primera semana mv477 2016-1 ver 2

7/26/2019 Primera Semana Mv477 2016-1 Ver 2

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA MECANICAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA NAVAL

ESTRUCTURAS NAVALES II (MV-477)

ESTRUCTUR S

N V LES II

Ing. Naval David AMAYA

PRIMERA SEMANA

Ciclo 2016-1



Agenda del 23 Marzo 2016

Hora Actividad1800 – 1845 Prueba de Entrada

1845 – 1900 Receso

1900 - 1950 Presentación del silabo del curso

1950 - 2000 Receso2000 - 2050 Tema 1: Teoría de estructuras

2050 - 2100 Receso

2100 - 2150 Tema 2: Hipótesis simplificativas aplicables alcalculo de estructuras

2150 - 2200 Cierre



Tema 1: Teoría de estructuras

1.1. Introducción1.2. Características1.3. Clasificación según el ámbito de la Ingeniería1.4. Condiciones en el diseño de estructuras1.5. Clasificación de estructuras por el tipo de criterio.




1.1. Introducción

La teoría de Estructuras constituye el conjunto de conocimientosy leyes físicas que relacionan a las fuerzas que actúan sobre unaconstrucción, con la respuesta que la estructura de esaconstrucción presenta a la acción de dichas fuerzas.

Acciones Estructuras Respuestas

−Gravitatorias

− Olas

− Corrientes

− Viento

− Autopropulsión

−Buques

− Plataformas

− Submarinos

−Movimientos

− Deformaciones

− Vibraciones



Tema 1: Teoría de estructuras1.2. Características

En el campo de la Ingeniería el concepto de estructura lleva

implícitas las siguientes características:

Ordenación: constituye un conjunto ordenado de elementosestructurales (barras, piezas curvas, planchas, etc.)

Sustentación: su misión es dar soporte a las cargas que sobretales estructuras actúan, sin producirse grandesdeformaciones

Distribución: las cargas que recibe, las distribuye entre loscomponentes de la estructura, con el fin de repartir losesfuerzos.

Podemos definir una ESTRUCTURA DE INGENIERIA, como unconjunto ordenado de elementos, de tal manera que permitadesarrollar la función para la cual está prevista dichaestructura, sin que se produzcan roturas ni movimientosrelativos visibles entre sus elementos



Buque Escuela a Vela B.A.P. “UNION” Diseñado por la empresa CYPSA Ingenieria Naval S.L. (España)

Construido bajo las reglas de DNV.GL (Noruega-Alemana)

Astillero constructor: SIMA CALLAO (Perú)



Tema 1: Teoría de estructuras1.3. Clasificación según el ámbito de la ingeniería

El hecho que no se produzca un movimiento relativo visible entre suscomponentes, es lo que distingue a una estructura de un mecanismo. En un

mecanismo, se presentan amplitudes de movimiento, velocidades yaceleraciones relativas, mientras que en una estructura sometida a cargas, solose deben producir pequeñas deformaciones (giros o corrimientos) que apenasson perceptibles por nuestros sentidos y tan sólo en el caso de vibraciones,somos capaces de notarlas lo que ocurre cuando las amplitudes y frecuenciassuperan a un determinado umbral.

Las estructuras habituales en el ámbito de la Ingeniería, son diversas, se puedenclasificar en:

- Estructuras de obras civiles: edificios, puentes, presas, etc.



- Estructuras navales: buques, plataformas oceánicas, submarinos, etc.

- Estructuras aeroespaciales: cohetes, aviones, satélites, etc.

Tema 1: Teoría de estructuras1.3. Clasificación según el ámbito de la ingeniería



Un ingeniero que diseña la estructura de una construcción genérica, debe tenerpresente que ésta debe cumplir con las siguientes condiciones:

A. Funcionalidad, para que el vehículo, instalación o construcción, de la cual laestructura es una parte constituyente, pueda realizar su misión con eficacia.

B. Resistencia, ante la acción de las cargas de operación en condiciones deseguridad.

La FUNCIONALIDAD en el campo de la estructuras navales debe considerarsecomo:

1. La adecuación de la estructura al proyecto general de la unidad.

2. La adaptación de la misma a los mínimos de espacio, peso y coste,que resulten compatibles con el desarrollo de las funciones previstaspara esa unidad.

3. La posesion de las mejores características para su reparación ymantenimiento a lo largo de su vida operativa.

Tema 1: Teoría de estructuras1.4. Condiciones en el diseño de la estructura



El barco araña, también conocido como PROTEUS, representa una nuevageneración de embarcaciones ultra-ligeras, altamente personalizables, con

tecnología de vanguardia y eficiencia de combustible.

¿ Cumple con la condición de FUNCIONALIDAD ?




En relación con la segunda condición, RESISTENCIA se puede decir que es lacapacidad de soportar las cargas en condición segura, enfatizando que el

objetivo que se persigue es minimizar el riesgo de un fallo, situando la posibilidaddel mismo en unos niveles tales que puedan considerarse asumibles.




