TALLER VERTICAL DE ESTRUCTURAS Nivel I ESFUERZOS INTERNOS Aut or: Ing. Or azzi A. Pedr o – Ar q. Al ons o Romi na
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Revis io n: 2015
CONSIDERACIONES GENERALES
El diseño de una estructura de una obra arquitectónica, involucra el diseño del sistema estructural, no solamente como elemento resistente sino como formador y delimitador del espacio. Como elemento resistente, su tarea principal es la de transmitir y recoger de la forma mas directa posible las cargas a tierra. Este recorrido implica que para que la estructura sea estable, cada elemento que la compone deberá resistir esas cargas, para lo cual es necesario conocer la naturaleza de las mismas (análisis de cargas), determinar el tipo de sustentación coherente para ese tipo de cargas ( los vínculos y sus reacciones). Todos estos datos nos permiten conocer el mecanismo interno (ESFUERZOS INTERNOS), que deben realizar cada una de sus partes pudiendo así verificar si el predimensionado supuesto fue el correcto o si será necesario algún cambio para llegar a un dimensionado final. La secuencia de este proceso se sintetiza de la siguiente manera 1.- ANALISIS DE CARGAS 2.- VINCULOS 3.- REACCIONES 4.- ESFUERZOS INTERNOS 5.- DIMENSIONADO
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INTRODUCCION
Cuando consideramos que el camino que deben recorrer las cargas es el mas directo, lo podemos visualizar en la siguiente expresión del camino natural de las fuerzas. El cable por su propio peso toma la forma de la catenaria, pero al colocarse un peso P, hace que se modifique y adopte una forma pura que coincide con el funicular de la carga. La forma de la cabriada, que soporta el peso de la cumbrera, es la misma que la del peso P, pero exactamente en sentido inverso, adoptando la forma antifunicular de las cargas. Estos dos sistemas estructurales que toman la forma pura que coincide con el funicular y el antifunicular de las cargas, se caracterizan por encausar las fuerzas exteriores por medio de simples tensiones normales. El primero por TRACCION y el segundo por COMPRESION. Cuando nos apartamos de las formas puras se tiene que responder con otra forma estructural, ya que aparecerán nuevos esfuerzos que harán modificar las condiciones resistentes, siendo necesario combinarlas como en el caso de la flexión.
ESFUERZOS INTERNOS
Si decimos que un elemento estructural debe realizar ESFUERZOS INTERNOS para soportar las deformaciones provocadas por las cargas externas, tendremos que analizar cuales son esas deformaciones y cual es el esfuerzo que debe realizar para poder resistirlas.
ESFUERZO AXIL (N)
Generan esfuerzos axiles todas las fuerzas que se encuentran en dirección del eje de la barra.
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Siendo de signo: Positivos si el elemento se encuentra traccionado y se grafica debajo del elemento. +
Negativo si el elemento se encuentra comprimido y se grafica arriba del elemento.
-
Ejemplos:
ESFUERZO DE CORTE (Q)
Generan esfuerzos de corte todas las fuerzas perpendiculares al eje de barra. Siendo su signo: POSITIVO si la suma de todas las fuerzas acumuladas hasta el punto en estudio
tiene resultante hacia arriba, recorriendo la estructura de izquierda a derecha y se grafica arriba de la barra.
Nota:
Si recorro la pieza de derecha a izquierda el corte es POSITIVO si la resultante de todas las fuerzas acumuladas hasta el punto da hacia abajo.
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+ NEGATIVO si la suma de todas las fuerzas acumuladas hasta el punto en estudio
tiene resultante hacia abajo, recorriendo la estructura de izquierda a derecha y se grafica debajo de la barra.
Nota:
Si recorro la pieza de derecha a izquierda el corte es NEGATIVO
si
la
resultante de todas las fuerzas acumuladas hasta el punto da h acia arriba.
ESFUERZO FLECTOR (M)
Toda fuerza que no pase por el punto en estudio genera un momento, siendo su signo: POSITIVO si el momento resultante a izquierda o derecha del punto en estudio va
hacia arriba, graficándose debajo de la barra.
+
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NEGATIVO si el momento resultante a izquierda o derecha del punto en estudio va
hacia abajo, graficándose arriba de la barra.
NOTA:
Un error común es considerar para el diagrama de momento, el sentido (+) el que gira horario y (-) el que gira anti horario, esta es la convención de signos para el calculo de reacciones y NO PARA EL DIAGRAMA DE MOMENTO.
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RELACIONES ENTRE Q Y M 1- Cuando sobre la Viga actuan cargas puntuales Q es constante y M es lineal. 2- Cuando sobre la Viga actuan cargas uniformemente distribuida el diagrama de Q es lineal y el de M parabólico.
3- Cuando en un tramo el esfuerzo de corte es positivo, en dicho tramo la pendiente del diagrama de M será descendente. 4- Cuando en un tramo el esfuerzo de corte es negativo, en dicho tramo la pendiente del diagrama de M será ascendente. 5- Cuando en una sección el Q = 0, el Momento Flector en dicha sección es máximo. 6- Cuando en un tramo el esfuerzo de corte vale 0, en dicho tramo el Momento Flector será constante. 7- Siempre que haya en la viga una carga puntual, habrá un salto en el diagrama de Q y un cambio de pendiente en el diagrama de M.
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EJERCITACION: ESFUERZOS INTERNOS 1- Defina
qué es esfuerzo de corte y explique cómo se calcula y qué convención de signo
adopta. 2- Defina que es esfuerzo Axil y explique como se calcula y que convención de signo adopta. 3- Defina que es el esfuerzo de flexión y explique como se calcula y que convención de signo adopta. 4- En el ejemplo siguiente, expresar sin desarrollar numéricamente cuanto vale el Esfuerzo de Corte, Esfuerzo Axil y Momento Flector en el punto C.
¿Cuándo en un empotramiento el Momento Flector vale cero? Ejemplo 6- ¿Cuándo existe en una barra un diagrama de corte constante: existe diagrama de Momento en la misma barra? Justifique la respuesta. 7- Qué entiende por equilibrio de nudo? Ejemplifique. 8- Para que nos sirve conocer los Esfuerzos Internos? 9- Qué esfuerzos internos pueden resistir cada uno de los siguientes elementos: un cable, una columna y una viga? 10- Realizar los diagramas de Corte, Axil y Momento de las estructuras isostáticas del práctico de Reacciones 5-
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