Historia Del Analisis Estructural 125v35

HISTORIA DEL ANÁLISIS ESTRUCTURAL

En algún momento de sus inicios, el hombre inventó algunas maquinas sencillas para facilitar su labor. Desde épocas muy antiguas ya existían el plano inclinado, con sus dos modalidades: la cuña y el tornillo, y la palanca con sus tres derivados: la polea la rueda y el eje. Debe anotarse que el análisis estructural en la antigüedad se trabajaba como un arte mas no como una ciencia. No existen registros de sobre consideraciones racionales sobre la resistencia de los materiales o del comportamiento de los estructurales, hasta que Galileo intentó analizar la viga en voladizo en 1638 d.C. Se especula que los constructores de la época actuaban por reglas empíricas o tradicionales, conservadas en secretos por artesanos y rara vez mejoradas con nuevos conocimientos, a pesar de esto, las estructuras antiguas no dejan de sorprender a la humanidad. Se dice que el primer ingeniero estructural pudo ser Imhotep, conocido como el constructor de la pirámide escalonada de Sakkara, alrededor del año 3000 a.C. Durante los siglos de historia del antiguo Egipto se construyeron muchas estructuras maravillosas , como la pirámide Gizeh, y numerosos templos y tumbas, entre los elementos estructurales usados se encontraron la viga y la columna. Entre los filósofos mas destacados al momento de tocar el tema de análisis estructural se encuentra a Arquímedes (siglo III a.C.) ya que contribuyo de cierta forma con el desarrollo de su obra “Tratado sobre el equilibrio de las superficies”, siendo este gran matemático un fundador de la estática. En el desarrolla la leyes de la palanca e introduce el término “centro de gravedad”.

Figura 1.1 Pont Du Gard, puente – acueducto romano en mampostería de piedra, sur de Francia. Tomado de Salvard Editors 1981.

Durante la edad media no existió ningún científico que se pueda compararse con Arquímedes, aunque los árabes mantuvieron el conocimiento y difundieron nuestro sistema de numeración decimal. La creación de las primeras universidades alrededor del año 1200 a.C., rompe ese periodo de hibernación

científica producido en esa época, el progreso fue lento ya que los científicos eran tildados de herejes, situación que apenas cambio en el siglo XVIII, cuando la investigación científica se libro de la suspicacia y persecución anteriores. Por otro lado entre los siglos XV y XVI, se destaco Leonardo Da Vinci, ya que fue el primero en introducir el concepto de “momento de una fuerza” y prácticamente fijo el principio conocido como “la tercera ley del movimiento de Newton”. Sus esfuerzos dieron resultados en diversos campos, pero entre los que mas impactaron se encuentran el estudio de la flexión de vigas apoyadas en sus extremos y la resistencia de vigas en voladizo; la resistencia de alambres de varias longitudes, hizo algunas investigaciones sobre la resistencia de las columnas, estableciendo que esta varia inversamente con su longitud y directamente con alguna relación de su sección transversal. En el siglo XVI Andrea Palladio, usó las primeras cerchas en la construcción de puentes y techo de edificaciones, aunque sus diseños no tenían como base un análisis racional. En su obra el mismo expresaba que para su dimensionamiento y concepción, “no es posible establecer reglas ciertas y determinadas”. Ya que antes solo usaban en la construcción vigas, columnas, cúpulas y arcos, sin embargo se necesito mas de dos siglos para que los constructores usaran esta nueva forma estructural y fuera usada a gran manera. Se sabe que Palladio revivió algunos tipos de estructuras romanas antiguas, así como las reglas empíricas para dimensionarlas. Sin embargo fue hasta 1847 que Squire Whipple (1804-188) introdujo el primer método racional para el análisis de armaduras. Se dice con frecuencia que el análisis de armaduras de Whipple señaló el principio del análisis estructural moderno. Desde entonces ha habido una serie continua de importantes desarrollos en esta ciencia. Varios métodos excelentes para calcular deflexiones fueron publicados entre 1860 y 1870, y estos aceleraron el desarrollo del análisis estructural. Entre los mas importantes investigadores y sus logros se cuentan: James Clerk Maxwell (1831- 1879), de Escocia, por su teorema de las deflexiones recíprocas, también se encuentra Otto Mohr (1835-1918), de Alemania, por su método de los pesos elásticos, presentado en 1870; Carlo Alberto Castigliano (18421903), de Estados Unidos, por sus teoremas de área-momento. El advenimiento de los ferrocarriles dio un gran impulso al desarrollo del análisis estructural. De pronto fue necesario construir puentes de grandes claros capaces de soportar cargas móviles muy pesadas. En consecuencia, el cálculo de esfuerzos y deformaciones adquirió gran importancia. Un método para analizar vigas continuas estáticamente indeterminadas es el teorema de los 3 momentos, fue dado a conocer en 1857 por el fránces B.P.E. Clapeyron , y se usó para el análisis de estructuras indeterminadas, basados en los recientes métodos desarrollados para el cálculo de deflexiones.

En Estados unidos, dos grandes desarrollos en el análisis de estructuras estáticamente indeterminadas fueron hechos por G.A. Maney y Hardy Cross. En 1915 Maney presentó el método pendiente – deflexión, mientras que Cross introdujo la distribución de momentos en 1924.

