Ingeniería Estructural

Introducción

Dentro del enorme campo que comprende la Ingeniería, existen diversas ramificaciones que componen a la ciencia matriz en general, éstas ramificaciones incluyen la ingeniería civil, industrial, electrónica, metalúrgica, química, entre muchas otras áreas en las cuales se divide. A su vez, dentro de los tipos de ingeniería, existen diversas segmentaciones más precisas que hacen referencia a los pequeños elementos inmersos en cada una, que requieren un estudio pormenorizado y sistematizado.

Un ejemplo de lo anterior es que la ingeniería civil incluye dentro de su seno, divisiones que hacen alusión al estudio especifico de materiales usados en la misma, o de sectores que la comprenden, por ejemplo, nuestro tema a tratar que es la ingeniería estructural, la cual se refiere al análisis y diseño de las estructuras que sirven como apoyo a las cargas. Vale la pena destacar que la ingeniería estructural también puede existir por separado de la civil.

El campo de estudio dentro de la ingeniería estructural abarca más que todo el diseño de edificios y grandes estructuras de lugares distintos a edificios, sin mencionar que también involucra el diseño de maquinaria usada en la ciencia de la ingeniería y en otras como la medicina, la automotriz, entre otras.

Uno de los temas de preocupación más importante para los estudiosos de ésta rama es, satisfacer las demandas y necesidades del público, sobretodo a nivel de diseño y seguridad, para éste fin los ingenieros estructurales se basan en el uso creativo de los fondos, elementos estructurales y el apropiado empleo de materiales.

El presente blog es una iniciativa didáctica que pretende dar a conocer a cualquier lector un poco más de información sobre el tema de la ingeniería estructural, de modo que, gracias al uso de la red y a través de la herramienta del blog, ésta información pueda llegar a muchos más receptores que en un trabajo común y corriente.

Dentro de los puntos que desarrollaré a continuación sobre el tema de la ingeniería estructural se incluyen, en primer lugar las definiciones básicas que toda persona debería o podría saber respecto al tema, también se encuentra una breve reseña histórica de la evolución de la ingeniería estructural, a su vez los elementos estructurales y materiales de los cuales ésta rama de la ingeniería civil hace uso para el cumplimiento de sus funciones, finalizando con una serie de imágenes que permitan transmitir por medio del uso de recursos gráficos lo que comprende como tal la ingeniería estructural.

Historia de la Ingeniería Estructural

La ingeniería estructural se remonta a 2700 aC, cuando la pirámide escalonada de Zoser Faraón fue construida por Imhotep, el primer ingeniero de la historia conocida por su nombre. Pirámides eran las estructuras principales más comunes construidos por civilizaciones antiguas, porque la forma estructural de una pirámide es inherentemente estable y se puede escalar casi hasta el infinito.

A lo largo de la historia antigua y medieval de diseño más arquitectónico y la construcción se llevó a cabo por artesanos, como albañiles y carpinteros, pasando a la función de maestro de obras. Ninguna teoría de las estructuras existen, y la comprensión de cómo las estructuras se levantaron era extremadamente limitado, y se basan casi exclusivamente en la evidencia empírica de "lo que había trabajado antes". El conocimiento fue conservado por los gremios y rara vez suplantada por los avances. Estructuras eran repetitivas, y el aumento de la escala fueron incrementales.

No existen registros de los primeros cálculos de la resistencia de los elementos estructurales o el comportamiento de los materiales estructurales, pero la profesión de ingeniero estructural único realmente tomó forma con la Revolución Industrial y la re-invención del hormigón. Las ciencias físicas subyacentes ingeniería estructural comenzaron a entenderse en el Renacimiento y se han desarrollado desde entonces en las aplicaciones basadas en ordenador pionero en la década de 1970.

Cronología

1452-1519 Leonardo da Vinci hizo muchas contribuciones
1638: Galileo Galilei publicó el libro "Dos nuevas ciencias", en el que analizó el fracaso de las estructuras simples
1660: La ley de Hooke por Robert Hooke
1687: Isaac Newton publica "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica", que contiene las leyes del movimiento de Newton
1750: Ecuación de Euler-Bernoulli haz
1700-1782: Daniel Bernoulli introdujo el principio del trabajo virtual
1707-1783: Leonhard Euler desarrolló la teoría de pandeo de columnas
1826: Claude-Louis Navier publicó un tratado sobre el comportamiento elástico de estructuras
1873: Carlo Alberto Castigliano presentó su tesis "Intorno ai sistemi elasticidades", que contiene su teorema para el desplazamiento de computación como derivada parcial de la energía de deformación. Este teorema incluye el método de los mínimos trabajo como un caso especial
1936: publicación de Hardy Cross 'del método de distribución de momentos que más tarde fue reconocido como una forma del método de relajación aplicable al problema de flujo en la tubería de la red
1941: Alexander Hrennikoff presentó su tesis D.Sc en el MIT en la discretización de los problemas de elasticidad plana utilizando una estructura reticular
1942: R. Courant dividir un dominio en subregiones finitos
1956: J. Turner, RW Clough, HC Martín, y el papel de LJ Topp en la "rigidez y flexión de estructuras complejas" introduce el nombre de "método de elementos finitos" y es amplia mente reconocido como el primer tratamiento integral del método, ya que es conocido hoy.

Fallo Estructural

La historia de la ingeniería estructural contiene muchos colapso y fracasos. A veces esto se debe a la negligencia manifiesta, como en el caso del colapso Ptionville la escuela, en la cual Rev. Fortín Augustin dijo que "construyó el edificio por sí mismo, diciendo que no necesitaba un ingeniero como él tenía un buen conocimiento de la construcción "después de un colapso parcial de la escuela de tres pisos que enviaron vecinos huyendo. El colapso final mató a 94 personas, la mayoría niños.

