ESTADOS TENSIONALES ESTADOS TENSIONALES DE LAS ESTRUCTURASDE LAS ESTRUCTURAS

Clase No. 6Clase No. 6

ESTADOS TENSIONALESESTADOS TENSIONALES

Las CARGAS a las cuales se someten las estructuras provocan determinados estados tensionalesestados tensionales en sus miembros o elementos componentes. Estos estados pueden ser variados y se presentan con efecto aislado o conjunto según sean los orígenes de las cargas y la suposición de su acción en la estructura.

Para poder determinar los diferentes estados tensionales debemosconocer primero las condiciones de apoyo o sujeción de los miembros de una estructura determinada.

Cada uno de los extremos de una pieza prismática o uno solo de ellos se une al terreno o a otros elementos estructurales por medio de sustentaciones que limitan los grados de libertad al movimiento que tiene dicha pieza. Los grados de libertad son 3: desplazamiento vertical, horizontal y rotación.

•• SIMPLE APOYO:SIMPLE APOYO:Es la sustentación que menos grados de libertad elimina. Puede ser fijo o con desplazamiento en su plano. Elimina solo 1 grado de libertad.

•• ARTICULACION:ARTICULACION:Es la sustentación que elimina dos grados de libertad, en los desplazamientos verticales y horizontales, pero permite la rotación.

•• EMPOTRAMIENTO:EMPOTRAMIENTO:Es la sustentación que impide cualquier movimiento.

Cada una de estas sustentaciones tiene una manera grafica de serrepresentada para permitir su análisis de los estados tensionales. Ante la acción de las CARGAS estas sustentaciones o apoyos producen unasreacciones en la dirección del grado de libertad que elimina.

Así, el simple apoyo reacciona con una fuerza componente, la Así, el simple apoyo reacciona con una fuerza componente, la articulación con dos fuerzas componentes y el empotramiento con articulación con dos fuerzas componentes y el empotramiento con dos fuerzas componentes y un momento.dos fuerzas componentes y un momento.

Hay una diferencia entre el concepto de CARGASCARGAS y el de SOLICITACIONESSOLICITACIONES. Estas ultimas ocurren a nivel de una sección de la pieza y dependen del sistema de cargas que actúa sobre la estructura y de la distancia desde el extremo hasta la sección en análisis, siempre al centro de ella.

Las SOLICITACIONESSOLICITACIONES son esfuerzos básicos que pueden resistir los materiales estructurales, según su forma, posición, vínculos y tipos de carga.

Los estados tensionales pueden clasificarse en:TRACCION SIMPLETRACCION SIMPLE PANDEOPANDEOCOMPRESION SIMPLECOMPRESION SIMPLE TORSIONTORSIONFLEXION SIMPLEFLEXION SIMPLECORTANTE SIMPLECORTANTE SIMPLE

TRACCION SIMPLETRACCION SIMPLE

Es el estado de tensión en el cual las partículas del material tienden a separarse. Su causa se puede explicar como dos fuerzas de igual magnitud pero de sentido contrario actuando sobre la misma recta de acción.

Ejemplo: el cable de una grúa que levanta una carga se deforma con tendencia a estirarse. Esta trabajando a TRACCIONTRACCION.

TRACCION SIMPLETRACCION SIMPLE

El alargamiento o estiramiento no es la única DEFORMACION DEFORMACION que acompaña a la tracción, pues si medimos su diámetro después de haber sido aplicada la carga vemos que ha disminuido.

TRACCION SIMPLETRACCION SIMPLE

Llamamos estructuras de tracción simple a todos a aquellos sistemas estructurales que actúan por su forma y están solicitados exclusivamente a solicitaciones internas de tracción.

O sea que estas estructuras no resisten otro tipo de solicitación mas que el de tracción, no son sometidas ni a la compresión, flexión, cortante o torsión. La deformación característica es el alargamiento en la dirección de la carga y acortamiento en la otras dos dimensiones.

Los materiales aptos para materializar una estructura de tracción se caracterizan por su GRAN FLEXIBILIDAD, o sea pequeño momento de inercia transversal, muy ELEVADA RESISTENCIA ALA TRACCION y POCO EXTENSIBLES, o sea elevado modulo de elasticidad.

Los materiales mas utilizados son: Acero y Aluminio

TRACCION SIMPLETRACCION SIMPLE

Los cables de los puentes colgantes son elementos estructurales trabajando a tracción

COMPRESION SIMPLECOMPRESION SIMPLE

Es el estado de tensión en el cual las partículas del material se aprietan entre si. Una columna sobre la cual se apoya un peso se encuentra sometida a COMPRESIÓNCOMPRESIÓN: su altura disminuye por efecto de la carga. El acortamiento es típico en la compresión.

Los materiales incapaces de resistir tracciones son en general los mejores que soportan la compresión: piedra, ladrillos de arcilla cocida, hormigón, entre otros.

