilidades del método de Newton Raphson 52 Capítulo III: Estudio de sistemas tubulares empleando la teoría de elementos finitos Análisis de sistemas tubulares con uniones articuladas Análisis en el plano Concepto de pandeo global lineal Concepto de pandeo global no lineal geométrico Pandeo lineal por flexión de las barras Pandeo no lineal geométrico por flexión de las barras Geometría de las cúpulas monocapa Aplicación a coberturas monocapas articuladas en el espacio 62

3 3.2. Análisis del pandeo global por elementos finitos de sistemas tubulares articulados Obtención de la matriz de rigidez lineal y geométrica en el plano Obtención de la matriz de rigidez lineal y geométrica en el espacio Obtención del vector de fuerzas internas Simulaciones de estructuras monocapa articuladas empleando la formulación no lineal geométrica Caso numérico para una estructura plana de dos barras Casos numéricos para estructuras monocapa articuladas Análisis de sistemas tubulares con uniones rígidas Análisis en el plano Aplicación a coberturas monocapas de uniones rígidas en el espacio Análisis del pandeo global por elementos finitos de sistemas tubulares de uniones rígidas Obtención de la matriz de rigidez lineal y geométrica en el plano Obtención de la matriz de rigidez lineal y geométrica en el espacio Obtención del vector de fuerzas internas Simulaciones de estructuras monocapa de uniones rígidas empleando la formulación no lineal geométrica Caso numérico para una estructura plana de dos barras Casos numéricos para estructuras monocapa de uniones rígidas 113 Capítulo IV: Desarrollo teórico de un modelo de nudo para unión semirrígida Geometría del sistema estructural Ortz Descripción del sistema Características de los materiales Esferas Tubos Casquillos cónicos Tornillos Monocapas con uniones semirrígidas 133

4 4.3. Modelo de unión semirígida para cúpulas monocapa Determinación de las dimensiones del elemento intermedio Matriz de rigidez del modelo de unión semirígida por elementos finitos Determinación de la rigidez axial equivalente Determinación de la rigidez a torsión equivalente Determinación de la rigidez a flexión equivalente Matriz de rigidez esfera tornillo Matriz de rigidez del tubo Matriz de rigidez tornillo esfera Condensación de grados de libertad Simulaciones de estructuras monocapa de uniones semirrígidas Caso numérico para una estructura de seis barras Caso numérico para una cúpula monocapa de varios anillos Monocapa de seis anillos: carga puntual Monocapa de seis anillos: carga uniforme Cargas de diseño de la estructura monocapa Cargas muertas Carga viva Cargas adicionales Cargas de viento Cargas de sismo Combinación de cargas 155 Capítulo V: Análisis de costos de las cúpulas monocapa en comparación con las estructuras tradicionales Costos de la cúpula del terminal terrestre de la ciudad de Piura Especificaciones de fabricación y montaje Costos de fabricación de la cúpula Mano de obra Materiales Equipos 164

5 Costos de montaje de la estructura metálica Montaje de la cúpula Montaje de viguetas tubulares Resumen del costo de montaje Costos de la cúpula monocapa cupuliforme propuesta Especificaciones de fabricación y montaje Fabricación de la cúpula monocapa cupuliforme Barras Pernos Casquillos cónicos Esferas Materiales Montaje de la cúpula monocapa cupuliforme Mano de obra Materiales Equipos Costos de la cúpula monocapa de uniones rígidas Fabricación de la cúpula monocapa de uniones rígidas Barras Materiales Montaje de la cúpula monocapa de uniones rígidas Mano de obra Materiales Equipos 172 Conclusiones 173 Bibliografía 175 Anexo A: Estado de deformación 177 Anexo B: Condensación de grados de libertad 181 Anexo C: Campo de desplazamientos en vigas prismáticas 187 Anexo D: Procedimiento para el cálculo de las cargas de viento 189

6 Anexo E: Análisis dinámico de estructuras 195 Anexo F: Combinación de cargas 199 Anexo G: Planos 201