xiii

Tabla breve del Contenido

PARTE UNO: ESTRUCTURAS ESTTICAMENTE DETERMINADAS

CAPTULO 1 Introduccin 3CAPTULO 2 Cargas estructurales 16CAPTULO 3 Sistema de cargas y comportamiento 43CAPTULO 4 Reacciones 57CAPTULO 5 Fuerza cortante y momento fl exionante 95CAPTULO 6 Introduccin al estudio de las armaduras planas 117CAPTULO 7 Armaduras planas (continuacin) 143CAPTULO 8 Armaduras espaciales o tridimensionales 168CAPTULO 9 Lneas de infl uencia para vigas 185CAPTULO 10 Lneas de infl uencia y cargas mviles en armaduras 204CAPTULO 11 Defl exiones y cambios angulares usando mtodos geomtricos 225CAPTULO 12 Defl exiones y cambios angulares usando mtodos geomtricos

(continuacin) 248CAPTULO 13 Defl exiones y cambios angulares usando mtodos de energa 264

PARTE DOS: ESTRUCTURAS ESTTICAMENTE INDETERMINADASMtodos clsicos

CAPTULO 14 Introduccin a las estructuras estticamente indeterminadas 297CAPTULO 15 Mtodos de fuerzas para el anlisis de estructuras estticamente

indeterminadas 305CAPTULO 16 Mtodos de fuerzas para el anlisis de estructuras estticamente

indeterminadas (continuacin) 322CAPTULO 17 Lneas de infl uencia para estructuras estticamente indeterminadas 347CAPTULO 18 Pendiente-defl exin: un mtodo de anlisis por desplazamientos 363

PARTE TRES: ESTRUCTURAS ESTTICAMENTE INDETERMINADASMtodos comunes actualmente en uso

CAPTULO 19 Anlisis aproximado de estructuras estticamente indeterminadas 389CAPTULO 20 Distribucin de momentos en vigas 413CAPTULO 21 Distribucin de momentos para marcos 433CAPTULO 22 Introduccin a los mtodos matriciales 461CAPTULO 23 Fundamentos del mtodo de los desplazamientos o de las rigideces 470CAPTULO 24 Matrices de rigideces para elementos inclinados 494CAPTULO 25 Temas adicionales de mtodos matriciales 518

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APNDICES

APNDICE A La ecuacin de la catenaria 533APNDICE B lgebra matricial 538APNDICE C Cargas elica, ssmica y de nieve. Tablas y fi guras 553APNDICE D Anlisis por computadora de diversas estructuras con SAP2000 565APNDICE E Frmulas tiles 573

Glosario 577ndice 583

xiv TABLA BREVE DEL CONTENIDO

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Contenido

DEDICATORIA viiPREFACIO xiii

PARTE UNO:ESTRUCTURAS ESTTICAMENTE DETERMINADAS 1

CAPTULO 1Introduccin 3

1.1 Anlisis y diseo estructural 31.2 Historia del anlisis estructural 41.3 Principios bsicos del anlisis estructural 61.4 Componentes y sistemas estructurales 81.5 Fuerzas estructurales 91.6 Idealizacin estructural (diagramas de lneas) 111.7 Exactitud de los clculos 131.8 Verifi cacin de los problemas 131.9 Impacto de las computadoras en el anlisis estructural 14

CAPTULO 2Cargas estructurales 16

2.1 Introduccin 162.2 Seguridad estructural 172.3 Especifi caciones y reglamentos de construccin 172.4 Tipos de cargas estructurales 202.5 Cargas muertas 202.6 Cargas vivas 212.7 Factores de impacto por carga viva 232.8 Cargas vivas sobre techos 232.9 Cargas de lluvia 242.10 Cargas de viento 262.11 Procedimiento simplifi cado de la ASCE para estimar las cargas de viento 292.12 Procedimiento detallado de la ASCE para estimar las cargas de viento 312.13 Cargas ssmicas 322.14 Procedimiento de fuerza lateral equivalente para estimar las cargas ssmicas 342.15 Cargas de nieve 37

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xvi CONTENIDO

2.16 Otras cargas 402.17 Problemas para solucionar 41

CAPTULO 3Sistema de cargas y comportamiento 43

3.1 Introduccin 433.2 reas tributarias 443.3 reas de infl uencia 483.4 Reduccin de la carga viva 483.5 Condiciones de carga para el diseo por esfuerzos permisibles 503.6 Condiciones de carga para el diseo por resistencia 523.7 Concepto de envolvente de fuerzas 553.8 Problemas para solucionar 56