Figura 1.2 , Torres Europa, un desafio a la ley de la gravedad, concreto reforzado, Madrid.

En la mitad del siglo XX, muchos problemas estructurales complejos fueron expresados en forma matemática, pero no se disponía entonces de computadoras para resolver prácticamente las ecuaciones resultantes. Esta situación continuó en la década de 1940, cuando gran parte del trabajo para analizar las estructuras de aviones se realizó con matrices. Por fortuna, el desarrollo de las computadoras digitales hizo práctico el uso de las ecuaciones para ésas y para muchos otros tipos de estructuras, incluidos los edificios de gran altura, hoy en día se navega aún mas en la tecnología lo cual le ha facilitado a la disciplina del análisis estructural el resolver problemas complejos de una manera más rápida.

INTRODUCCION Esta disciplina constituye uno de los pilares de la carrera de ingeniería civil y es también importante en otras asignaturas, como arquitectura y mecánica. El dominio de esta es indispensable para los profesionales que se dedican a este campo de la ingeniería civil ya que requiere de mucha experiencia y destreza, el análisis estructural es así mismo una de las disciplinas de las que más contribuye a la formación de los estudiantes, a su entrenamiento en el manejo de conceptos abstractos y a la adquisición de habilidades intelectuales requeridas para el ejercicio profesional de la ingeniería. Lo cual hace ser un tema muy importante al momento de ver la materia de Estructuras I. Los métodos básicos del análisis estructural conducen a la formulación de sistemas de ecuaciones simultáneas que, para estructuras de regular tamaño, llegan a ser de grado elevado. En este trabajo lo que se quiere lograr es el entrar en materia respecto a lo que es el análisis estructural, que tan importante es este tema para nosotros como estudiantes de ingeniería civil, que tipos de métodos se pueden aplicar al momento de resolver vigas estáticamente indeterminadas y cuáles son los métodos más viables en cuanto al menor gasto de tiempo, conociendo que un profesional lo que busca es aplicar el conocimiento de una manera eficiente y así mantener la visión hacia la excelencia.

Método matricial, pág 461 jack mackorman

ANALISIS DE ESTRUCTURAS CON EL USO DE LA COMPUTADORA

Durante varias de las décadas anteriores han ocurrido grandes cambios en los métodos de análisis de estructuras usados en la practica de la ingeniería. Estos

cambios han ocurrido principalmente gracias al gran desarrollo de computadoras digitales de alta velocidad y al uso creciente de estructuras muy complejas. Los métodos matriciales de análisis proporcionan un lenguaje matematico muy adecuado para la descripción de un sistema estructural complejo que se puede resolver fácilmente con el uso de las computadoras. Antes del advenimiento de las computadoras, los métodos matriciales eran de poco uso, pues las soluciones de las ecuaciones eran muy difíciles de manejar usando métodos de calculo manual. El costo decreciente de las computadoras personales ha escalado esta tendencia y se tiene disponible una impresionante potencia de cómputo en casi todas las oficinas de diseño. Por ello es muy importante que todos los estudiantes de ingeniería de estructuras conozcan los principios fundamentales del análisis matricial de estructuras y puedan conocer tanto los puntos fuertes como los débiles de este tipo de análisis. El análisis de estructuras mediante métodos matriciales no implica la adquisición de conceptos nuevos de ingeniería de estructuras. Sin embargo, la organización del trabajo debe ser tanto versátil como precisa. La computadora capaz de realizar operaciones aritméticas en forma extraordinaria, pero sólo puede efectuar aquellas que sean descritas por medio de instrucciones simples, precisas y sin ambigüedades. En los capítulos siguientes el autor ha intentado explicar cómo se organizan los problemas del análisis de estructuras para uso en la computadora, y cómo pueden escribirse instrucciones que permitan a la computadora resolver una gran variedad de problemas según el deseo del analista.

METODOS MATRICIALES

Durante mucho tiempo los ingenieros de estructuras intentaron resolver los problemas de análisis estructural por medio de la aplicación de los métodos matematicos de algebra lineal. Aun cuando muchas estructuras pudieron analizarse con las ecuaciones resultantes, el trabajo fue tedioso que resultó impráctico, hasta que estuvieron disponibles las computadoras de gran capacidad. De hecho, las ecuaciones matriciales usuales no pueden procesarse con calculadoras de bolsillo, a menos que se trate de estructuras muy sencillas. Actualmente, el análisis matricial mediante computadoras, ha reemplazado casi totalmente a los métodos clásicos de análisis en los despachos de ingeniería. En vista de esto, los profesores de ingeniería y los autores de libros de texto sobre análisis estructural se encuentran frente a una decisión difícil. ¿De exigir

un estudio completo de los métodos clásicos seguido de un estudio de un estudio de métodos matriciales modernos? ¿Deben exigir que sus alumnos aprendan ambos métodos al mismo tiempo? . Cualquier método de análisis que implique resolver ecuaciones algebraicas lineales pueden formularse en notación matricial y emplear para su solución operaciones con matrices. La posibilidad de la aplicación de los métodos matriciales por el ingeniero de estructuras es muy importante, ya que todas las estructuras linealmente elásticas, isostáticas o hiperestáticas están regidas por los sistemas de ecuaciones lineales.