HISTORIA DE INGENIERÍA ESTRUCTURAL, MÉTODOS Y SUS CREADORES

La ingeniería ha sido un aspecto de la vida desde el inicio de la existencia humana. Las prácticas más tempranas de la ingeniería civil podrían haber comenzado entre el 4000 y el 2000 a. C. en el Antiguo Egipto y Metoposcopia cuando los humanos comenzaron a abandonar la existencia nómada, creando la necesidad de un cobijo. Durante este tiempo el transporte empezó a incrementar su importancia, lo que llevó al desarrollo de la rueda y de la navegación.

En la amplia ciencia que cubre la ingeniería civil, entre cálculos, la física, el análisis matemático y entre amplias aplicaciones especializada que argumenta esta profesión, se encuentra como unos de los pilares de está, la ingeniería estructural, que desde sus inicios ha sido fundamental en el desarrollo de obras de gran importancia dentro de la sociedad, convirtiéndose en una aplicación universal en todo el mundo.

En la siguiente investigación abarcaremos todo lo que encuentra dentro de la ingeniería estructural, como especialización de la ingeniería civil, una amplia aplicación que la podemos denotar desde la aplicación de las ciencias básicas hasta  la ejecución de ella, todo lo que lo conforma y sus grandes métodos que han revolucionado la sociedad civil, y que entre otras palabras se han convertido en selvas estructurales, llenas de acero y hormigón, donde se detalla la expresión ingenieril de cada uno de los aplicativos que podemos encontrar, donde tuvo un inicio y es el momento donde los métodos estructurales no han dejado de ser solución dentro de esta rama.  

Es la ingeniería civil unas de las primeras profesiones que se desarrolló dentro de la humanidad, y dentro de ella tradicionalmente ha sido dividida en varias su disciplinas incluyendo ingeniería ambiental, sanitaria, ingeniería, geofísica, geodesia, ingeniería de control, ingeniería estructural, mecánica, transporte, ciencias, ingeniería del urbanismo, ingeniería del territorio, ingeniería hidráulica, materiales, ingeniería, agrimensura, e ingeniería de la construcción.  Donde la ingeniería estructural comanda la bandera dentro de esta ciencia, que la podemos ver en todas las obras civil que comprendan otras aplicaciones de la ingeniería, dentro de esta investigación queremos conocer todo lo que aborda esta ciencia especializada que entre otras palabra la conocemos como análisis estructural.

los estudiantes de ingeniería civil en cualquiera universidad del mundo el conocimiento de los análisis estructurales es importante y que por ende el conocimiento propio de ella debe ser muy amplio, y que esta investigación se desea conocer sus métodos, historias y sus grandes iniciadores, para comprender esta ciencia que tiene gran envergadura en la aplicación y ejecución de obras civil o construcciones.

Es de conocer que los análisis estructura son muy importante, en la aplicación y ejecución de ella, pero son las investigaciones y los cursos requeridos para el conocimiento de ella, que hacen que el ingeniero a graduar sea un especialista es análisis estructura, porque la aplicación y ejecución conlleva un aspecto social, económico y desarrollista dentro de nuestro contorno.

1HISTORIA DE LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL.

Es una rama antigua, que se aplica en la ingeniería civil, podemos decir que es el responsable del diseño, planeamiento y cálculo de la parte estructural. Que forma un sistema integrado de vigas, columnas, losas, muros incluyendo muros de retención, presas, túneles, zapatas de cimentación y otros, que lo empleamos en los edificios urbanos, construcciones industriales, puentes, estructuras de desarrollo hidráulico y demás obras. Su propósito es la de obtener estructuras eficaces que resulten apropiadas a partir del punto de vista resistente. 

En un sentido práctico, la ingeniería estructural es la aplicación de la mecánica Newtoniana para el diseño de elementos y sistemas estructurales, que mayormente se necesita resolver problemas de alta complicación que se solucionan mediante técnicas de cálculo diferencial e integral de diversas variables, temas de álgebra lineal, ecuaciones diferenciales y métodos numéricos. 

