Sistemas Estructurales I: Parte Teórica. El equilibrio y la estabilidad como exigencias estructurales. Cargas Actuantes sobre estructuras: las acciones exteriores actuantes sobre las estructuras se denominan cargas, estas varían con el proyecto arquitectónico. Estas cargas se pueden clasificar:
Por su origen: 1. Cargas Gravitatorias: son aquellas que su valor es directamente proporcional a la fuerza de la gravedad. 2. Eolicas: La acción del viento es también designada presión del viento. 3. Sísmicas: El sismo actúa como una fuerza de características dinámicas, instantáneas etc.
Por su estado inercial: 1. Cargas Estáticas: Son las que no cambian, o bien cambian lentamente en el tiempo (Peso propio de estructura y sobrecarga) 2. Cargas Dinámicas: son aquellas cuyo valor varia con rapidez o se aplican en forma brusca (Efectos dinámicos de una tribuna)
Por el tiempo y frecuencia de paliación: 1. Cargas Permanentes: actúan sobre el sistema estructural en todo momento, (constituidas por el peso de la estructura, tabiques.) 2. Cargas accidentales: pueden actuar o no sobre el sistema (Ej. El viento)
Por su ubicación en el espacio: 1. Cargas concentradas o puntuales: cargas de valor definido, actúa sobre una superficie muy pequeña. 2. Cargas repartidas: se distribuyen sobre una determinada superficie.
Estática general del plano. Estática: estudia grafica y analíticamente las condiciones que deben cumplir las fuerzas exteriores, para que las partículas o el cuerpo rígido, permanezca en estado de equilibrio y reposo, que no sufra desplazamientos. Mecánica de los sólidos, es una rama de la física que se subdividen en: Cinemática: estudio del movimiento sin determinar sus causas. Dinámica: Estudio del movimiento teniendo en cuenta la masa y las acciones de fuerzas que actúan sobre ellos. Estática: Estudio de las condiciones que deben cumplir las fuerzas exteriores para que el cuerpo no sufra desplazamientos.
Principios de la Mecánica: Leyes de Newton: 1) Principio de inercia: todo cuerpo permanece en estado de reposo y en movimiento mientras no actué en él una acción exterior que modifique el mismo. Si su resultante es 0 la partícula permanecerá en reposo. 2) Si la fuerza resultante no es nula, esta tendrá aceleración proporcional a la magnitud resultante y la misma dirección. Principio de Acción y Reacción: A toda acción le corresponde una reacción igual y de sentido contrario. Tienen la misma magnitud, recta de acción y sentidos opuestos. Principio de superposición de las acciones o de efectos: si varias fuerzas actúan sobre una partícula o cuerpo cada una de ellas producirá en el mismo, la aceleración que le corresponde. Conceptos previos: Magnitudes: Entes abstractos, medibles y susceptibles de ser representados por un número o coeficiente numérico y un símbolo o unidad. Escalares: Determinadas solamente por un numero o coeficiente numérico y un símbolo o unidad de comparación. Vectoriales: son las que, además de definir su tamaño y unidad, deben dejarse establecidos dos elementos: la dirección y el sentido. Estos vectoriales deben tener 2 elementos: Dirección, sentido. Escala: Es la unidad de medida del dibujo.
Fuerzas: Acción capaz de modificar el estado de reposo de un cuerpo. Una fuerza representa la acción de un cuerpo sobre otro. Tipos de Fuerzas. Fuerzas Externas: Actúan sobre un cuerpo o sistema de cuerpos y producen alteraciones sobre sus estados de reposo o movimiento, estas pueden ser: 1) Fuerzas Activas: (CARGAS) originadas por pesos propios que actúan permanentemente o en un determinado instante. 2) Reactivas o de vínculos. Fuerzas que se desarrollan en las selecciones que limitan los desplazamientos posibles de un sistema. Fuerzas internas: También llamadas esfuerzos o solicitaciones internas, son las que tienen lugar dentro del cuerpo. Otra clasificación de las fuerzas es por su forma de actuar: 1) Concentradas o Puntuales: actúan sobre una superficie de apoyo pequeña en relación a las dimensiones del conjunto al que pertenece. 