Estructuras: análisis estructural y diseño de concreto y acero
El dominio de Estructuras evalúa el análisis de vigas, marcos y armaduras, y el diseño por estados límite de elementos de concreto reforzado (ACI 318) y de acero estructural (AISC 360). Los reactivos suelen pedir momentos y reacciones, acero requerido o la revisión de una sección ante flexión y cortante.
Análisis
- Estática: ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0; en viga simplemente apoyada, Mmax = wL²/8 con carga uniforme y PL/4 con carga puntual al centro.
- Marcos: método matricial de rigideces y distribución de momentos (Cross); armaduras por nudos y por secciones.
- Líneas de influencia para cargas móviles y posición crítica del tren de cargas.
Diseño
- Concreto: combinación U = 1.2D + 1.6L; φ = 0.90 en flexión y 0.75 en cortante; As,mín = 0.25√f'c·b·d/fy.
- Acero: φb·Mn con φb = 0.90; Mn = Fy·Zx si la sección es compacta; revisar pandeo lateral-torsional y esbeltez local de patines y alma.
Ejemplo
Viga simplemente apoyada, L = 6 m, wu = 20 kN/m: Mu = 20(6²)/8 = 90 kN·m. Con b = 300 mm, d = 450 mm, f'c = 28 MPa y fy = 420 MPa: As ≈ Mu/(0.9·fy·0.9d) = 90×10⁶/(0.9×420×405) ≈ 588 mm². Verificación: a = As·fy/(0.85·f'c·b) = 588×420/(0.85×28×300) ≈ 34.6 mm, holgadamente menor que 0.9d. El mínimo resulta ≈ 425 mm², así que gobierna 588 mm².
Errores que cuestan puntos
- Diseñar con cargas de servicio sin amplificar.
- Olvidar la revisión por cortante o el recubrimiento y separación libre entre varillas.
- Confundir el factor φ de resistencia con el factor de carga, o mezclar kg/cm² con MPa.
- En acero, no revisar la longitud no soportada Lb ni el pandeo local.