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Orientación Universidad
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diseño de columnas en analisis estructural avanzado, Apuntes de Análisis Estructural

trata del análisis de estas estructuras

Tipo: Apuntes

2022/2023

Subido el 03/07/2024

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INSTITUTO TECNOLÓGICO
NACIONAL DE MÉXICO CAMPUS
CERRO AZUL
CARRERA:
INGENIERIA CIVIL
MATERIA:
DISEÑO DE ELEMENTOS DE ACERO
CATEDRÁTICO:
ING. DURON MENDOZA AGUSTIN SILVESTRE
TRABAJO: Investigación Tema 4 Diseño de
columnas
ALUMNO: PEDRO RICARDO SALAS GONZÁLEZ
20500065
SEMESTRE: SÉPTIMO
GRUPO Y TURNO: 1. MATUTINO
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¡Descarga diseño de columnas en analisis estructural avanzado y más Apuntes en PDF de Análisis Estructural solo en Docsity!

INSTITUTO TECNOLÓGICO

NACIONAL DE MÉXICO CAMPUS

CERRO AZUL

CARRERA:

INGENIERIA CIVIL

MATERIA:

DISEÑO DE ELEMENTOS DE ACERO

CATEDRÁTICO:

ING. DURON MENDOZA AGUSTIN SILVESTRE

TRABAJO: Investigación Tema 4 Diseño de

columnas

ALUMNO: PEDRO RICARDO SALAS GONZÁLEZ

SEMESTRE: SÉPTIMO

GRUPO Y TURNO: 1. MATUTINO

FECHA DE ENTREGA: 04/12/

LUGAR: CERRO AZUL VERACRUZ

4.1 DIAGRAMAS DE INTERACCIÓN

4.1.1. INTRODUCCIÓN

Todos los sistemas tienen una estructura estática y un comportamiento dinámico, y el UML proporciona diagramas para capturar y describir ambos aspectos. Los diagramas de clases se usan para documentar y expresar la estructura estática de un sistema, es decir, las clases y sus relaciones. Los diagramas de estado y los diagramas de interacción describen el comportamiento de un sistema, para demostrar cómo los objetos interactúan dinámicamente en diferentes momentos durante la ejecución del sistema. Los objetos dentro de un sistema se comunican unos con otros, enviándose mensajes. Un mensaje es justo una operación donde un objeto llama a otro objeto. Así pues, la dinámica de un sistema se refiere a cómo los objetos dentro del sistema cambian de estado durante el ciclo de vida del mismo y también a cómo dichos objetos colaboran a través de la comunicación. En el primer caso se utilizan los diagramas de estado y los diagramas de actividad. En el segundo caso, la comunicación entre los objetos se representa mediante los diagramas de interacción, que a su vez agrupan a dos tipos de diagramas: secuencia y colaboración.

4.1.2. DIAGRAMAS DE SECUENCIA

Los diagramas de secuencia muestran la interacción de un conjunto de objetos a través del tiempo. Esta descripción es importante porque puede dar detalle a los casos de uso, aclarándolos al nivel de mensajes de los objetos existentes. Es decir, nos proporciona la interacción entre los objetos, que se sucede en el tiempo, para un escenario específico durante la ejecución del sistema (por ejemplo, cuando se utiliza un requisito funcional concreto). Gráficamente, un diagrama de secuencia es una tabla con dos ejes: el eje horizontal muestra el conjunto de objetos y el eje vertical muestra el conjunto de mensajes, ordenados en el tiempo. 4.1.2.1. Objetos Los objetos se representan en el eje horizontal, y cada uno de ellos mediante un rectángulo que contiene el nombre y la clase del objeto en el siguiente formato: nombre del objeto: nombre de la clase. En los diagramas de secuencia hay dos características que los distinguen de los diagramas de colaboración: línea de vida y activación de un objeto.

  • Línea de vida
  • Síncrono: Representa un flujo de control anidado, implementado como una llamada a una operación. La operación que soporta el mensaje se termina (incluyendo otros mensajes anidados) antes de que el objeto que envió el mensaje continúe con su ejecución. La vuelta se puede mostrar como un mensaje simple.
  • Asíncrono: Representa un flujo de control asíncrono. No hay vuelta explícita al objeto que envió el mensaje, el cual continúa ejecutándose después de enviar el mensaje sin esperar ninguna respuesta. Este tipo de mensajes se utiliza en los sistemas de tiempo real donde los objetos se ejecutan concurrentemente. Los mensajes tienen un nombre, el cual puede aparecer o no acompañado de parámetros. También pueden tener condiciones, expresadas entre corchetes, que se usan para modelar ramas o decidir si se envía o no un mensaje. Si las condiciones describen ramas, se pueden dar dos posibilidades. Una alternativa es que las condiciones sean excluyentes y entonces sólo se ejecute un mensaje cada vez. La otra es que no se excluyan, con lo cual los mensajes son enviados concurrentemente. En el ejemplo de la Figura 4.2 podemos observar los componentes descritos anteriormente para un diagrama de secuencia. 4.1.2.3. Creación y destrucción de un objeto Los diagramas de secuencia pueden mostrar cómo los objetos son creados o destruidos como parte del escenario bien documentado. El mensaje que crea o destruye un objeto es normalmente un mensaje síncrono. Un objeto puede crear otro objeto por medio de un mensaje, estereotipado como «create». El objeto creado se dibuja con el símbolo que representa al objeto situándolo donde se crea (en el eje vertical). Asimismo, se puede eliminar un objeto vía un mensaje, estereotipado como «destroy». Cuando se destruye un mensaje, se marca con una X larga y además la línea de vida del objeto sólo se dibuja hasta el punto en el que se ha eliminado. En el ejemplo de la Figura 4.3 podemos ver tanto la creación como la destrucción de un objeto de la clase BilleteAgente, por lo que a este tipo de