Las estructuras pueden clasificarse atendiendo a diferente criterios, tales como:

Su GEOMETRÍA: planas y espaciales

Tema 1: Teoría de estructuras1.5. Clasificación de estructuras por el tipo de criterio



Su grado de DETERMINACIÓN: Isostáticas y Hiperestáticas





Su relación con las HIPOTESIS: Ideales y dinámicas

Su relación con la MOVILIDAD DE LA PROPIA ESTRUCTURA:

+ Estáticas y+ Dinámicas.





Su relación con el COMPORTAMIENTO DEL MATERIAL ESTRUCTURAL:

o Lineales (si cumplen la ley de Hooke)o No lineales (cuando trabajan más allá del limite elástico del material)




10minutos



Tema 2: Hipótesis simplificativas aplicables al calculode estructuras

2.1. Continuidad del material2.2. Homogeneidad de material2.3. Isotropía del material2.4. Estudio tensional interno nulo2.5. Principio de superposición de cargas

2.6. Principio de Saint-Venant2.7. Campo del dominio elástico2.8. Deformaciones pequeñas2.9. Hipótesis de Navier-Bernoulli



Tema 2: Hipótesis simplificativas aplicables al calculode estructuras

La Teoría de Estructuras basa su desarrollo en los conocimientos que

facilita la Mecánica General de Solidos, la Elasticidad y laResistencia de Materiales. Al fin y al cabo las estructuras en elcampo de la Ingeniería no son mas que sólidos no rígidos (elásticos yno elásticos) con diversas configuraciones de sus elementosfundamentales: vigas, arcos, planchas, etc. Para abordar el estudiode las estructuras, incluso de las más simples, es necesario introducir

una serie de hipótesis simplificativas, que permiten alcanzar unabuena aproximación sin aportar mayor error, facilitando no sólo lacomprensión de la materia, sino también la formulación teórica ycomo consecuencia el calculo y resolución de los diferentesproblemas a los que la Teoría de Estructuras se enfrenta.

Por ser de aplicación generalizada, haremos una sucintadescripción de las mismas.



Tema 2: Hipótesis simplificativas aplicables al calculode estructuras2.1. Continuidad del material

Esta hipótesis hace referencia a la característica de los materiales con los que sefabrican las estructuras. Y se enuncia así: LOS MATERIALES QUE SE TENDRAN ENCUENTA SERAN CONSIDERADOS COMO UN MEDIO CONTINUO Y SIN VACIOS.

El material más utilizado en la construcción de las estructuras navales, es el acero,y en menor medida otros tales como: Aluminio, P.R.F.V. (Poliéster reforzado por

fibra de vidrio), madera, y excepcionalmente, ferrocemento y hormigón armado.Todos estos materiales considerados microscópicamente, presentan unaestructura atómica con sus núcleos, electrones, y partículas moviéndose einteractuando en un espacio con vacíos. Esta es la realidad microscópica, peroteniendo en cuenta las dimensiones reales de las estructuras o de los elementosestructurales objeto de estudio, esta realidad es imperceptible. Basta considerarlas medidas de un buque, comparadas con las distancias entre partículasatómicas. Son de una magnitud absolutamente diferente. Por lo cualidealizaremos estos materiales y los supondremos como un todo lleno sin vacíos,sin intersticios, ni oquedades, tal y como los percibimos con nuestros sentidos alobservar un bao o una varenga.



Tema 2: Hipótesis simplificativas aplicables al calculode estructuras2.2. Homogeneidad del material

Los materiales reales no son homogéneos, el ferrocemento tiene una parte deacero y otra de cemento, la madera a simple vista presenta nudos y vetas, laspropiedades varían de una zona a otra.

Hay materiales que resultan mas homogéneos, pero la realidad nos demuestraque incluso en éstos hay zonas con concreciones y propiedades físicas o

químicas diferentes (pensemos en el acero fundido), o en el mismo acerolaminado.

En las proximidades de una soldadura el tamaño de grano puede ser diferentedel que existe en una zona alejada, y sin embargo están en la misma pieza.

Pues bien, esta hipótesis lo que permite es idealizar estos materiales y SUPONERQUE TIENE IGUALES PROPIEDADES EN TODOS SUS PUNTOS: igual densidad, igualmódulo de elasticidad, igual estructura cristalina, igual composición química, etc.



Tema 2: Hipótesis simplificativas aplicables al calculode estructuras2.3. Isotropía del material

La isotropía es la característica que hace referencia a las propiedades delmaterial ligadas a las distintas direcciones. Considerar a un material isótropo, esconsiderarlo como un material QUE TIENE LAS MISMAS PROPIEDADESINDEPENDIENTEMENTE DE LA DIRECCIÓN QUE SE CONSIDERE.

