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INTRODUCCIÓN
La palabra estructura tiene diferentes significados, en su acepción más
general se refiere a la forma en que se organizan las partes de un
sistema u objetivo. Desde el punto de vista ingenieril, las estructuras
están ligadas a la construcción, son estructuras los puentes, los
edificios, las torres, las presas, etc.
Debe entenderse como una carga estructural aquellas solicitaciones
mecánicas (fuerzas, momentos, deformaciones, desplazamientos) que
debe ser incluida en el cálculo de los elementos mecánicos resistentes.
La estructura está constituida por el conjunto de elementos mecánicos
resistentes y sus uniones mecánicas considerados como un sistema.
Las cargas estructurales son generalmente clasificadas como:
Cargas muertas que actúan de forma continua y sin cambios
significativos, pertenecen a este grupo el peso propio de la
estructura, empujes de líquidos (como en un dique) o sólidos
(como el suelo en un muro de contención), tensores (como en
puentes), asientos permanentes;
Cargas vivas que son aquellas que varían su intensidad con el
tiempo por uso o exposición de la estructura, tales como el
tránsito en puentes, cambios de temperatura, maquinaria (como
una prensa), acumulación de nieve o granizo, etc. Cargas
accidentales que tienen su origen en acciones externas al uso de
la estructura y cuya manifestación es de corta duración como lo
son los eventos sísmicos o ráfagas de viento.
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OBJETIVOS
Identificar el comportamiento de una estructura para poder hallar
una fuerza representativa de un componente de la edificación.
Conocer detalladamente las fases para diseñar una estructura
viable.
Interpretar el comportamiento sísmico que presenta una
estructura para evitar daños mayores.
Reconocer el tipo de elementos estructurales para diferenciar
correctamente en el campo.
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DESARROLLO DEL TEMA
1. INTRODUCCIÓN A LAS
ESTRUCTURAS
1.1 ¿QUÉ SE ENTIENDE POR ESTRUCTURA?
Puede definirse, en general, una estructura como:
"conjunto de elementos resistentes capaz de mantener sus
formas y cualidades a lo largo del tiempo, bajo la acción de las
cargas y agentes exteriores a que ha de estar sometido".
La estructura soporta las cargas exteriores (acciones y reacciones), las
cuales reparten su efecto por los diferentes elementos estructurales que
resultan sometidos a diferentes esfuerzos, los cuales inducen un estado
tensional, que es absorbido por el material que la constituye.
Las estructuras son de diferentes tipos:
• Elementos lineales sencillos (vigas y pilares)
• Estructuras de barras Estructuras articuladas Estructuras reticuladas
• Estructuras laminares
• Continuos tridimensionales
En una serie de partes conectadas con el fin de soportar una
CARGA
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1.2 ¿CUÁL ES SU OBJETIVO?
HAY DOS OBJETIVOS PRINCIPALES:
1. Resisten cargas resultantes:
-cargas de su propio peso
-cargas que provienen del uso para la que está diseñada la estructura
2. Darle forma a un cuerpo, obra civil o máquina
ES EL ARMAZÓN QUE LE DA FORMA A LAS ESTRUCTURAS
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1.3 ¿CUÁLES SON SUS PROPIEDADES?
RESISTENCIA
Para que soporte sin romperse el efecto de las fuerzas a las que se
encuentra sometida.
RIGIDEZ
Para que la estructura no se deforme.
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ESTABILIDAD.
Para que se mantenga en equilibrio sin caerse ni volcarse
1.4 LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL Se conoce como Ingeniería Estructural el área o disciplina de la
ingeniería que incluye el conjunto de conocimientos científico-técnicos
necesarios en las fases del proceso de concepción, diseño y fabricación
de los sistemas estructurales que son necesarios para soportar las
actividades humanas.
Este proceso se desglosa en fases consecutivas que son las
siguientes:
Fase 1: CONCEPCIÓN O PLANEACIÓN.- Fase inicial que parte
de una especificación de requisitos y que requiere imaginación creativa
y juicio ingenieril para plantear alternativas y seleccionar una solución.
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Fase 2: ANÁLISIS.-Fase que incluye las actividades conducentes
a ratificar la adecuación de la estructura a su objetivo de soportar unas
cargas dadas en unas condiciones predefinidas. En esta fase se precisa
determinar (mediante cálculos que se basan en técnicas y métodos
específicos) la respuesta de la estructura a cargas o acciones
predefinidas; esta respuesta se mide, 4 usualmente, estableciendo los
esfuerzos en los elementos de la estructura y los desplazamientos en
sus puntos más representativos.
Fase 3: DISEÑO.- Dimensionamiento detallado de los elementos
estructurales en base a los esfuerzos que han de soportar y los
materiales de que están compuestos.
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Fase 4: CONSTRUCCIÓN O FABRICACIÓN.- Fase final en la que
se realiza la estructura.
1.5 ¿QUÉ ES UN ELEMENTO ESTRUCTURAL?
Son cada una de las PARTES que constituye una estructura, esta
posee una FUNCIÓN RESISTENTE dentro del conjunto.