objeto se le cataloga como transitorio. También se puede observar que una instancia de la clase BilleteAgente se envía un mensaje a sí mismo, llamando a la operación HallarRuta. El tipo de mensaje más común es la llamada, en la cual un objeto solicita una operación de otro objeto (o del mismo). Si un objeto, tal como c de la clase Cliente, llama a la operación PonerItinerario en una instancia de la clase BilleteAgente, entonces dicha operación no sólo tiene que estar definida en la clase BilleteAgente (es decir, tiene que estar declarada en la clase BilleteAgente o en uno de sus padres), sino que también debe ser visible al objeto c que le ha llamado. Cuando el objeto de la clase BilleteAgente devuelve el control al objeto c, se puede modelar como un mensaje síncrono o simple y de forma optativa incluir el valor devuelto.

4.1.3. DIAGRAMAS DE COLABORACIÓN

Los diagramas de colaboración muestran la interacción de un conjunto de objetos en el espacio. Esta descripción se centra en la organización estructural de los objetos que envían y reciben mensajes. Gráficamente, un diagrama de colaboración es un grafo formado por conjunto de vértices, los objetos, y de arcos, los enlaces, que conectan dichos vértices. 4.1.3.1. Objetos Un objeto se representa mediante un rectángulo que contiene el nombre y la clase del objeto en el siguiente formato: nombre del objeto: nombre de la clase. 4.1.3.2. Enlaces Un enlace es una instancia de una asociación en un diagrama de clases. Se representa como una línea continua que une a dos objetos. En los diagramas de colaboración hay dos características que los distinguen de los diagramas de secuencia: path y número de secuencia, que pueden acompañar a un enlace.

  • Path El path indica qué tipo de objeto recibe el mensaje. Hay varios estereotipos que indican el papel del objeto en el enlace, es decir, indican si el objeto que recibe el mensaje es un objeto local («local»), global («global»), un parámetro de un mensaje anterior («parameter»), un objeto que se envía mensajes a sí mismo («self»). Si es un atributo («association»), no se indica pues se asume por defecto.
  • Número de secuencia El número de secuencia indica el orden de un mensaje dentro de la interacción. Se fija el mensaje con el número 1 y se incrementa en una unidad por cada nuevo mensaje en el flujo de control. Pueden darse varios niveles de

muestra un diagrama de colaboración con un flujo de control no secuencial, en este caso, iterativo. Una iteración representa una secuencia repetida de mensajes. Para modelar una iteración, se puede prefijar el número de secuencia de un mensaje con una expresión de iteración, tal como * [i := 1..n] (o simplemente * para no especificar más detalles). De forma similar, una condición representa un mensaje cuya ejecución depende de la evaluación de una expresión booleana. Para modelar una condición, se prefija el número de secuencia de un mensaje con una cláusula de condición, tal como [x > 0]. La otra alternativa de una ramificación tiene el mismo número de secuencia, pero las dos cláusulas deben ser excluyentes. Las expresiones correspondientes tanto a la iteración como a la ramificación deben ir después del número de secuencia (y antes de :). Para la iteración y la ramificación, el UML no obliga que el formato de la expresión encerrada entre corchetes sea uno concreto; se puede utilizar el pseudocódigo o la sintaxis de un lenguaje de programación específico. 4.1.3.4. Creación y destrucción de un objeto Normalmente, los objetos que participan en una interacción existen durante toda la interacción. Pero, en otras interacciones, los objetos se pueden crear y destruir. Para especificar qué objetos son creados y destruidos en un diagrama de colaboración, se puede añadir una de las siguientes restricciones (debe ir encerrada entre llaves) cerca del rectángulo del objeto:

  • new: indica que se crea un nuevo objeto.
  • destroyed: indica que se elimina un objeto ya existente.
  • transient: indica que se crea un objeto durante la ejecución de la interacción, pero se destruye antes de que se termine la misma. El diagrama de colaboración de la Figura 4.6 se corresponde con el diagrama de secuencia de la Figura 4.3.