2) Distribuidas: Se encuentran repartidas sobre una línea o una superficie denominadas fuerzas lineales (Actúan a lo largo de una recta) o superficiales (Fuerzas que actúan en toda la superficie del elemento). Estructura: Conjunto de elementos diseñados y vinculados entre si, para soportar y trasmitir las cargas actuantes sobre la misma a sus apoyos o vínculos externos: Elementos que definen a una fuerza: Modulo: Medirá la intensidad de dicha fuerza indicada gráficamente por la longitud del segmento que la representa, de acuerdo a una cierta escala de fuerzas. Dirección: Contiene el camino de la fuerza. Punto de Aplicación: (Se representara mediante una letra) Carecen de punto de aplicación. Sistema de Fuerzas: Conjunto determinado de fuerzas que actúan sobre una partícula, un cuerpo rígido o una estructura. Se ubican sucesivamente una a continuación de la otra, uniendo cada fuerza, esto se denomina: Resultante del Sistema de Fuerzas. Fuerzas Equivalentes: Cuando ambos tienen la misma RESULTANTE. Los efectos que dichos sistemas pueden producir en el cuerpo sobre el cual actúan serán iguales. Dos sistemas de fuerzas son iguales cuando las fuerzas que la constituyen son iguales. Equilibrante de un sistema de fuerzas: a una fuerza única cuya acción sobre el cuerpo en que actúan es igual y de sentido opuesto a la producida por el sistema de fuerzas primitivo. Clasificación de las fuerzas según la posición relativa de sus rectas de acción. Fuerzas coloniales: Tienen la misma recta de acción Fuerzas concurrentes: Aquellas cuyas rectas se encuentran en un punto. Fuerzas paralelas: Sus rectas de acción son paralelas. Fuerzas no concurrentes: Aquellas fuerzas donde las rectas de acción de las mismas no se encuentran en ningún punto en común ni son paralelas. Momento Estático de Fuerzas: Producto de la intensidad de dicha fuerza por la distancia del centro de la misma. Dicha distancia se denomina brazo de palanca de la fuerza respecto al centro. Teorema de Varignon: La suma de los momentos estáticos de cada una de las fuerzas y los componentes de un sistema respecto a un centro O, dado, es igual al momento de la resultante de dicho sistema con respecto al mismo centro. Inmovilización de estructuras: Vínculos: Chapa: Superficie material plana, de forma indeterminada e infinitamente rígida. Mediante su empleo, pueden representarse elementos o sistemas estructurales constructivos. Grado de libertad: condición que deja establecida una posibilidad de desplazamiento determinado de una chapa o estructura. Un punto material en el espacio tiene tres grados de libertad. Para fijarlo se necesitan sus tres coordenadas. La variación de cada una de las coordenadas mencionadas pone en evidencia los grados de libertad.
Vinculo: Se denomina vínculo a cualquier condición que limite la posibilidad de que el cuerpo se desplace o gire. Los vínculos suprimen en grados de libertad, posibilidad de desplazamientos y giros. El vinculo se clasifica en: 1) Vínculos Externos (Apoyos): Se basan en la posibilidad de asentar una pieza sobre otra o la tierra, limitando la posibilidad de desplazamientos relativos de los puntos constituidos de un sistema respecto de la superficie de apoyo. 2) Vinculas Internos (Nudos): Permiten enlazar las distintas partes entre si limitando las posibilidades de desplazamientos relativos o internos de las partes constituidas de un sistema.
Tipos de Vínculos: Vínculos Simples: Son los que quitan o reducen solo un grado de libertad del cuerpo o chapa sobre el cual activan como vínculos típicos simples. Tenemos la biela y el apoyo móvil solo son capaces de trasmitir fuerzas y solo sacan UN GRADO DE LIBERTAD. Vínculos Dobles: Reducen 2 GRADOS DE LIBERTAD como el caso del apoyo fijo. Vínculos Triples: Empotrado reducen 3 GRADOS DE LIBERTAD.