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A. ELEMENTOS LINEALES.
Columnas
Vigas
Armaduras
Tirantes
B. ELEMENTOS PLANOS.
Losas de techo
Escaleras
Placas
Muros estructurales
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C. ELEMENTOS TRIDIMENSIONALES.
Ladrillos
Zapatas de cimentación
D. ELEMENTOS DE SUPERFICIE DE CURVA.
Arcos
Bóvedas
Cascarones
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2.- TEORÍA ESTRUCTURAL.
Para poder analizar, estudiar, predecir el COMPORTAMIENTO se
requiere tener en cuenta los tener en cuenta los conocimientos relativos a
la MECÁNICA DE SÓLIDOS.
2.1 ¿QUÉ ESTUDIA LA MECÁNICA DE SUELOS?
ESTÁTICA: Estudia las condiciones que cumplen las fuerzas
que actúan sobre una partícula o un sólido para mantenerse en
equilibrio.
DINÁMICA: Estudia el movimiento del cuerpo teniendo en
cuenta la causa que lo produce.
TEORÍA DE LA ELASTICIDAD.
Estudia la relación entre las fuerzas y las deformaciones sobre todo en los
cuerpos elásticos.
La Teoría de la Elasticidad Lineal es el estudio de sólidos elásticos
lineales sometidos a pequeñas deformaciones de manera tal que además
de que los desplazamientos y deformaciones sean "lineales" (es decir que
las componentes del campo de
desplazamientos u sean
aproximadamente una combinación
lineal de las componentes del tensión/
deformación del sólido.
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TEORÍA DE LA RESISTENCIA.
Estudia y establece las relaciones entre las cargas exteriores aplicadas y sus
efectos en el interior de los sólidos.
3.-FUERZAS.
La fuerza es una magnitud vectorial que mide la intensidad del
intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de
partículas.
Son aquellas que generan o tienden a ejercer:
Un movimiento
Una tensión
una compresión sobre un objeto determinado
VIGA
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Clasificación de las
fuerzas o cargas Según el modo de aplicación:
a) cargas concentradas o puntuales
b) cargas distribuidas
Según su permanencia:
1. Cargas estáticas
a) cargas muerta o permanente
b) carga viva o sobrecarga de servicio
2. Cargas dinámicas
a) Cargas de viento
b) Cargas de impacto
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c) Cargas de sismo
Según su ubicación:
a) Cargas externas
b) Cargas internas
POR EL MODO DE
APLICACIÓN
CARGAS PUNTUALES
Son aquellas cargas que actúan en una superficie muy reducida
(5%máximo) con respecto al área total.
Ejemplo: Una Columna, un nervio sobre una viga de carga, el anclaje
de un tensor, un puente grúa sobre una vía, entre otros.
CARGAS DISTRIBUCIÓN
Las cargas distribuidas son las cargas que convencionalmente actúan
sobre un área grande del piso. Las cargas son el resultado del material
almacenado directamente en el piso dentro del área de
almacenamiento. Las cargas concentradas son las que normalmente
controlan el diseño del piso pues estas producen esfuerzos a tensión
mayores que las cargas distribuidas.
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POR SU PERMANENCIA
CARGAS ESTÁTICAS Son aquellas que se aplican lentamente sobre una estructura
1. CARGAS MUERTAS Son cargas permanentes y que no son debidas al uso de la estructura. En esta categoría se pueden clasificar las cargas correspondientes al peso propio y al peso de los materiales que soporta la estructura tales como acabados, divisiones, fachadas, techos, etc. Dentro de las cargas muertas también se pueden clasificar aquellos equipos permanentes en la estructura. En general las cargas muertas se pueden determinar con cierto grado de exactitud conociendo la densidad de los materiales.
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2. CARGAS VIVAS
Corresponden a cargas gravitacionales debidas a la ocupación normal de la estructura y que no son permanentes en ella. Debido a la característica de movilidad y no permanencia de esta carga el grado de incertidumbre en su determinación es mayor. La determinación de la posible carga de diseño de una edificación ha sido objeto de estudio durante muchos años y gracias a esto, por medio de estadísticas, se cuenta en la actualidad con una buena aproximación de las cargas vivas de diseño según el uso de la estructura. Las cargas vivas no incluyen las cargas ambientales como sismo o viento.
CARGAS DINÁMICAS
1. CARGAS DE VIENTO
El viento produce una presión sobre las superficies expuestas. La fuerza depende de: -densidad y velocidad del viento -ángulo de incidencia -forma y rigidez de la estructura -rugosidad de la superficie -altura de la edificación. A mayor altura mayor velocidad del viento
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2. CARGAS DE IMPACTO
Se aplican repentinamente sobre una estructura, el movimiento es
coincidente con la dirección en que se produce la carga. Tiene una
magnitud de al menos el doble que el efecto estático.
3. CARGA SÍSMICA
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Es un concepto utilizado en ingeniería sísmica que define las acciones
que un sismo provoca sobre la estructura de un edificio y que deben
ser soportadas por esta.
1 Se trasmiten a través del suelo.
2 las estructuras adyacentes o el
impacto de las olas de los maremotos.
