Breve historia del analisis estructural

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Breve historia del analisis estructural

  1. 1. I SEMINARIO NACIONAL ESTUDIANTIL “DESARROLLO SOSTENIBLE EN LA INGENIERIA CIVIL” Breve Historia del Análisis Estructural Juan M. Alfaro
  2. 2. Y como la orden del rey era apremiante, y lo habían calentado mucho, la llama del fuego mató a aquellos que habían alzado a Sadrac, Mesac y Abed-nego. (Daniel 3.22) (605562 AC) 2
  3. 3. MUCHO ANTES  La historia del Análisis Estructural comienza mucho antes de la era antigua de los egipcios, romanos y griegos. Arquímedes (287-212 A.C.) introdujo el concepto de centro de gravedad y llevo a su más simple expresión los principios fundamentales de la estática y el equilibrio. Juan M. Alfaro 3
  4. 4. ANTES DE LOS GRIEGOS (3400 – 600 AC)  Los pueblos de Egipto, Asiria y Persia fueron los más destacados de éste período. Las pirámides egipcias son un ejemplo de estas extraordinarias estructuras antiguas. Son de destacar los templos construidos con columnas, muros y vigas en piedra y barro cocido (mampostería). Juan M. Alfaro 4
  5. 5. PIRAMIDE DE GUIZA. (2570 AC) Juan M. Alfaro 5
  6. 6. GRIEGOS Y ROMANOS (600 AC – 476 DC)  Los templos griegos como el Partenón y algunas construcciones romanas como puentes, acueductos, coliseos y templos, son ejemplos notorios de este período. Como elementos estructurales los romanos introdujeron la bóveda y el arco para la construcción de techos y puentes respectivamente. Juan M. Alfaro 6
  7. 7. PARTENÓN, EL GRAN TEMPLO DE ATENEA (449 AC) Juan M. Alfaro 7
  8. 8. PERÍODO MEDIEVAL (477 - 1492)  En este período, los árabes introdujeron la notación decimal la cual permitió un desarrollo importante en las matemáticas. Juan M. Alfaro 8
  9. 9. PERIODO TEMPRANO (1493- 1687) Francis Bacon (1561-1626), fue uno de los creadores del método experimental.  Galileo Galilei (1564-1642). Fundador de la teoría de las Estructuras. En su libro Dos Nuevas Ciencias (1638), analizó la falla de algunas estructuras simples como la viga en voladizo. Aunque sus resultados fueron corregidos, puso los cimientos para desarrollos analíticos posteriores especialmente en la Resistencia de Materiales.  Juan M. Alfaro 9
  10. 10. EXPERIMENTO DE GALILEO GALILEI VIGA EN VOLADIZO (1564-1642) Juan M. Alfaro 10
  11. 11.  Robert Hooke (1635-1703), desarrolló la ley de las relaciones lineales entre la fuerza y la deformación de los materiales o ley de Hooke.  Isaac Newton (1642-1727), formuló las leyes del movimiento y desarrolló el cálculo. Desde el año 1000 y durante este período, se destacaron las Catedrales góticas las que en la actualidad, son testimonio del ingenio de sus constructores. Juan M. Alfaro 11
  12. 12. CATEDRAL DE COLONIA (EMPEZÓ EN 1248 – TERMINO 1880). 12
  13. 13. PERÍODO PRE MODERNO (1688 - 1857)      John Bernoulli (1667-1748), quien formuló el principio del trabajo virtual. Leonard Euler (1707-1783), desarrolló la teoría del pandeo de columnas. Charles Coulomb (1736-1806), presentó el análisis de la flexión de las vigas elásticas. Louis M. Navier (1785-1836), publicó un tratado sobre el comportamiento elástico de las estructuras, primer texto de Resistencia de Materiales. Emile Clapeyron (1799-1864), formuló la ecuación de los tres momentos para el análisis de las vigas Juan M. Alfaro 13 continúas.
  14. 14. PERÍODO MODERNO (DESDE 1858) J.C. Maxwell (1831-1879), publicó el primer método sistemático de análisis para estructuras estáticamente indeterminadas, donde la energía interna de deformación de una estructura cargada es igual al trabajo externo realizado por las cargas aplicadas. En su análisis, presentó el Teorema de las Deformaciones Recíprocas.  Betti en 1872, publicó una forma generalizada del Teorema de Maxwell, conocida como el Teorema Recíproco de Maxwell-Betti.  Juan M. Alfaro 14
  15. 15.    Otto Mohr (1835-1918), desarrolló el método para determinar las deflexiones en vigas, conocido como el método de las cargas elásticas o la Viga Conjugada. También obtuvo su famoso Círculo de Mohr, para la representación gráfica de los esfuerzos en un estado biaxial de esfuerzos Alberto Castigliano (1847-1884), formuló el teorema del trabajo mínimo; C. E. Grene (1842-1903), desarrolló el método del momento-área; Juan M. Alfaro 15
  16. 16. H. Müller-Breslau (1851-1925), en 1886 desarrollo un método para la construcción rápida de las líneas de influencias;  G. A. Maney (1888-1947), desarrollo en 1915 el método deflexión-pendiente, que se consideraba como el precursor del método matricial de las rigideces, y  Hardy Cross (1885-1959); quien desarrolló el método de la distribución de momentos, en 1930. Revolucionó el análisis de las estructuras de marcos continuos de concreto reforzado y fue uno de los mayores aportes al análisis de estructuras indeterminadas. Este método de aproximaciones sucesivas evade la resolución del sistemas de ecuaciones, como las presentadas en los métodos de Mohr y Maxwell  Juan M. Alfaro 16
