¿CUÁLES SON LAS DIFERENCIAS ENTRE ANÁLISIS ESTÁTICO Y DINÁMICO?

¿Sabes realmente cuándo usar un análisis estático y cuándo uno dinámico? Entender esta diferencia puede cambiar por completo la forma en que interpretas el comportamiento de una estructura.

Análisis estático ¿Qué es?

El análisis estático es un procedimiento importante para diseñar una estructura. Mediante el análisis estático se obtiene la respuesta de una estructura ante un esfuerzo (o carga) constante aplicado al sistema en un tiempo «indefinido o definido».

La respuesta estructural incluye fuerzas/momentos internos y tensiones internas utilizadas en el proceso de diseño. En general, utilizando un esquema de análisis estructural basado en elementos finitos, primero, los desplazamientos desconocidos se obtienen a partir de las ecuaciones de equilibrio del sistema activo, y luego las fuerzas y tensiones externas e internas se calculan a partir de las ecuaciones de equilibrio global de la estructura.

Características principales del análisis estático

• Proporciona cálculo de estructuras bajo la acción de fuerzas estáticas constantes aplicadas al sistema en un tiempo determinado.
• En el análisis estático de una estructura NO se tiene en cuenta la acción de los sismos o vientos.
• El método de superposición y el método de sección corresponden a este tipo de análisis.
• En el análisis estático de estructuras se miden cargas y momentos.

Análisis dinámico ¿Qué es?

Cualquier estructura física real se comporta dinámicamente cuando se le aplica cualquier carga o desplazamiento. Según la segunda ley de Newton, la fuerza de inercia adicional es igual a la masa multiplicada por la aceleración.

Si la carga o el desplazamiento se aplican lentamente, las fuerzas de inercia pueden despreciarse y puede justificarse el análisis estático. Por tanto, el análisis dinámico es una simple extensión del análisis estático.

Además, toda estructura real tiene el potencial de tener un número infinito de desplazamientos. Por lo tanto, la fase más crítica del análisis estructural es crear un modelo informático con un número finito de elementos sin masa y un número finito de desplazamientos nodales que simulen el comportamiento de la estructura real.

La masa de un sistema estructural, que puede estimarse con precisión, se concentra en los puntos nodales. Además, para estructuras elásticas lineales, las propiedades de rigidez de los elementos se pueden estimar con un alto grado de confiabilidad con la ayuda de datos experimentales. Sin embargo, la carga dinámica, las propiedades de disipación de energía y las condiciones de contorno (cimientos) de muchas estructuras son difíciles de estimar. Esto siempre se aplica en caso de eventos sísmicos o cargas de viento.

Para reducir los errores que pueden provocar las estimaciones resumidas en el párrafo anterior, es necesario realizar muchos análisis dinámicos, utilizando modelos informáticos, diferentes cargas y condiciones de contorno. No es poco realista realizar 20 o más análisis por computadora para diseñar una nueva estructura o investigar opciones de refuerzo en una estructura existente.

Debido a la gran cantidad de análisis informático requerido para ciertos análisis dinámicos, es muy importante utilizar métodos precisos y numéricamente eficientes en los programas informáticos.

Características principales del análisis dinámico

• Se refiere al análisis de pequeñas oscilaciones o vibraciones que puede experimentar una estructura alrededor de su posición de equilibrio.
• En el análisis dinámico de una estructura se considera la acción de los sismos y los vientos.
• Los métodos de rigidez y de elementos finitos se adaptan a este tipo de análisis.
• En el análisis dinámico de estructuras se mide el período de vibración.

Diferencias entre análisis estatico y análisis dinámico

El análisis estático se enfoca en evaluar cargas que no cambian con el tiempo o que lo hacen de manera muy lenta. En contraste, el análisis dinámico estudia cómo responden las estructuras cuando las cargas varían en el tiempo, es decir, cuando existen efectos asociados al movimiento o a cambios rápidos en la acción aplicada.

En cuanto a sus aplicaciones más comunes, el análisis estático se utiliza para considerar el peso propio de la estructura, las cargas muertas y las cargas vivas estacionarias. Por su parte, el análisis dinámico se aplica en situaciones como terremotos, vientos dinámicos y cargas generadas por tráfico en movimiento, donde la variabilidad temporal es determinante.

Desde la perspectiva del modelado de cargas, en el análisis estático las cargas se consideran constantes o invariables. En el análisis dinámico, las cargas cambian con el tiempo y pueden involucrar efectos relacionados con la frecuencia, la vibración y la interacción entre masa y rigidez estructural.

Respecto a su importancia en el diseño, el análisis estático es fundamental para el diseño básico de estructuras, ya que permite dimensionar los elementos frente a acciones permanentes y variables convencionales. En cambio, el análisis dinámico es crítico en estructuras sometidas a cargas dinámicas significativas, como puentes y rascacielos, donde los efectos de vibración y resonancia pueden influir considerablemente en el comportamiento estructural.

En relación con los métodos de análisis, el análisis estático emplea herramientas como el análisis de elementos finitos en su versión estática y los métodos de distribución de momentos. El análisis dinámico, en cambio, recurre al análisis de elementos finitos dinámicos, al análisis espectral y al análisis tiempo-historia, que permiten estudiar la respuesta estructural frente a acciones variables en el tiempo.

Como ejemplos prácticos, el análisis estático se utiliza en el diseño de edificios sometidos a cargas permanentes y temporales convencionales. El análisis dinámico se emplea en el diseño de edificaciones que deben resistir terremotos o vibraciones producidas por el tránsito vehicular.

En términos de complejidad, el análisis estático suele ser menos complejo y más directo en su aplicación. El análisis dinámico, por el contrario, es más complejo, ya que exige considerar múltiples factores dinámicos que influyen en la respuesta estructural.

Finalmente, en cuanto a los resultados obtenidos, el análisis estático proporciona valores de fuerzas internas, momentos y desplazamientos bajo la acción de cargas estáticas. El análisis dinámico entrega la respuesta estructural ante cargas variables, incluyendo efectos de vibración y comportamiento dependiente del tiempo.

En JH - Soluciones Integrales S.A.S. “Somos especialistas en diseño sísmico en Medellín"

Fuente:
CYPE PERÚ