CAPTULO 4Reacciones 57

4.1 Equilibrio 574.2 Cuerpos mviles 574.3 Clculo de las incgnitas 584.4 Tipos de soporte 594.5 Estabilidad, determinacin e indeterminacin 614.6 Equilibrio inestable e inestabilidad geomtrica 644.7 Convencin de signos 654.8 Diagramas de cuerpo libre 664.9 Componentes horizontales y verticales 674.10 Reacciones por proporciones 674.11 Reacciones calculadas con ecuaciones de equilibrio esttico 684.12 Principio de superposicin 714.13 El voladizo simple 724.14 Estructuras con voladizo 734.15 Clculo de las reacciones para las estructuras con voladizos 754.16 Arcos 774.17 Arcos de tres articulaciones 784.18 Usos de arcos y de estructuras con voladizos 834.19 Cables 834.20 Problemas para solucionar 88

CAPTULO 5Fuerza cortante y momento fl exionante 95

5.1 Introduccin 955.2 Diagramas de fuerza cortante 975.3 Diagramas de momento 985.4 Relaciones entre cargas, fuerzas cortantes y momentos fl exionantes 985.5 Diagramas de momento fl exionante dibujados a partir de diagramas de fuerza

cortante 995.6 Diagramas de fuerza cortante y de momento fl exionante para marcos estticamente

determinados 1065.7 Ecuaciones de la fuerza cortante y del momento fl exionante 1105.8 Problemas para solucionar 112

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CONTENIDO xvii

CAPTULO 6Introduccin al estudio de las armaduras planas 117

6.1 Introduccin 1176.2 Hiptesis para el anlisis de armaduras 1186.3 Notacin para las armaduras 1196.4 Armaduras para techos 1206.5 Armaduras para puentes 1216.6 Disposicin de los elementos de una armadura 1226.7 Determinacin esttica de las armaduras 1236.8 Mtodos de anlisis y convenciones 1276.9 Mtodo de los nudos 1296.10 Anlisis por computadora de armaduras estticamente determinadas 1346.11 Problema de ejemplo en computadora 1356.12 Problemas para solucionar 138

CAPTULO 7Armaduras planas (continuacin) 143

7.1 Anlisis por el mtodo de las secciones 1437.2 Aplicacin del mtodo de las secciones 1447.3 Mtodo de los cortantes 1517.4 Miembros con fuerza cero 1537.5 Cuando las hiptesis no son correctas 1557.6 Armaduras simples, compuestas y complejas 1567.7 Prueba de la carga cero 1577.8 Estabilidad 1597.9 Ecuaciones de condicin 1617.10 Problemas para solucionar 162

CAPTULO 8Armaduras espaciales o tridimensionales 168

8.1 Introduccin 1688.2 Principios bsicos 1688.3 Ecuaciones del equilibrio esttico 1698.4 Estabilidad de las armaduras espaciales 1718.5 Teoremas especiales aplicables a las armaduras tridimensionales 1718.6 Tipos de apoyo 1728.7 Ejemplos ilustrativos 1738.8 Solucin usando ecuaciones simultneas 1788.9 Problema de ejemplo con SABLE32 1808.10 Problemas para solucionar 182

CAPTULO 9Lneas de infl uencia para vigas 185

9.1 Introduccin 1859.2 Defi nicin de la lnea de infl uencia 1859.3 Lneas de infl uencia para las reacciones de una viga simple 1869.4 Lneas de infl uencia para fuerzas cortantes en vigas simples 1879.5 Lneas de infl uencia para momentos en vigas simples 188

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xviii CONTENIDO

9.6 Lneas de infl uencia cualitativas 1899.7 Usos de las lneas de infl uencia; cargas concentradas 1949.8 Usos de las lneas de infl uencia; cargas uniformes 1959.9 Frmulas comunes para vigas simples a partir de lneas de infl uencia 1969.10 Determinacin de los efectos mximos de la carga usando lneas de infl uencia 1979.11 Efectos mximos de las cargas usando la curvatura de la viga 1989.12 Cargas de impacto 1999.13 Problemas para solucionar 201

CAPTULO 10Lneas de infl uencia y cargas mviles en armaduras 204

10.1 Lneas de infl uencia en armaduras 20410.2 Disposicin de los sistemas de piso de puentes 20410.3 Lneas de infl uencia para las reacciones de una armadura 20610.4 Lneas de infl uencia para las fuerzas de los miembros de armaduras de cuerda

paralela 20610.5 Lneas de infl uencia para fuerzas de miembros de armaduras de cuerda no

paralela 20810.6 Lneas de infl uencia para armaduras K 21010.7 Determinacin de las fuerzas mximas 21110.8 Barras de contratensin en las armaduras de puentes 21310.9 Cargas vivas para puentes carreteros 21510.10 Cargas vivas para puentes ferroviarios 21910.11 Valores mximos para cargas mviles 22010.12 Problemas para solucionar 223