4.2 EFECTO DE ESBELTEZ Y AMPLIFICACIÓN

DE MOMENTO

Cuando la relación de esbeltez de la columna es elevada se requiere un análisis de segundo orden más exacto, que considere el comportamiento no lineal del material y la fisuración, así como los efectos de la curvatura y del desplazamiento lateral del elemento, la duración de las cargas, la contracción y la fluencia lenta, y la interacción con las fundaciones. No se especifican límites superiores para la esbeltez de las columnas. En la Figura I se resumen los límites de la relación de esbeltez indicados para pórticos sin desplazamientos y para pórticos desplazables, junto con los métodos permitidos para considera la esbeltez de las columnas.

Factor de amplificación de momentos δ para flexión biaxial

Cuando en una columna hay flexión biaxial, se deben amplificar los momentos calculados para cada eje principal. Los factores de amplificación de momentos, δ, se calculan considerando la carga de pandeo, Pc, respecto de cada eje en forma separada, en base a las longitudes efectivas correspondientes y a la rigidez relativa de la columna y las vigas en cada dirección. En consecuencia, si las capacidades de pandeo respecto de los dos ejes son diferentes, los factores de amplificación de momentos en ambas direcciones también serán diferentes. Los momentos respecto de los dos ejes se amplifican de forma separada, y luego la sección transversal se dimensiona para una carga axial Pu y los momentos biaxiales amplificados.

La segunda ecuación es una aproximación simplificada de la primera. Ambas ecuaciones aproximan los límites inferiores de EI para las secciones habituales y, por lo tanto, son conservadoras. La Figura II ilustra la naturaleza aproximada de las ecuaciones para determinar EI, comparándolas con valores obtenidos de diagramas momento-curvatura para el caso que no hay carga sostenida (βd = 0). En las columnas de hormigón armado solicitadas por cargas de larga duración, la fluencia lenta transfiere parte de la carga del hormigón a la armadura, aumentando así las tensiones en el acero. En las columnas poco armadas esta transferencia de carga puede provocar que el acero llegue a fluencia de forma prematura, provocando una pérdida en el valor efectivo de EI. Esto se toma en cuenta dividiendo EI por (1 + βd). Para los pórticos sin desplazamiento βd se define de la siguiente manera: En las columnas compuestas en las cuales un perfil de acero representa un gran porcentaje de la sección transversal total de la columna, la transferencia de carga debida a la fluencia lenta no es significativa. En consecuencia, sólo la parte de EI correspondiente al hormigón. se debería reducir aplicando (1 + βd) para tomar en cuenta los efectos de la carga de larga duración. El término Cm es un factor de corrección para momentos equivalentes. Para elementos sin cargas transversales entre sus apoyos, el término Cm es: En los elementos con cargas transversales entre sus apoyos, es posible que el momento máximo ocurra en una sección alejada de los extremos del elemento. En este caso, el mayor momento calculado que ocurre en cualquier sección de la longitud del elemento se debería amplificar aplicando δns, y Cm se debe tomar igual a 1,0. La Figura III muestra algunos de los valores del coeficiente Cm, en función de la deformada de la columna y las condiciones de vínculo de

los extremos. Si en la Ecuación el momento M2 calculado es pequeño o nulo, el diseño de una columna indesplazable se debe basar en el momento mínimo: M2, min: M2, min=Pu (0,6 + 0,03h) Para los elementos en los cuales se verifique M2, min > M2, el valor de Cm se debe tomar igual a 1,0 o bien se debe calcular mediante la Ecuación considerando el cociente de los momentos reales calculados para los extremos, M1 y M2. Momentos amplificados – Pórticos desplazables El diseño de los pórticos desplazables considerando los efectos de la esbeltez consiste esencialmente en tres pasos:

  1. Se calculan los momentos amplificados debidos al desplazamiento lateral, δmMs, de una de las tres maneras siguientes: a) Un análisis elástico de segundo orden del pórtico b) Un análisis de segundo orden aproximado c) Un método aproximado en base a un factor de amplificación de los códigos ACI anteriores
  2. Los momentos amplificados debidos al desplazamiento lateral, δmMs, se suman a los momentos Mns, no amplificados y sin considerar el desplazamiento lateral, en cada extremo de la columna: Los momentos que no consideran el desplazamiento lateral, M1ns y M2ns, se calculan usando un análisis elástico de primer orden.
  3. Si la columna es esbelta y las cargas axiales que actúan sobre la misma son elevadas, se debe verificar si los momentos en los puntos entre los extremos de la columna son mayores que los momentos en dichos extremos. Esta verificación se realiza usando el factor de amplificación δns para pórticos indesplazables, calculando Pc en base a k = 1,0 o menor. Determinación de δsMs Como se indicó anteriormente, existen tres maneras para calcular los momentos amplificados debidos al desplazamiento lateral, δsMs. Si para