MECANICA DE FLUIDOS

ESTRUCTURAS A TENSION Y COMPRESIONUno de los requerimientos bsicos que deben satisfacer las estructuras es el de no moverse, las fuerzas que actan sobre la estructura deben por lo tanto estar equilibradas. Por ejemplo el peso de un edificio es equilibrado por la reaccin del suelo y si el material que soporta no tiene la suficiente resistencia este se hundir o ladeara, dos fuerzas iguales actuando a lo largo de la misma lnea y en direcciones opuestas estn en equilibrio si las fuerzas de uno de los lados dejan de actuar el equilibrio se rompe y el otro se mueve.Una fuerza puede ser equilibrada por dos fuerzas paralelas a ellas pero actuando sobre dos lneas separadas, si la carga se aplica fuera del centro la reaccin ms cercana es mayor que la otra pero la suma de las dos reacciones siempre es igual a la carga, la estructura de un edificio debe estar en equilibrio bajo presin y fuerzas horizontales, tales como vientos y movimientos telricos, si la base del edifico es lisa la presin del viento puede moverlo, si la base no permite deslizamiento el edificio puede rotar. Si la estructura no se mueve ni rota bajo cargas variables o mviles y adems no cambia sustancialmente su forma se denomina estable. Una estructura inestable no necesariamente es insegura.Un cable solo puede soportar carga en tensin, cuando se carga primero se alinea luego se eslonda, al tensionar un cable con diferentes cargas cada porcin del cable debe de ser el lnea recta, cargas adicionales requerirn cambio de forma y as el cable se alineara entre diferentes puntos de carga, estos cambios de forma a que nos referimos antes determinan la estabilidad del cable. Un elemento a compresin en lugar de alargarse se contrae, los miembros estructurales son rgidos y su deformaciones, elongacin en tencin y contraccin en compresin no son apreciables a simple vista por lo tanto una pequea y rgida columna es estable pero si la columna es larga y flexible en lugar de contraerse bajo cargas de compresin esta puede doblarse o pandearse fenmeno que envuelve un movimiento considerable siendo por lo tanto otro tipo de inestabilidades;Elementos enlongados a compresin tienenden a pandearse, la carga necesaria a compresin para pandear una columna es pequea si la columna es larga y grande si la columna es corta, la carga de pandeo tambin depende de cmo son soportados los extremos de la columna, si el extremo es libre de rotar la columna se fortalecer y si no suceder lo contrario. Ejemplo: para prevenir el pandeo de unas columnas largas como una antena estn son guiadas en varios puntos a todo lo largo de su longitud.Hemos visto que dependiendo del nmero de cargas que suspendemos del cable este cambia su forma y siempre son en tensin si colocamos algunas cargas habr solo una forma en que se desarrolla el equilibrio su forma es llamado polgono de cuerdas, a medida que se incrementa el nmero de cargas el polgono se aproxima a una curva una curva para un gran nmero de cargas igualmente espaciadas a lo largo de la proyeccin horizontal del cable es la muy conocida parbola por ejemplo la forma de un cables de suspensin de un puente es aproximadamente parablico.Cuando la carga est uniformemente distribuida a lo largo de un cable la curva es llamada catenaria, la catenaria no se define mucho de la parbola (la forma que adquiere el cable cuando soporta su propio peso es la catenaria).El arco en s mismo transmite carga a los apoyos y su abertura afecta el valor de la componente horizontal de la reaccin a la presin del arco, arcos