MARCO TEORICO

Fuerzas hidrostáticas sobre superficies planas

El diseño de estructuras de contención requiere el cálculo de las fuerzas

hidrostáticas sobre las superficies adyacentes al fluido. Estas fuerzas están

relacionadas con el efecto del peso del fluido sobre las superficies que lo

contienen. Por ejemplo, un depósito con una base plana horizontal de área Ab que

contenga una altura H de agua soportará una fuerza vertical hacia abajo en la

base igual a:

F = γ H Ab

Si la superficie no es horizontal, se requerirán cálculos adicionales para determinar

la fuerza resultante y la ubicación de su línea de acción. El caso de una superficie

plana es análogo al problema de flexión y compresión combinadas en resistencia

de materiales, ya que en ambos se presenta una distribución de líneas de

esfuerzos.

El problema hidrostático se deduce a fórmulas simples que atañen al centroide o

centro de gravedad y a los momentos de inercia de la sección plana.

F = γ A h

F = Fuerza hidrostática (N).

γ = Peso específico del fluido (N/m3).

A = Área de la superficie plana (m2).

h = Distancia vertical desde la S.L.A hasta el centro de gravedad de la superficie

plana.

De esta manera y de acuerda con el principio de Arquímedes, para que un cuerpo

sumergido en un líquido esté en equilibrio, la fuerza de empuje y el peso, deben

de ser iguales en magnitudes y, además, han de aplicarse en el misma punto. La

condición F = P, equivale de hecho a que las densidades del cuerpo y del líquido

sean iguales; por tal motivo, en el caso de equilibrio de los cuerpos sumergido es

indiferente, y si el cuerpo, no es homogéneo, el centro de gravedad no va a

coincidir con el centro geométrico, que es el punto en donde puede considerarse

que es aplicada la fuerza de empuje. Ello significa que las fuerzas forman un par

que hará girar el cuerpo hasta que ambas estén alineadas.

Por otra parte, si un cuerpo sumergido sale a flote es porque el empuje predomina

sobre el peso (F>P). Es aquí donde el equilibrio de ambas fuerzas aplicadas sobre

puntos diferentes estarán alineadas; esto es el caso de las embarcaciones en

aguas tranquilas, por ejemplo; sin embargo, cuanto mayor sea el momento M del

par, mayor será la estabilidad del cuerpo, es decir, la capacidad para recuperar la

verticalidad será mayor.

Por eso, resulta evidente que cada vez que un cuerpo se sumerge en un líquido es

empujado de alguna manera por el fluido y a veces esa fuerza es capaz de sacarlo

a flote y otras sólo logra provocar una aparente pérdida de peso. Finalmente,

sabemos que la presión hidrostática aumenta con la profundidad y conocemos

también que se manifiesta mediante fuerzas perpendiculares a las superficies

sólidas que contacta y estas fuerzas no sólo se ejercen sobre las paredes del

contenedor del líquido sino también sobre las paredes de cualquier cuerpo

sumergido en él.