Pongamos otro ejemplo del mundo real; la madera a simple vista presenta vetas

y fibras, y todo aquel que haya intentado partir de un trozo de madera con unhacha, conoce que no ofrece la misma resistencia al corte en todas lasdirecciones . Si al acero laminado se le practica una prueba de resilencia, no secomporta lo mismo en la dirección paralela a las fibras de laminación, que en laortogonal a las mismas.

Estos ejemplos indican que los materiales reales son anisótropos, es decir suspropiedades son variables, dependiendo dela dirección que se considere. Perose elude de momento este problema idealizando a los materiales quecomponen las estructuras suponiendo que son isótropos.



Tema 2: Hipótesis simplificativas aplicables al calculode estructuras2.4. Estadio tensional interno nulo

Se enuncia esta hipótesis, estableciendo: EL ESTADO TENSIONAL INTERNO DE UNAESTRUCTURA, ANTES DE RECIBIR CARGA, SE CONSIDERA NULO. Se conoce que larealidad tampoco es así, ya que a través del proceso de fabricación, puedenintroducirse tensiones internas en el material, que sin ser perceptiblesexternamente, están ahí.

Son típicas las tensiones que induce el proceso de soldadura cuando se impidenlas libres dilataciones o el efecto de los rechupes del material de una fundición.

Con esta idealización se supone que antes de someterle a la acción de lascargas, la estructura objeto de nuestro análisis tiene un estado tensional inicialneutro.



Tema 2: Hipótesis simplificativas aplicables al calculode estructuras2.5. Principio de superposición de cargas

Principio de gran importancia práctica, ya que nos permite analizar aspectosparciales de los problemas y después agrupar.

Este principio establece: SI SE APLICA SOBRE CUALQUIERA ESTRUCTURA UN SISTEMADE CARGAS (FUERZAS Y/O MOMENTOS), LOS EFECTOS CAUSADOS POR ESTESISTEMA (TENSIONES Y/O DEFORMACIONES), NO DEPENDEN DEL ORDEN DE

APLICACIÓN DE LAS CARGAS, Y EL EFECTO GLOBAL ES LA SUMA O COMPOSICIONDE LOS EFECTOS PROVOCADOS POR CADA ACCION INDIVIDUAL.



Tema 2: Hipótesis simplificativas aplicables al calculode estructuras2.6. Principio de Saint- Venaut

EL VALOR DE LAS FUERZASINTERNAS, ORIGINADAS ENUN PUNTO DE LA PIEZA OESTRUCTURA, YSUFICIENTEMENTE ALEJADOSDEL PUNTO EN EL QUE

ACTUAN LAS FUERZASEXTERNAS, DEPENDEN POCODEL MODO CONCRETO DEAPLICACIÓN DE ESTASACCIONES.

Este es un principio muy

importante, ya que gracias aél, podemos, sustituir unsistema de fuerzas por unoequivalente.



Tema 2: Hipótesis simplificativas aplicables al calculode estructuras2.7. Principio del dominio elástico

La mayoría de las veces en el campo elástico. Quiere ello decir que mientras nose establezca lo contrario, asumiremos que estamos en el DOMINIO EN EL CUAL SECUMPLEN LA LEY DE HOOKE, QUE ESTABLECE UNA RELACIÓN LINEAL ENTRE LASTENSIONES Y LAS DEFORMACIONES.



Tema 2: Hipótesis simplificativas aplicables al calculode estructuras2.8. Deformaciones pequeñas

En el campo de las aproximaciones, esta hipótesis facilita mucho la formulaciónsimplificada, sin por ello introducir mayor error.

LAS DEFORMACIONES (GIROS Y CORRIMIENTOS) PRODUCIDAS POR LA ACCIÓN DELAS FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE LA ESTRUCTURA, SE CONSIDERAN PEQUEÑAs enrelación a las dimensiones de la estructura o de los elementos estructurales que

se analizan.

Esta hipótesis también esta ligada con la anterior, ya que si las tensiones sonbajas, también lo son las deformaciones por razones de la proporcionalidad de laley de Hooke.

Es una propiedad que hace referencia a la rigidez de los materiales que formanparte de la estructuras.

ó



Tema 2: Hipótesis simplificativas aplicables al calculode estructuras2.9. Hipótesis de Navier-Bernouilli

En cualquier elemento estructural, sometido a flexión pura, las secciones queantes de la deformación, eran planas y normales a la directriz de la pieza (ejelongitudinal), después de la acción flectora se deformaran, pero se mantendránplanas y normales a la directriz deformada (elástica de ese eje).

Con el enunciado de todas estas premisas, queda establecida la regla general

que seguirán los materiales de la estructuras sobre las que se tratara en todo loque sigue, cuando en algún caso se haga preciso salir de la aplicabilidad dealgunas de estas hipótesis, se advertirá oportunamente.



Tema 2: Hipótesis simplificativas



Tema 2: Hipótesis simplificativasaplicables al calculo de

estructuras

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