CAPTULO 11Defl exiones y cambios angulares usando mtodos geomtricos 225

11.1 Introduccin 22511.2 Croquis de las deformaciones de las estructuras 22511.3 Razones para calcular las defl exiones 23011.4 Teoremas del rea del diagrama de momento 23211.5 Aplicacin de los teoremas del rea del diagrama de momento 23411.6 Anlisis de vigas doblemente empotradas 24111.7 Teorema de Maxwell sobre las defl exiones recprocas 24311.8 Problemas para solucionar 245

CAPTULO 12Defl exiones y cambios angulares usando mtodos geomtricos (continuacin) 248

12.1 El mtodo de los pesos elsticos 24812.2 Aplicacin del mtodo de los pesos elsticos 24912.3 Limitaciones del mtodo del peso elstico 25412.4 Mtodo de la viga conjugada 25512.5 Resumen de vigas conjugadas 25712.6 Equilibrio 25712.7 Resumen de relaciones en vigas 25812.8 Aplicacin del mtodo de la viga conjugada a vigas 25812.9 Defl exiones a largo plazo 260

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CONTENIDO xix

12.10 Aplicacin del mtodo de la viga conjugada a marcos 26112.11 Problemas para solucionar 261

CAPTULO 13Defl exiones y cambios angulares usando mtodos de energa 264

13.1 Introduccin a los mtodos de energa 26413.2 Principio de la conservacin de la energa 26413.3 Trabajo virtual o mtodo del trabajo virtual complementario 26513.4 Defl exiones en armaduras por trabajo virtual 26713.5 Aplicacin del trabajo virtual en las armaduras 26913.6 Clculo de defl exiones en vigas y en marcos mediante el mtodo

del trabajo virtual 27313.7 Problemas de ejemplo para vigas y marcos 27413.8 Clculo de rotaciones o cambios angulares por medio del trabajo virtual 28113.9 Introduccin a los teoremas de Castigliano 28313.10 Segundo teorema de Castigliano 28413.11 Problemas para solucionar 289

PARTE DOS:ESTRUCTURAS ESTTICAMENTE INDETERMINADASMtodos clsicos

CAPTULO 14Introduccin a las estructuras estticamente indeterminadas 297

14.1 Introduccin 29714.2 Estructuras continuas 29814.3 Ventajas de las estructuras indeterminadas 30014.4 Desventajas de las estructuras indeterminadas 30214.5 Mtodos para analizar estructuras estticamente indeterminadas 30314.6 Mirando hacia adelante 304

CAPTULO 15Mtodos de fuerzas para el anlisis de estructuras estticamente indeterminadas 305

15.1 Vigas y marcos con una redundante 30515.2 Vigas y marcos con dos o ms redundantes 31415.3 Asentamiento de apoyos 31615.4 Problemas para solucionar 320

CAPTULO 16Mtodos de fuerzas para el anlisis de estructuras estticamente indeterminadas (continuacin) 322

16.1 Anlisis de armaduras con redundantes externas 32216.2 Anlisis de armaduras con redundantes internas 32616.3 Anlisis de armaduras con redundantes internas y externas 32916.4 Cambios de temperatura, contraccin, errores de fabricacin, etctera 33016.5 Primer teorema de Castigliano 332

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xx CONTENIDO

16.6 Anlisis con computadoras 34116.7 Problemas para solucionar 342

CAPTULO 17Lneas de infl uencia para estructuras estticamente indeterminadas 347

17.1 Lneas de infl uencia para vigas estticamente indeterminadas 34717.2 Lneas de infl uencia cualitativas 35317.3 Lneas de infl uencia para armaduras estticamente indeterminadas 35617.4 Problemas para solucionar 360

CAPTULO 18Pendiente-defl exin: Un mtodo de anlisis por desplazamientos 363

18.1 Introduccin 36318.2 Deduccin de las ecuaciones de pendiente-defl exin 36318.3 Aplicacin de las ecuaciones de pendiente-defl exin a vigas continuas 36618.4 Vigas continuas con extremos simplemente apoyados 36918.5 Diversos aspectos relacionados con las vigas continuas 37118.6 Anlisis de vigas con asentamientos en los apoyos 37218.7 Anlisis de marcos sin desplazamiento lateral 37418.8 Anlisis de marcos con desplazamiento lateral 37618.9 Anlisis de marcos con columnas inclinadas 38218.10 Problemas para solucionar 382