  17. 17. Estadio Santiago Bernabeu (España) (Análisis con Cross) 17
  18. 18. Estadio Nacional (José Díaz) (Perú (Análisis con Cross) 18
  19. 19. Estadio Manuel Rivera Sánchez (Chimbote) - Métodos Matriciales 19
  20. 20.  El advenimiento de las computadoras en la década de 1970 revoluciono el análisis estructural. Debido a que la computadora podía resolver grandes sistemas de ecuaciones simultáneas, los análisis que llevaban muchos días y, a veces semanas en la era previa a la computadora ahora se podían realizar en segundos. El desarrollo de los métodos actuales, orientados a la computadora se pueden atribuir, entre otros, a J. H. Argyris, R. W. Clough, S. Kelsey, R. Livesley, H. C: Martin, M. T. Turner, E. L. Wilson y O. C. Zienkiewiez. Juan M. Alfaro 20
  21. 21. EL OBJETIVO DE LOS MÉTODOS MATRICIALES Los Teoremas anteriores dan lugar a dos Métodos Exactos de Análisis: ◦ Método de Fuerzas o Flexibilidad. ◦ Método de Desplazamientos o Rigidez  En general, uno dará preferencia a un método en el que pueda hacer uso de la experiencia adquirida en el análisis de estructuras semejantes, especialmente si dicho método le permite emplear su capacidad de juicio ingenieril para efectuar aproximaciones y reducir calculos.  Juan M. Alfaro 21
  22. 22. En tales métodos los errores pueden a menudo detectarse, mas por aplicación del sentido común que por un estricto criterio matemático, ya que los números representan términos cuyas magnitudes son conocidas, al menos aproximadamente por el ingeniero. El Método de Desplazamientos se ha podido sistematizar. El objetivo es, pues, no disminuir el número total de operaciones aritméticas, sino conseguir métodos que puedan aplicarse a diferentes estructuras y que utilicen el máximo posible de procedimientos numéricos típicos para los cuales ya existen rutinas en los computadores. Para llevar a cabo estos fines, los conceptos de algebra matricial son extremadamente útiles. Juan M. Alfaro 22
  23. 23. ¿QUÉ ES UN COMPUTADOR?  Un computador es, esencialmente, una máquina de calcular, controlada por una secuencia de instrucciones previamente preparadas que conducen a efectuar sucesivamente diferentes pasos del cálculo en orden correcto. El conjunto de instrucciones se denomina programa y el trabajo de prepararlas es conocido como programación. En el caso del Análisis Estructural los vectores y matrices se deben programar para que se dimensionen en tiempo de ejecución. Juan M. Alfaro 23
  24. 24. Los resultados del problema serán correctos, aunque quien produjo el problema sea ignorante del modelo matemático utilizado en el programa; es decir, que todo el proceso de análisis se reduce a una operación rutinaria de relleno de datos.  Todos los computadores de hoy en día están provistos de rutinas para llevar a cabo operaciones típicas del análisis numérico, incluidos aquellas del algebra lineal, la construcción del programa completo consiste simplemente en disponer las rutinas apropiadas en el orden correcto.  Juan M. Alfaro 24
  25. 25. EL INGENIERO, EL ANÁLISIS MATRICIAL Y EL COMPUTADOR  En la actualidad, el ingeniero que se dedique al diseño de estructuras, debería estar familiarizado con los métodos del análisis matricial de estructuras, porque constituyen una herramienta poderosa de análisis. Al mismo tiempo deberá estudiar y entender el uso correcto de esta forma automática de análisis. Juan M. Alfaro 25
  26. 26. El resultado de un análisis por computador es solo tan bueno como los datos y el modelo de los cuales se parte.  Esto significa que el criterio y la habilidad del ingeniero, nunca podrán automatizarse,  El entendimiento del comportamiento de las estructuras, siempre deberá estar presente cuando se idealice la estructura, suposiciones acerca de las cargas y solicitaciones, el comportamiento del material, las condiciones de apoyo, las conexiones entre diversos elementos, que son necesarias antes de iniciar el análisis.  Interpretación y uso correcto de los resultados de tales análisis.  Juan M. Alfaro 26
  27. 27. CONCLUSIONES En el transcurso de la historia el Análisis Estructural ha evolucionado de una manera muy impresionante hasta la actualidad, donde se siguen estudiando y realizando descubrimientos importantes.  En los próximos años el uso de programas en aula es inevitable.  Juan M. Alfaro 27
  28. 28. ¡GRACIAS POR SU ATENCION! Juan M. Alfaro 28

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