poco abiertos desarrollan mayores esfuerzos horizontales que arcos grandes. Si la fuerza horizontal no es balanceada con la reaccin del soporte el arco colapsa.Las cargas soportadas por los arcos metlicos de los puentes estn generalmente uniformemente distribuidos sobre la proyeccin horizontal y la forma de estos es aproximadamente parablica, grandes techos se han construido conectando cables radiales de un aro en compresin a uno en tensin como es el caso de una llanta de bicicleta.Un ejemplo prctico como vemos un pequeo arco conformado por bloques anchos resistir cualquier tipo de carga que desarrolle solo con presin entre los bloques, pero si presionamos con una pequea fuerza aplicada en un punto tal que desarrolle flexin y por tanto tensin en algunos bloques lo aran colapsar.Una de la estructuras ms comunes es la cercha las cuales consisten en barras conectadas en sus extremos por pines que permiten rotacin. Si cuatro barras son interconectadas la estructura resultante son inestables, sin embargo si tres barras fueran interconectadas la cercha es estable las cerchas estn constituidos por un conjunto de tringulos conectados las cercha cuadrada es inestable pero se torna estable si adicionamos una barra adicional algunas barras de las cerchas trabajan en tensin y compresin. Los miembros en tensin pueden cambiarse por resortes y obviamente los resortes a compresin continuaran siendo resistentes a esta a medida que se le aplica una carga los resortes se estiran indicando tensin si la carga se incrementa las barras a compresin desarrollan ms compresin y eventualmente se pandean si el pandeo es pequeo y adems al retirar la carga el elemento se recupera la flexin se desarrolla en la zona elstica pero si se desarrollan deformaciones muy grandes y las barras no se recobran estas se pandearan plsticamente y la estructura fallara.Si aseguramos las uniones de la cercha la estructura se tornara estable y recibir entonces el nombre de marco, este no solo soporta cargas en tensin y compresin cuando la estructura se carga adems de haber tensin y compresin esta se desarrollara la deformacin, si la carga se aplica directamente a la barra tambin se desarrollara flexin adems de la comprensin y tensin. Aunque la carga aplicada en una cercha real no acta siempre en las uniones, estas barras desarrollan llamado flexin secundaria que usualmente es pequeo. Los elementos curvados desarrollan los esfuerzos mayores de tensin y compresin en sus fibras externas mientras que las fibras internas lo desarrollan en menor grado, entonces la eficiencia de un elemento curvado es menor que cuando las cargas soportan tensin y compresin solamente debido que ai los esfuerzos se distribuyen uniformente por todo las fibras del elemento, debido a su deficiencia estructuras de compresin y tensin son utilizadas en algunos de los techos y puentes ms grandes del mundo la inestabilidad de algunos cables y de algunos tipos de arco pueden no ser problema de las estructuras pequeas mientras que en obras ms grandes y ms rgidas se deben prevenir grandes deslizamientos algunas de las obras ms grandes en el mundo estn soportadas por cerchas y por cable como el puente de yorhs Washington en nueva york.Los cables tambin son muy usados en techos suspendidos, serie de arcos soportan cubiertas, arcos constituidos de materiales aptos en compresin como roca y concreto soportan muchas obras civiles, aun la naturaleza misma utiliza los arcos para aprovechar en mejor forma los materiales que soportan compresin tales como la roca.

