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Curso: Laboratorio Concreto armado 1 Curso: Laboratorio Concreto armado 1
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Fecha de entrega: 8/02/2018 Fecha de entrega: 8/02/2018
ELEMENTOS A ESCALA Y SU FUNCIÓN EN EL DISEÑO
ELEMENTOS A ESCALA Y SU FUNCIÓN EN EL DISEÑO
ESTRUCTURAL
ESTRUCTURAL
1 ÍNDICE ... 2 2 INTRODUCCIÓN ... 3 3 OBJETIVOS ... 4 3.1 objetivo general ... 4 3.2 objetivos específicos ... 4 4 MARCO TEÓRICO ... 5
4.1 modelos estructurales a escala ... ... 5
4.1.1 Definición ... 5
4.1.2 Experimentación estructural sobre modelos a escala y uso en el diseño ... 5
4.2 Clasificación de modelos estructurales ... ... 6
4.3 Selección de escala para el modelo estructural ... ... 7
4.4 Precisión de los modelos estructurales ... 8
5 CONCLUSIONES ... ... ... 9
6 RECOMENDACIONES ... 10
7 ANEXOS ... 11
8 REFERENCIAS ... 12
ÍNDICE
El siguiente trabajo de investigación muestra de forma general los modelos estructurales y su uso en la ingeniería civil. Estos modelos son representaciones a escala de elementos estructurales como techos, losas, vigas, columnas, etc. La representación de elementos a escala es utilizada en la ingeniería civil para poder observar el comportamiento de una estructura cuando es sometida a distintos esfuerzos. La utilización de estos modelos proporciona datos muy aproximados al comportamiento real.
Conocer de forma general los modelos estructurales a escala y su uso en el diseño.
Determinar los distintos usos de estos modelos a escala y sus ventajas y desventajas. Poder clasificar los distintos tipos de modelos estructurales.
Determinar la precisión de los modelos estructurales.
OBJETIVOS
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OBJETIVO GENERALUn modelo estructural es cualquier elemento estructural o ensamblaje de elementos estructurales construidos a una escala reducida, cuyo propósito es ser sometido a pruebas de resistencia y comportamiento, y para el cual se deben utilizar leyes de similitud para interpretar los resultados.
Otra definición puede ser, Un modelo estructural es una representación física de una estructura o miembro de una estructura a escala reducida, la cual se desea ensayar para comprender su análisis, diseño, deformación, esfuerzos y forma de falla, que sirve como complemento a la mecánica e ingeniería estructural, para el diseño de estructuras. Modelos puramente estructurales también son importantes en planeación, construcción y correlación de espacios.
El modelo que se diseña y se construye es útil para verificar los análisis elásticos y para retratar el comportamiento de la estructura a investigar bajo condiciones de carga, tales como: estáticas, simulación sísmica, efectos térmicos y fuerzas de viento. El propósito determina la esperanza del ensayo donde se hace necesario implementar cierto tipo especial de modelo y con este toda la instrumentación necesaria.
La experimentación estructural sobre modelos ha sido utilizada desde hace varios años en diseño, desarrollo e investigación de estructuras en los Estados Unidos, Inglaterra y Australia; para el diseño de puentes, estructuras sometidas a vació y succión como cubiertas y estructuras sometidas a fuerzas de viento, así como elementos estructurales de los cuales se hace difícil predecir su comportamiento y forma de falla en estructuras complejas.
MARCO TEÓRICO
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MODELOS ESTRUCTURALES A ESCALA4 1 1 Definición
Los modelos estructurales pueden ser clasificados de muchas maneras de acuerdo el comportamiento y tipo de estudio que éstos vayan a complementar. Con base a esto los modelos pueden ser clasificados como:
a) Modelos elásticos: Los modelos elásticos son aquellos realizados con un material elástico
que no necesariamente va a representar el comportamiento del material prototipo. El modelo elástico está restringido únicamente a un comportamiento elástico (según la gráfica de esfuerzo deformación) y no puede representar un comportamiento post agrietamiento del concreto o el comportamiento de fluencia del acero.
b) Modelos indirectos: Un modelo indirecto es un tipo de modelo elástico del cual se
esperan obtener líneas de influencia que puedan representar distintos comportamientos de la estructura. Las cargas utilizadas en este tipo de modelo no tienen una correspondencia con las cargas del prototipo.
c) Modelos directos: Los modelos directos son geométricamente proporcionales a los
prototipos. Las deformaciones, fuerzas y esfuerzos en el modelo tienen cierta similaridad y son representativos del prototipo.