Los ingenieros estructurales deben de estar verdaderamente de convencido de que sus proyectos cumplan un patrón, buscando así un aspecto arquitectónico para conseguir los objetivos determinados de seguridad y confrontando los materiales fundamentales de construcción, para estar seguro de cual le conviene utilizar, concreto reforzado o pre esforzado, acero, madera, mampostería confinada o reforzada, aluminio u otras posibilidades más recientes. 

Como, por ejemplo, que la edificación no colapse sin dar ningún tipo de aviso primero o de serví civilidad, que la vibración en un edificio no hastíe a sus habitantes. Los ingenieros estructurales son los responsables de darle una buena utilización al dinero y a los materiales necesarios para alcanzar estos objetivos. Característicamente, los ingenieros estructurales con escasa experiencia diseñan vigas simples, columnas o pisos de edificios nuevos, conteniendo el cálculo de cargas o fuerzas, en cada miembro y la capacidad de diversos materiales de construcción tales como acero, madera u hormigón. 

Un ingeniero habituado tiende a diseñar estructuras más complicadas, tales como puentes o edificios de varios pisos incluyendo rascacielos. Las cargas estructurales son habitualmente clasificadas como: cargas vivas, las cuales se corresponden al peso de los habitantes, muebles, presión hidráulica, fuerzas de viento o sismos; y cargas muertas, además, el peso de la estructura y los detalles arquitectónicos.⁵

La ingeniería estructural se remonta a 2700 aC, cuando la pirámide escalonada de Zoser Faraón fue construida por Imhotep, el primer ingeniero de la historia conocida por su nombre. Pirámides eran las estructuras principales más comunes construidos por civilizaciones antiguas, porque la forma estructural de una pirámide es inherentemente estable y se puede escalar casi hasta el infinito. A lo largo de la historia antigua y medieval de diseño más arquitectónico y la construcción se llevó a cabo por artesanos, como albañiles y carpinteros, pasando a la función de maestro de obras. 

Ninguna teoría de las estructuras existe, y la comprensión de cómo las estructuras se levantaron era extremadamente limitado, y se basan casi exclusivamente en la evidencia empírica de lo que había trabajado antes. El conocimiento fue conservado por los gremios y rara vez suplantada por los avances. Estructuras eran repetitivas, y el aumento de la escala fueron incrementales.

No existen registros de los primeros cálculos de la resistencia de los elementos estructurales o el comportamiento de los materiales estructurales, pero la profesión de ingeniero estructural único realmente tomó forma con la Revolución Industrial y la re- invención del hormigón. Las ciencias físicas subyacentes ingeniería estructural comenzaron a entenderse en el Renacimiento y se han desarrollado desde entonces en las aplicaciones basadas en ordenador pionero en la década de 1970. 

1    CRONOLOGÍA

Dentro de 1452-1519 Leonardo da Vinci hizo muchas contribuciones, en 1638: Galileo Galilei publicó el libro Dos nuevas ciencias, en el que analizó el fracaso de las estructuras simples, en 1660: La ley de Hooke por Robert Hooke, en 1687: Isaac Newton publica Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, que contiene las leyes del movimiento de Newton, en 1750: Ecuación de Euler-Bernoulli haz Daniel Bernoulli introdujo el principio del trabajo virtual, entre 1707-1783: Leonhard Euler desarrolló la teoría de pandeo de columnas, en 1826: Claude-Louis Navier publicó un tratado sobre el comportamiento elástico de estructuras, en 1873: Carlo Alberto Castigliano presentó su tesis Intorno ai sistemi elasticidades, que contiene su teorema para el desplazamiento de computación como derivada parcial de la energía de deformación. Este teorema incluye el método de los mínimos trabajo como un caso especial.

En 1936: publicación de Hardy Cross del método de distribución de momentos que más tarde fue reconocido como una forma del método de relajación aplicable al problema de flujo en la tubería de la red, en 1941: Alexander Hrennikoff presentó su tesis D.Sc en el MIT en la discretización de los problemas de elasticidad plana utilizando una estructura reticular, en 1942: R. Courant dividir un dominio en subregiones finitos, en 1956: J. Turner, RW Clough, HC Martin, y el papel de LJ Topp en la rigidez y flexión de estructuras complejas introduce el nombre de método de elementos finitos y es ampliamente reconocido como el primer tratamiento integral del método, ya que es conocido hoy Inicios de la ingeniería Estructural. 

MÉTODOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL

MÉTODO DE TRABAJO REAL

El método de trabajo real utiliza el principio de conservación de la energía, en virtud del cual el trabajo externo realizado por las cargas debe ser igual al trabajo de deformación producido por los esfuerzos causados por las cargas. Al plantear el trabajo externo es preciso cuidar que las cargas sean compatibles con las deflexiones. La desventaja del método radica en su limitación, pues solo permite la existencia de una incógnita, y si se le aplica más de una fuerza o momento se tendrá más de un desplazamiento o rotación. 

MÉTODO DE TRABAJO VIRTUAL

Este método de trabajo virtual está en entre los métodos tradicionales, el procedimiento más versátil para evaluar deflexiones elásticas de estructuras producidas incluso por causas diferentes de la aplicación de cargas, como errores de fabricación o cambios de temperatura. La única restricción es que en su forma finita solo es aplicable a aquellos casos en los que es válido el principio de superposición. 

  MÉTODO DE DOBLE INTEGRACIÓN

Es el más general para determinar deflexiones. Se puede usar para resolver casi cualquier combinación de cargas y condiciones de apoyo en vigas estáticamente determinadas e indeterminadas. 

 MÉTODO DEL ÁREA DE MOMENTO

Las bases de este método fueron enunciadas en la universidad de Michigan en 1873 y resultan muy útiles para el cálculo de deflexiones y vigas y pórticos, especialmente cuando se analiza su respuesta a cargas concentradas.

  MÉTODO VIGA CONJUGADA

Este método consiste en cambiar el problema de encontrar las pendientes y deflexiones causadas en una viga por un sistema de cargas aplicadas, por otro problema en que se averiguan las fuerzas de corte y momento en una viga especial, llamada viga conjugada. 

  MÉTODO DE LOS TRES MOMENTOS

El teorema general de los tres momentos más que un teorema es una fórmula que relaciona los tres momentos en tres apoyos de una viga continua, que nos es muy útil en el cálculo de momentos en estos apoyos. Además, este método nos simplifica el proceso de cálculo de los momentos flectores con los cuales se procede al trazado de los ya conocidos: DMF y DFC. Con la aplicación directa de la fórmula, el proceso se simplifica y se vuelve un proceso netamente matemático rápido de desarrollar y fácil de interpretar.

   MÉTODO DE CROSS

Este método sumamente útil en el análisis de pórticos, fue ideado por el profesor Hardy Cross, quien empezó quien empezó a enseñarlo a sus alumnos de la universidad Illinois en 1924. Posteriormente lo publico en una revista de la sociedad americana de Ingenieros civiles (ASCE) en 1930, despertando inmediatamente el interés de la profesión de tal manera, que en pocos años fueron presentados numerosos artículos por diversos autores que lo llevaron al grado de refinamiento con que se le conoce hoy en día.

El método de distribución de momentos puede ser utilizado para analizar cualquier tipo de viga indeterminada o de pórtico rígido, e hizo posible resolver de manera sencilla y segura muchas estructuras que antes se diseñaban únicamente mediante reglas empíricas o métodos aproximados.

   MÉTODO DE KANI

El método tradicional para analizar pórticos con desplazamiento, mediante distribución de momentos, se vuelve sumamente engorroso para estructuras de muchos grados de libertad tales como los edificios para oficinas o apartamentos corrientes.

Se trata de un método de aproximaciones sucesivas y, en consecuencia, las respuestas se pueden lograr con la exactitud que desee, los datos básicos lo permitan.

 MÉTODO DE TAKABEYA

El método e si consiste en encontrar, por aproximaciones sucesivas, los giros de los nudos y los desplazamientos de los pisos, en lugar de los momentos debidos a ellos, con lo cual se disminuye considerablemente el número de operaciones. Esto lo hace sumamente útil incluso hoy en día, con el auge de la computación electrónica, Una vez obtenida convergencia en giros y desplazamientos, se produce a evaluar los momentos definitivos mediante las ecuaciones de ángulos de giro y deflexión.