SEGÚN SU UBICACIÓN a. Cargas externas
Las fuerzas existentes sobre los cuerpos pueden ser de
superficie, las cuales ejercen su acción sobre la superficie de los cuerpos,
tales como:
la presión hidrostática
la presión del viento
como la acción de la gravedad
las fuerzas magnéticas,
las fuerzas de inercia de cuerpos animados de movimiento
acelerado.
Algunas fuerzas se distribuyen sobre superficies tan reducidas
que reciben el nombre de fuerzas o cargas puntuales como las ejercidas por
las ruedas de los vehículos ferroviarios y de carretera considerándose por
simplificación aplicadas sobre un punto.
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En general en las estructuras suelen diferenciarse las acciones
constantes, que actúan o pueden actuar en todo momento o durante largos
períodos de tiempo tales como:
• El propio peso
• La carga permanente (pavimentos, muros de fachadas,
barandillas, cte.)
• El peso y el empuje del terreno, de las acciones variables que
pueden actuar o no y que son:
la sobrecarga de uso (personas, vehículos, presión de un
líquido sobre las paredes de un depósito, cte.)
las acciones de viento
la sobrecarga provocada por la nieve
las acciones sísmicas
Determinadas acciones tales como las térmicas y los asientos de las
cimentaciones no son fuerzas externas, pero no obstante provocan, al igual
que éstas, tensiones, o fuerzas internas al obligar a las estructuras a que
realicen determinados desplazamientos.
b. Cargas internas
Son aquellas que actúan dentro de un cuerpo o elemento estructural Son necesarias para mantener unido al cuerpo cuando está sometido a cargas
externas.
La forma de obtener las fuerzas internas representa de forma global
el procedimiento típico del análisis estructural, importante tener siempre en
cuenta para cualquier estudio de un sistema estructural.
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POR LOS EFECTOS QUE PRODUCEN SE CLASIFICAN EN:
FUERZA NORMAL (N)
FUERZA CORTANTE (V)
MOMENTO TORSOR (Mt)
MOMENTO FLECTOR (Mf)
Llamado esfuerzo normal, por serlo a la superficie de la sección
considerada, tiende a empujar o separar ambas partes del prisma
dando lugar a esfuerzos de compresión o tracción respectivamente.
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El esfuerzo cortante, de corte, de cizalla o de cortadura es
el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la sección
transversal de un prisma mecánico como por ejemplo una viga o un
pilar. Se designa variadamente como T, V o Q.
Vy y Vz por estar en el mismo plano de la sección, efectúan la
misma clase de esfuerzo y, por lo tanto, podemos obtener su resultante
Que es la expresión de un esfuerzo que actúa tangencialmente
a la superficie de la sección, como si se tratase de deslizar la sección
respecto de una muy próxima separándola o cortándola.
V= Vyj+ vzk
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Se denomina momento torsor a la componente paralela al eje
longitudinal del momento de fuerza resultante de una distribución de
tensiones sobre una sección transversal del prisma mecánico.
El momento torsor puede aparecer cuando se someten estos elementos
a la acción de un momento de fuerza o torque paralelo al eje del prisma
o cuando otro prisma mecánico perpendicular que está flexionado
interseca al prisma mecánico original. La relación entre el momento
torsor y el campo de tensiones sobre la sección transversal de un
prisma mecánico viene dada por:
Actúa perpendicularmente al plano de la sección en dirección
de la línea media por lo tanto tiende a hacer girar el sólido sobre sí mismo ,
creando un efecto de torsión
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Se denomina momento flector (o también "flexor"), o momento de flexión, a
un momento de fuerza resultante de una distribución de tensiones sobre una
sección transversal de un prisma mecánico flexionado o una placa que es
perpendicular al eje longitudinal a lo largo del que se produce la flexión.
Es una solicitación típica en vigas y pilares y también en losas ya que todos
estos elementos suelen deformarse predominantemente por flexión.
El momento flector puede aparecer cuando se someten estos elementos a la
acción de un momento (torque) o también de fuerzas puntuales o distribuidas.
Viga simplemente apoyada, solicitada a flexión por sobrecarga
uniformemente distribuida.
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Flexión de una viga simplemente apoyada.
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RECOMENDACIONES
Investigar a mayor profundidad los temas
tratados para desenvolvernos adecuadamente
en el campo.
Visitar con frecuencia diversos proyectos
ejecutados en tu localidad.
Antes de iniciar un proyecto es necesario tener
la orientación de un ingeniero, para obtener
una construcción eficaz y duradera.
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BIBLIOGRAFÍA
http://www.uv.es/ocw/ocwsecundaria/estructuras.html
http://estructuras.eia.edu.co/estructurasI/cargas/fuerzas%20y%
20metodos.htm
http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/resistencia-de-
materiales/materiales/Tema%206%20Resistencia.pdf
http://www.arqhys.com/construccion/cargas-distribuidas.html
http://www.buenastareas.com/ensayos/Cargas-Estaticas-y-
Dinamicas/31985797.html
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ANEXOS
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