En otros casos, las fallas estructurales requieren un cuidadoso estudio, y los resultados de estas investigaciones han dado lugar a prácticas mejoradas y una mayor comprensión de la ciencia de la ingeniería estructural. Algunos de estos estudios son el resultado de las investigaciones de ingeniería forense donde el ingeniero original parece haber hecho todo de acuerdo con el estado de la práctica profesional y aceptable pero un fracaso aún eventuales. Un caso famoso de conocimientos y prácticas estructurales que se avanzó de esta manera se puede encontrar en una serie de fallas que involucran vigas cajón que se derrumbaron en Australia durante la década de 1970.

Definición de Ingeniería Estructural

Ingeniería estructural es un campo de la ingeniería que trata del análisis y diseño de estructuras que apoyan o resisten las cargas. La ingeniería estructural se considera generalmente como una especialidad dentro de la ingeniería civil, pero también se puede estudiar en su propio derecho.

Los ingenieros estructurales se involucran más en el diseño de edificios y grandes estructuras de lugares distintos a edificios, sino que también pueden participar en el diseño de maquinaria, equipos médicos, vehículos o cualquier elemento en la integridad estructural afecta a la función o la seguridad del artículo. Los ingenieros estructurales deben asegurarse de que sus diseños satisfacen los criterios de diseño indicados, basa en la seguridad o la capacidad de servicio y rendimiento.

Teoría de la ingeniería estructural se basa en leyes físicas y el conocimiento empírico del comportamiento estructural de los diferentes materiales y geometrías. Diseño de ingeniería estructural utiliza una serie de elementos estructurales simples para construir sistemas estructurales complejos. Los ingenieros estructurales son responsables de hacer un uso creativo y eficiente de los fondos, elementos estructurales y materiales para lograr estos objetivos.

Elementos estructurales

Cualquier estructura se compone esencialmente de sólo un pequeño número de diferentes tipos de elementos:

Columnas
Vigas
Placas
Arcos
Conchas
Catenaria

Muchos de estos elementos pueden ser clasificados de acuerdo a la forma y dimensión:

Columnas

Las columnas son elementos que llevan la única fuerza axial - Compresión - o ambos fuerza axial y flexión. El diseño de una columna debe comprobar la capacidad axial del elemento, y la capacidad de pandeo.

La capacidad de pandeo es la capacidad del elemento para soportar la propensión a la hebilla. Su capacidad depende de su geometría, el material, y la longitud efectiva de la columna, que depende de las condiciones de retención en la parte superior y la parte inferior de la columna. La longitud efectiva es donde es la longitud real de la columna.

La capacidad de una columna a llevar la carga axial depende del grado de flexión que se somete a, y viceversa. Esto se representa en un gráfico de interacción y es una relación no lineal compleja.

Un haz puede ser definido como un elemento en el que una dimensión es mucho mayor que los otros dos y las cargas aplicadas generalmente son normales al eje principal del elemento. Las vigas y columnas se denominan elementos de línea y, a menudo están representados por líneas simples en el modelado estructural.

Voladizo
simplemente apoyado
continuo
una combinación de los anteriores

Las vigas son elementos que llevan a flexión pura solamente. Doblado hace que una parte de la sección de una viga de entrar en la compresión y la otra parte en tensión. La parte de compresión debe estar diseñada para resistir el pandeo y aplastamiento, mientras que la parte de tensión debe ser capaz de resistir adecuadamente la tensión.

Trusses

Una armadura es una estructura que comprende dos tipos de elementos estructurales, los miembros de compresión y los miembros de tensión. La mayoría de las cerchas utilizan placas de refuerzo para conectar elementos de intersección. Las placas de refuerzo son relativamente flexibles y reducir al mínimo los momentos de flexión en las conexiones, permitiendo así que los miembros de la armadura para llevar a principalmente la tensión o de compresión.Bragueros son generalmente utilizados en abarcar grandes distancias, en las que sería anti económico utilizar vigas de sólidos.

Placas

Las placas llevan doblar en dos direcciones. Una losa plana de hormigón es un ejemplo de una placa. Las placas se entiende mediante el uso de la mecánica del continuo, pero debido a la complejidad que implica que más a menudo se diseñan utilizando un enfoque empírico codificada, o análisis por ordenador.

Ellos también pueden ser diseñados con la teoría de la línea de fluencia, donde se analiza un mecanismo de colapso asumido para dar un límite superior en la carga de colapso. Esto rara vez se utiliza en la práctica.

Conchas

Shells derivan su fuerza de su forma, y llevan sus fuerzas en la compresión en dos direcciones. Una cúpula es un ejemplo de una concha. Pueden ser diseñados haciendo un modelo de cadena colgante, que actuará como una catenaria en tensión pura, y la inversión de la forma para lograr compresión pura.

Arcos

Arcos llevan fuerzas de compresión en una sola dirección, por lo que es apropiado para construir arcos de mampostería. Están diseñados por asegurar que la línea de empuje de la fuerza se mantiene dentro de la profundidad del arco. Se utiliza principalmente para aumentar la bountifulness de cualquier estructura.

Catenaria

Catenaria derivan su fuerza de su forma, y llevar a las fuerzas transversales en la tensión pura desviando. Casi siempre son estructuras de cables o de la tela. Una estructura de tejido actúa como una catenaria en dos direcciones.

Materiales

Ingeniería estructural depende del conocimiento de los materiales y sus propiedades, a fin de comprender cómo los diferentes materiales de apoyo y resisten cargas.