d) Modelos de resistencia: Estos modelos también son conocidos como replicas, y son
modelos que requieren estar lo más apegados a la realidad. Los materiales deben tener una representación lo más similar posible a la realidad. Estos modelos pueden ser sometidos a todo tipo de pruebas que representen las condiciones reales a las que se someta el prototipo.
e) Modelos de efectos del viento: Estos modelos tienen como finalidad mostrar la
interacción que se da entre el viento y la estructura. El material en realidad no es tan importante como lo es la forma ya que con esto se puede evaluar dicha interacción. f) Modelos dinámicos: Estos modelos son utilizados para estudiar los efectos de sismo y
vibraciones mecánicas ocurridas dentro de la estructura.
g) Modelos para estudio, enseñanza y diseño: Estos modelos varían según su finalidad y su
nivel de detalle. Son utilizados más que todo para dar una idea de cómo se verá el prototipo en la realidad.
h) Otros tipos de modelos: Otros tipos de modelos pueden incluir modelos térmicos,
modelos fotomecánicos y modelos para visualización y optimización de métodos constructivos.
Una selección de una escala adecuada para un modelo es esencial para que este sea representativo del prototipo. Un modelo muy pequeño puede ser cargado fácilmente, pero su fabricación e instrumentación pueden resultar muy complicadas. Un modelo muy grande puede resultar fácil de ensamblar, pero debe ser sometido a cargas muy grandes, las cuales pueden sobrepasar la capacidad de un laboratorio.
Tabla 1. Escalas tipicas según material.
Fuente: Harris y Sabnis, 1999
La precisión de los modelos estructurales es el factor de mayor importancia en el proceso de modelado. Los principales factores que pueden afectar la precisión de un modelo estructural son las propiedades de los materiales, la fabricación en sí, las técnicas de carga, los métodos de medición y la interpretación de datos. Los mejores diseños de modelos para vigas, marcos, paraboloides hiperbólicos y otras estructuras de concreto reforzados, han tenido un error hasta del 15% al predecir el comportamiento de elementos en el rango agrietado. Una mejor forma de aceptar los resultados de los modelos a escala es realizar muchos modelos, compararlos con muchos prototipos y realizar un análisis estadístico. El problema es que esto sería demasiado costoso y probablemente el costo no resultaría rentable comparado con los beneficios que pueda brindar.
Los modelos a escala son muy utilizados para el diseño estructural, debido a que
proporcionan datos sobre el comportamiento de elementos estructurales que pueden ser utilizados para verificar que la estructura se comporte como fue diseñada.
La mayor ventaja de estos modelos es su bajo costo de fabricación y sencilla manipulación
en un laboratorio. Por el contrario, la mayor desventaja es, en algunos casos, su dificultad para fabricar por el tamaño del modelo
Existen varios tipos de modelos estructurales, entre los más utilizados están: los modelos
elásticos, los modelos estructurales y los modelos directos.
CONCLUSIONES
Se recomienda utilizar una escala apropiada para el tipo de elemento a modelar.
La calidad de los materiales, así como su proceso constructivo debe ser lo más eficiente
posible para evitar errores.
Para mejorar la precisión en los resultados, se recomienda realizar varios modelos para
un solo elemento y analizar de forma estadística.
RECOMENDACIONES
Figura 1. Dimenciones de una viga a escala real
Fuente: Jessica Nathaly Sánchez Ruiz, Gastón Guillermo Muñoz Martínez. (2008). Figura 2. Dimensiones del modelo a escla 1:4
Fuente: Jessica Nathaly Sánchez Ruiz, Gastón Guillermo Muñoz Martínez. (2008).
Tabla 2. Comparacion diseño estructural a flexion en viga a escala real y modelo a escala 1:4
Fuente: Trabajo de grado, Jessica Nathaly Sánchez Ruiz, Gastón Guillermo Muñoz Martínez. (2008).
Jessica Nathaly Sánchez Ruiz, Gastón Guillermo Muñoz Martínez. (2008). ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE VIGAS ESTRUCTURALES DE CONCRETO REFORZADO MODELADO A ESCALA REDUCIDA. Universidad de la Salle, Facultad de ingeniería civil, Bogotá D.C. Trabajo
de grado.
Ing. Daniel Humberto Ortiz, (2010), DESARROLLO Y EVALUACION DE MICROCONCRETO PARA MODELOS A ESCALA DE VIGAS SIMPLEMENTE REFORZADAS, PRETENSADAS Y POSTENSADAS, Proyecto Fodecyt No. 078-2009, Universidad del valle de Guatemala,
informe final.
Harris H., Sabnis G, 1999. STRUCTURAL MODELING AND EXPERIMENTAL TECHNIQUES.
2da Edition. CRC Press, EEUU. 789.