UN SISTEMA ES ISOSTATICO ES PORQUE QUITA LOS 3G. HIPERESTATICO QUITA MAS DE 3G HIPOSTATICO MENOS DE 3G. Equilibrio en los vínculos: ESQUEMA DE CUERPO LIBRE: Se obtiene este esquema indicando sobre el elemento resistente las fuerzas activas y sustituyendo a los vínculos por fuerzas reactivas canalizándose a través de ellos mantienen en equilibrio el sistema. ESTRUCTURA DE ALMA LLENA. Eje de una pieza: lugar geométrico de los sucesivos centro de masa B de las sucesivas secciones elementales en que puede subdividirse la misma. La curva donde se ubican los centros de volumen de las secciones elementales se llama Eje Mecánico. Se denomina Sist. De alma llena, al sistema formado por chapas macizas. La longitud del eje resulta mucho mayor que otras dimensiones de chapa, a esto se llama lineales. Vigas de Alma Llena: pueden presentarse como chapas, son estructuras generadas por una superficie plana, se desplaza en tal forma que su centro de gravedad recorre una línea directriz, que recibe el nombre de eje de viga. La superficie plana se denomina sección de la viga. Las vigas de alma llena tienen la particularidad que una de sus dimensiones es predominante frente a los dos restantes, es un componente estructural línea. Las vigas pueden ser de: Eje curvo: Vigas, arcos. Eje Recto: Vigas de alma llena Los materiales usuales en alma llena: Vigas de madera: Secciones rectangulares de madera, se indica en pulgadas. Se usan en estructuras de cubiertas livianas, entrepisos, etc. Vigas de acero: Perfiles doble T, L, U se usan en estructuras de cubiertas livianas o de hormigón, entrepisos, puentes, etc. Vigas de Hormigón Armado: Secciones Rectangulares T o de sección “Viga placía” en la cual se considera que parte de la losa de hormigón trabaja en conjunto como la viga propiamente dicha.. Clasificación de las vigas de alma llena, por distribución y número de apoyos. Se llama L a la luz de la viga o distancia entre los apoyos. Vigas simplemente apoyadas: 1 apoyo fijo, 1 móvil. Vigas simplemente apoyadas con una parte en voladizo. Viga simplemente apoyada con dos voladizos. Mensula: Viga en voladizo empotrada en jun extremo. Tipos de cargas que actúan sobre las vigas de alma llena: Concentradas: Cargas de valor definida que actúan sobre una superficie pequeña y se considera nula. Repartida: Se distribuyen a lo largo de un tramo o en total de la luz de la viga. Esfuerzos internos en vigas de alma llena:
Si se divide un cuerpo en equilibrio a través de una sección recta, cada una de las partes permanece en equilibrio bajo la acción de las fuerzas exteriores activas y reactivas actuantes sobre las mismas. Llamamos esfuerzos internos a una sección m-m cualquiera, de una viga de alma llena a las acciones que pueden producirse como consecuencia de la acción de fuerzas exteriores sobre la misma. Definiciones: Momento Flector: “M” una sección m-m cualquiera de una viga que actúa sobre la viga a la izquierda de una sección considerada. El signo del momento flector es positivo cuando tiende a girar en el sentido del reloj. Esfuerzo de Corte: “Q” a una sección m-m cualquiera de una vida ala proyección sobre dicha sección resultante de la suma de todas las fuerzas exteriores que actúan sobre la viga a la izquierda de la sección considerada. Esfuerzo Normal: Sección m-m cualquiera de la viga a la proyección sobre la normal a dicha sección de la resultante de la suma de todas las fuerzas que actúan sobre la viga de izquierda de la sección considerada. Es positivo cuando tiende a producir tracción en las fibras longitudinales, es negativo cuando comprime las fibras longitudinales. Relación y propiedades entre los diagramas de Momento Flector y Esfuerzo de Corte. CASO 1: CARGAS CONCENTRADAS. El diagrama de esfuerzos de corte esta constituido por rectas paralelas al eje. El diagrama de momento flector: es un diagrama lineal. Además el punto máximo momento el esfuerzo de corte es IGUAL a 0. CASO 2: CARGAS DISTRIBUIDAS. El diagrama de esfuerzos de corte es de variación lineal. El diagrama de momentos flectores esta representado por una curva de 2º grado. Además el punto máximo momento el esfuerzo de corte es IGUAL a 0. Determinación de los esfuerzos internos máximos. La determinación de estos esfuerzos es el paso previo al dimensionamiento de los mismos. La sección s-s se denomina sección peligrosa de la viga. La Resistencia como exigencia estructural. Se entiende por falla de estructura a la existencia de un estado inadecuado. Puede ocurrir por deformaciones grandes, falta de estabilidad, etc. Ley de Hooke: constituye la base de la Resistencia de Materiales y es valida dentro de los que se denomina régimen elástico. Establece que si la tensión normal se mantiene por debajo de un cierto valor llamada tensión las deformaciones especificas y las tensiones son directamente proporcionales. Geometría de los elementos estructurales: Baricentro: cuerpo cualquiera, punto de aplicación resultante de los pesos de todas las partículas componentes de dicho cuerpo. La resultante es el peso total del cuerpo. Momento estático de superficie: producto del valor de la superficie de la figura considerada por la distancia de su centro de gravedad al eje dado. Se representa con la letra s. su unidad es el cm3. Momento de Inercia: integral en el área de la figura, de los cuadrados de la distancia al eje, de los elementos diferenciales que componen la misma. Su unidad es el cm4. Una figura tiene más alto valor de inercia cuando más alejado este del eje x. Barras sometidas a compresión axial. Pandeo: a medida que aumenta la relación entre la longitud del elemento y la dimensión mínima de la sección transversal, el eje de la pieza abandona su forma recta, es decir una curva.