COMPRESION SIMPLECOMPRESION SIMPLE

Las deformaciones provocadas por la compresión son de sentido contrario a las de tracción, hay un acortamiento en el sentido de la carga y un ensanchamiento perpendicular a esa dirección.

COMPRESION SIMPLECOMPRESION SIMPLE

Los elementos estructurales sometidos a compresión simple son muy comunes, pues en ultima instancia, todas las cargas deben ser trasmitidas al terreno.

FLEXION SIMPLEFLEXION SIMPLE

Se denomina FLEXIONFLEXION a la combinación de la tracción y la compresión en distintas fibras del mismo material de cualquier elemento estructural.

La flexión puede considerarse como un mecanismo estructural capaz de canalizar cargas verticales en dirección horizontal, o dicho en forma mas general, en dirección perpendicular a las cargas.

En la sección del elemento estructural la solicitación tiene doscomponentes: esfuerzo cortante y momento flector.

En vista de la resistencia a la compresión de la mayoría de los materiales usados en elementos estructurales, es relativamente fácil canalizar las cargas en sentido vertical hacia el terreno. El problema fundamental consiste en cambio, en transferir cargas verticales de manera horizontal, con el fin de salvar la distancia entre apoyos verticales.

La flexión es entonces factor de importancia primordial como La flexión es entonces factor de importancia primordial como mecanismo estructural.mecanismo estructural.

FLEXION SIMPLEFLEXION SIMPLE

Deformación ocurrida en los elementos estructurales sometidos a flexión

FLEXION SIMPLEFLEXION SIMPLE

Esquema de comportamiento de una viga bajo la flexión simple, las fibras superiores, bajo el efecto de la carga P se comprimen y las inferiores, por debajo de la línea neutra “n” se tracciona o “alargan”

FLEXION SIMPLEFLEXION SIMPLE

Las cargas de cada viga de la figura MV-11b son iguales. Pero las deformaciones no son iguales, sino que dependen de la disposición del material de cada una. De ahí surge una conclusión importante: la rigidez de una pieza que trabaja a flexión no depende de la cantidad de material que tiene su sección transversal, sino de la manera en cómo el material está dispuesto a lo ancho y a lo alto de dicha sección. Conviene, desde luego, que el material esté lo más alejado posible del plano neutro, ya que la capacidad de una viga a flexión, independientemente del material de que está hecha, crece mucho más si se aumenta la altura que si se aumenta el ancho. Convienen, pues, vigas de poco ancho y bastante altura, siempre, por supuesto, que factores funcionales o arquitectónicos no se opongan a ello

FLEXION SIMPLEFLEXION SIMPLE

Esquema de transmisión de las cargas de elementos a flexión hacia los cimientos

FLEXION SIMPLEFLEXION SIMPLE

Comportamiento de elementos en voladizo sometidos a flexión

CORTANTE SIMPLECORTANTE SIMPLE

Cuando dos planos próximos de una sección transversal de un elemento estructural se deslizan con movimiento relativo entre uno y otro, se dice que este elemento esta sometido a esfuerzos de CORTANTECORTANTE.

Para que haya equilibrio, deben actuar sobre los lados horizontales del rectángulo dos fuerzas de igual magnitud y de sentido contrario.

El cortante puede también entenderse como una combinación de tracción y compresión.

CORTANTE SIMPLECORTANTE SIMPLE

El cortante introduce DEFORMACIONESDEFORMACIONES capaces de cambiar la forma de un elemento rectangular, convirtiéndolo en un paralelogramo inclinado.

CORTANTE SIMPLECORTANTE SIMPLE

Fallo de un elemento estructural por cortante simple

PANDEOPANDEO

Cuando en una barra esbelta actúa una fuerza axial de compresión y esta aumenta lentamente, llega a un valor en el cual el elemento esbelto, en lugar de limitarse a acortar su longitud, “pandea”“pandea” y por lo general se rompe.

Este valor peligroso se denomina carga de pandeo y se convierte en un factor básico de diseño cuando la resistencia a la compresión de los materiales utilizados es elevada para permitir secciones pequeñas y por tanto, de elementos estructurales delgados.

PANDEOPANDEO

Deformaciones ocurridas en elementos sometidos a fuerzas axiales de compresión (pandeo)

PANDEOPANDEO

Fallo ocurrido en una columna por fuerzas sísmicas actuantes

TORSIONTORSION

Cada vez que las cargas aplicadas a un elemento estructural tienden a torcerlo estamos en presencia de esfuerzos de TORSIONTORSION.

La tendencia al deslizamiento presentes en los esfuerzos de cortante se encuentran también en los elementos torsionados.

TORSIONTORSION

Fallos de elementos estructurales sometidos a esfuerzos de torsión

TORSIONTORSION

Efecto grafico de un edificio sometido a torsión

Efecto de la torsión en un edificio a través de las fuerzas sísmicas