CARGAS SOBRE ESTRUCTURASDesde los comienzos del inicio del hombre, este ha construido refugios, lugares donde vivir, trabajar y comercio luego con el paso de los aos ha ido construido lugares de entretenimiento, eventualmente el hombre quiso viajara y construyo las pases de una red de transporte tanto martimas como por tierra y construyo carreteras y puentes y con el pasar de los aos ha ido , construyendo diferentes maquinas como las que conocemos hoy en da como son los: aviones, cohetes, etc.La estructura es aquella parte de un edificio, avin, barco o mquina que da la resistencia y estabilidad para resistir las fuerzas de la naturaleza y aquellas creadas por el hombre mismo, todas las estructuras estn construidas para fines prcticos y a menudo deben resistir grandes y desconocidas cargas.Las cargas que usualmente ha de soportar la estructura no son tan riesgosas como aquellas causadas por la naturaleza y por el hombre mismo, la devastacin originada por fuerzas de la naturaleza como tormentas, deslizamiento de tierras han forzado al hombre a tratar de entender mejor el comportamiento de las estructuras y sus capacidades para soportar carga a fin de evitar nuevas catstrofes. Experimentos se han desarrollado constantemente a fin de obtener una mayor seguridad y resistencia en estructuras presentes con el fin de evitar prdidas de vidas humanas y de dinero.Cules son las cargas ms importantes que una estructura debe soportar y como ellas actan sobre estas?Las estructuras deben de soportar su propio peso que es llamado carga muerta adems deben de soportar las cargas impuestas llamadas cargas vivas en caso de edificios y puentes o cargas de friccin en caso de barcos y aviones. Las cargas vivas se dividen varias categoras primero estticas o lentamente aplicadas como muebles y ocupantes de los edificios segundo las rpidamente aplicadas como vientos huracanados y fuerzas originadas en choques terceros cargas aplicadas repetitivamente que producen vibracin y cargas de impacto. Una estructura puede verse afectada por cagas ocultas como aquellas afectadas por el efecto de temperatura, esfuerzos residuales y reasentamiento de los soportes.Cuando una carga externa se le aplica a una estructura estas se deforman. Ahora examinaremos las diferencias entre cargas estacionarias o lentamente aplicadas llamadas (estticas), y aquellas dinmicas o rpidamente aplicadas.Otros tipos de comportamiento cuando una estructura se deflacta, el material tiende a recobrar su estado inicial pero al hacerlo sobrepasa este punto entonces trata nuevamente de regresar y as se producen las oscilaciones. Las estructuras oscilan de distintas formas, el tiempo requerido para completar una oscilacin en una determinada forma estructural se le denomina periodo natural de la estructura. Esto depende de las dimensiones y el peso y material de la estructura.Por ejemplo: el periodo de oscilaciones de un pndulo depende de su longitud, el pndulo corto tiene un periodo un periodo menor y oscila ms rpido el periodo dems depende del peso a mayor peso mayor periodo, el periodo de oscilaciones de una estructura es el parmetro que permite determinar si una carga es esttica o dinmica Las cargas originadas por terremotos son cargas dinmicas con una sola aplicacin la estructura se puede averiar, y tras algunas repeticiones de carga la estructura se afecta progresivamente y quizs de destruye si una fuerza se le aplica rtmicamente a un cuerpo suspendido en lapsos iguales al periodo de la estructura las deflexiones se van incrementando tras cada aplicacin de carga aunque el valor de esta no sea muy grande. En tales casos decimos que la fuerza esta en resonancia con la estructura las fuerzas en resonancia son peligrosas debidas a sus efectos acumulativos. Vimos que los resortes tienen un periodo natural y por tanto tienden a estar en fuerzas en resonancia. As que una carga no aplicada en resonancia es menos peligrosa que una en resonancia.Las distintas formas que una estructura asume cuando oscila se denominan modos de vibracin. Una estructura compleja exhibe el modo fundamental de vibracin con el mayor periodo se obtienen mayores modos de vibraciones con periodos cortos, tambin se pueden producir oscilaciones en una estructura con el movimiento brusco de uno de sus elementos.Ejemplo si las bases de un edificio son sacudidas por un terremoto el edificio oscila en una combinacin de sus modos naturales. Generalmente los vientos se consideran cargas lentamente aplicadas que producen una presin esttica sobre la cara receptora y una succin en la otra cara del edificio, aunque generalmente el viento produce presiones estticas cuando este sopla en lapsos cercanos al periodo natural de la estructura acta como una carga en resonancia, cuando un viento esttico actuado sobre una estructura flexible puede producir oscilaciones aerodinmicas muy rpidas llamadas tremor.Un ejemplo prctico puede ser el de un puente, ventarrones soplando sobre l pueden producir oscilaciones violentas, sin embargo un viento esttico tambin puede producir oscilaciones aerodinmicas. Las oscilaciones aerodinmicas tienden a incrementar su amplitud en una forma similar a las cargas en resonancia. Todas las cargas y sus efectos sobre las estructuras deben por lo tanto ser cuidadosamente consideradas.