Post on 04-Dec-2015
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MARCO TEORICO
Fuerzas hidrostáticas sobre superficies planas
El diseño de estructuras de contención requiere el cálculo de las fuerzas
hidrostáticas sobre las superficies adyacentes al fluido. Estas fuerzas están
relacionadas con el efecto del peso del fluido sobre las superficies que lo
contienen. Por ejemplo, un depósito con una base plana horizontal de área Ab que
contenga una altura H de agua soportará una fuerza vertical hacia abajo en la
base igual a:
F = γ H Ab
Si la superficie no es horizontal, se requerirán cálculos adicionales para determinar
la fuerza resultante y la ubicación de su línea de acción. El caso de una superficie
plana es análogo al problema de flexión y compresión combinadas en resistencia
de materiales, ya que en ambos se presenta una distribución de líneas de
esfuerzos.
El problema hidrostático se deduce a fórmulas simples que atañen al centroide o
centro de gravedad y a los momentos de inercia de la sección plana.
F = γ A h
F = Fuerza hidrostática (N).
γ = Peso específico del fluido (N/m3).
A = Área de la superficie plana (m2).
h = Distancia vertical desde la S.L.A hasta el centro de gravedad de la superficie
plana.
De esta manera y de acuerda con el principio de Arquímedes, para que un cuerpo
sumergido en un líquido esté en equilibrio, la fuerza de empuje y el peso, deben
de ser iguales en magnitudes y, además, han de aplicarse en el misma punto. La
condición F = P, equivale de hecho a que las densidades del cuerpo y del líquido
sean iguales; por tal motivo, en el caso de equilibrio de los cuerpos sumergido es
indiferente, y si el cuerpo, no es homogéneo, el centro de gravedad no va a
coincidir con el centro geométrico, que es el punto en donde puede considerarse
que es aplicada la fuerza de empuje. Ello significa que las fuerzas forman un par
que hará girar el cuerpo hasta que ambas estén alineadas.
Por otra parte, si un cuerpo sumergido sale a flote es porque el empuje predomina
sobre el peso (F>P). Es aquí donde el equilibrio de ambas fuerzas aplicadas sobre
puntos diferentes estarán alineadas; esto es el caso de las embarcaciones en
aguas tranquilas, por ejemplo; sin embargo, cuanto mayor sea el momento M del
par, mayor será la estabilidad del cuerpo, es decir, la capacidad para recuperar la
verticalidad será mayor.
Por eso, resulta evidente que cada vez que un cuerpo se sumerge en un líquido es
empujado de alguna manera por el fluido y a veces esa fuerza es capaz de sacarlo
a flote y otras sólo logra provocar una aparente pérdida de peso. Finalmente,
sabemos que la presión hidrostática aumenta con la profundidad y conocemos
también que se manifiesta mediante fuerzas perpendiculares a las superficies
sólidas que contacta y estas fuerzas no sólo se ejercen sobre las paredes del
contenedor del líquido sino también sobre las paredes de cualquier cuerpo
sumergido en él.