PARTE TRES:ESTRUCTURAS ESTTICAMENTE INDETERMINADASMtodos comunes actualmente en uso

CAPTULO 19Anlisis aproximado de estructuras estticamente indeterminadas 389

19.1 Introduccin 38919.2 Armaduras con dos diagonales en cada tablero 39019.3 Vigas continuas 39119.4 Anlisis de estructuras de edifi cios para cargas verticales 39519.5 Anlisis de portales 39819.6 Anlisis de marcos de edifi cio para cargas laterales 40019.7 Anlisis aproximado de marcos comparados con el anlisis exacto

por SABLE32 40719.8 Distribucin de momentos 40819.9 Anlisis de armaduras Vierendeel 40819.10 Problemas para solucionar 410

CAPTULO 20Distribucin de momentos en vigas 413

20.1 Introduccin 41320.2 Relaciones bsicas 415

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CONTENIDO xxi

20.3 Defi niciones 41720.4 Convencin de signos 41920.5 Aplicacin de la distribucin de momentos 41920.6 Modifi cacin de la rigidez para el caso de extremos simples 42420.7 Diagramas de fuerza cortante y de momento fl exionante 42520.8 Soluciones con computadora con SABLE32 42820.9 Problemas para solucionar 430

CAPTULO 21Distribucin de momentos para marcos 433

21.1 Marcos sin desplazamiento lateral 43321.2 Marcos con desplazamiento lateral 43521.3 Momentos debidos al desplazamiento lateral 43721.4 Marcos con elementos inclinados 44721.5 Marcos de niveles mltiples 45121.6 Anlisis con computadora de los marcos 45521.7 Problemas para solucionar 457

CAPTULO 22Introduccin a los mtodos matriciales 461

22.1 Anlisis de estructuras con el uso de la computadora 46122.2 Mtodos matriciales 46122.3 Repaso de lgebra matricial 46222.4 Mtodos de anlisis de las fuerzas y de los desplazamientos 46222.5 Introduccin al mtodo de las fuerzas o de las fl exibilidades 46322.6 Problemas para solucionar 468

CAPTULO 23Fundamentos del mtodo de los desplazamientos o de las rigideces 470

23.1 Introduccin 47023.2 Relaciones generales 47023.3 Ecuaciones de rigideces para barras con fuerza axial 47223.4 Ecuaciones de rigideces para las barras sometidas a fl exin 47823.5 Matriz de rigidez para elementos combinados sujetos a fuerza axial y fl exin 48723.6 Caractersticas de las matrices de rigideces 48923.7 Relacin entre las matrices de rigideces y de fl exibilidad 49023.8 Problemas para solucionar 492

CAPTULO 24Matrices de rigideces para elementos inclinados 494

24.1 Generalidades 49424.2 Elementos con fuerza axial 49424.3 Elementos sometidos a fl exin 50024.4 Carga entre nodos 51024.5 Problemas para solucionar 515

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xxii CONTENIDO

CAPTULO 25Temas adicionales de mtodos matriciales 518

25.1 Generalidades 51825.2 Adicin de las ecuaciones de rigideces 51825.3 Matrices de rigideces para elementos inclinados 52025.4 Ecuaciones de rigideces para estructuras con desplazamientos impuestos 52325.5 Ecuaciones de rigideces para estructuras con elementos que experimentan cambios

de temperatura 52425.6 Ecuaciones de rigideces para estructuras cuyos elementos tienen longitudes

incorrectas 52625.7 Aplicaciones de la particin de matrices 52625.8 Condensacin 52725.9 Ancho de banda de las matrices de rigideces para estructuras generales 52825.10 Problemas para solucionar 531

APNDICES

APNDICE ALa ecuacin de la catenaria 533

APNDICE Blgebra matricial 538

B.1 Introduccin 538B.2 Defi niciones y propiedades de las matrices 538B.3 Tipos especiales de matrices 539B.4 Determinante de una matriz cuadrada 540B.5 Matriz adjunta 541B.6 Aritmtica matricial 542B.7 Mtodo de Gauss para resolver ecuaciones simultneas 547B.8 Temas especiales 548

APNDICE CCargas elica, ssmica y de nieve. Tablas y fi guras 553

APNDICE DAnlisis por computadora de diversas estructuras con SAP2000 565

D.1 Introduccin 565D.2 Anlisis de estructuras planas 565D.3 Anlisis de armaduras espaciales 567D.4 Anlisis de armaduras planas estticamente indeterminadas 568D.5 Anlisis de estructuras compuestas 570D.6 Anlisis de vigas y marcos continuos 571

APNDICE EFrmulas tiles 573

Glosario 577ndice 583

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