ESTRUCTURAS 1

MODELACIÓN MECÁNICA

INTRODUCCIÓN

La palabra estructura tiene diferentes significados, en su acepción más

general se refiere a la forma en que se organizan las partes de un

sistema u objetivo. Desde el punto de vista ingenieril, las estructuras

están ligadas a la construcción, son estructuras los puentes, los

edificios, las torres, las presas, etc.

Debe entenderse como una carga estructural aquellas solicitaciones

mecánicas (fuerzas, momentos, deformaciones, desplazamientos) que

debe ser incluida en el cálculo de los elementos mecánicos resistentes.

La estructura está constituida por el conjunto de elementos mecánicos

resistentes y sus uniones mecánicas considerados como un sistema.

Las cargas estructurales son generalmente clasificadas como:

Cargas muertas que actúan de forma continua y sin cambios

significativos, pertenecen a este grupo el peso propio de la

estructura, empujes de líquidos (como en un dique) o sólidos

(como el suelo en un muro de contención), tensores (como en

puentes), asientos permanentes;

Cargas vivas que son aquellas que varían su intensidad con el

tiempo por uso o exposición de la estructura, tales como el

tránsito en puentes, cambios de temperatura, maquinaria (como

una prensa), acumulación de nieve o granizo, etc. Cargas

accidentales que tienen su origen en acciones externas al uso de

la estructura y cuya manifestación es de corta duración como lo

son los eventos sísmicos o ráfagas de viento.

ESTRUCTURAS 2

MODELACIÓN MECÁNICA

OBJETIVOS

Identificar el comportamiento de una estructura para poder hallar

una fuerza representativa de un componente de la edificación.

Conocer detalladamente las fases para diseñar una estructura

viable.

Interpretar el comportamiento sísmico que presenta una

estructura para evitar daños mayores.

Reconocer el tipo de elementos estructurales para diferenciar

correctamente en el campo.

ESTRUCTURAS 3

MODELACIÓN MECÁNICA

DESARROLLO DEL TEMA

1. INTRODUCCIÓN A LAS

ESTRUCTURAS

1.1 ¿QUÉ SE ENTIENDE POR ESTRUCTURA?

Puede definirse, en general, una estructura como:

"conjunto de elementos resistentes capaz de mantener sus

formas y cualidades a lo largo del tiempo, bajo la acción de las

cargas y agentes exteriores a que ha de estar sometido".

La estructura soporta las cargas exteriores (acciones y reacciones), las

cuales reparten su efecto por los diferentes elementos estructurales que

resultan sometidos a diferentes esfuerzos, los cuales inducen un estado

tensional, que es absorbido por el material que la constituye.

Las estructuras son de diferentes tipos:

• Elementos lineales sencillos (vigas y pilares)

• Estructuras de barras Estructuras articuladas Estructuras reticuladas

• Estructuras laminares

• Continuos tridimensionales

En una serie de partes conectadas con el fin de soportar una

CARGA

ESTRUCTURAS 4

MODELACIÓN MECÁNICA

1.2 ¿CUÁL ES SU OBJETIVO?

HAY DOS OBJETIVOS PRINCIPALES:

1. Resisten cargas resultantes:

-cargas de su propio peso

-cargas que provienen del uso para la que está diseñada la estructura

2. Darle forma a un cuerpo, obra civil o máquina

ES EL ARMAZÓN QUE LE DA FORMA A LAS ESTRUCTURAS

ESTRUCTURAS 5

MODELACIÓN MECÁNICA

1.3 ¿CUÁLES SON SUS PROPIEDADES?

RESISTENCIA

Para que soporte sin romperse el efecto de las fuerzas a las que se

encuentra sometida.

RIGIDEZ

Para que la estructura no se deforme.

ESTRUCTURAS 6

MODELACIÓN MECÁNICA

ESTABILIDAD.

Para que se mantenga en equilibrio sin caerse ni volcarse

1.4 LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL Se conoce como Ingeniería Estructural el área o disciplina de la

ingeniería que incluye el conjunto de conocimientos científico-técnicos

necesarios en las fases del proceso de concepción, diseño y fabricación

de los sistemas estructurales que son necesarios para soportar las

actividades humanas.

Este proceso se desglosa en fases consecutivas que son las

siguientes:

Fase 1: CONCEPCIÓN O PLANEACIÓN.- Fase inicial que parte

de una especificación de requisitos y que requiere imaginación creativa

y juicio ingenieril para plantear alternativas y seleccionar una solución.

ESTRUCTURAS 7

MODELACIÓN MECÁNICA

Fase 2: ANÁLISIS.-Fase que incluye las actividades conducentes

a ratificar la adecuación de la estructura a su objetivo de soportar unas

cargas dadas en unas condiciones predefinidas. En esta fase se precisa

determinar (mediante cálculos que se basan en técnicas y métodos

específicos) la respuesta de la estructura a cargas o acciones

predefinidas; esta respuesta se mide, 4 usualmente, estableciendo los

esfuerzos en los elementos de la estructura y los desplazamientos en

sus puntos más representativos.

Fase 3: DISEÑO.- Dimensionamiento detallado de los elementos

estructurales en base a los esfuerzos que han de soportar y los

materiales de que están compuestos.

ESTRUCTURAS 8

MODELACIÓN MECÁNICA

Fase 4: CONSTRUCCIÓN O FABRICACIÓN.- Fase final en la que

se realiza la estructura.

1.5 ¿QUÉ ES UN ELEMENTO ESTRUCTURAL?

Son cada una de las PARTES que constituye una estructura, esta

posee una FUNCIÓN RESISTENTE dentro del conjunto.

ESTRUCTURAS 9

MODELACIÓN MECÁNICA

A. ELEMENTOS LINEALES.

Columnas

Vigas

Armaduras

Tirantes

B. ELEMENTOS PLANOS.

Losas de techo

Escaleras

Placas

Muros estructurales

ESTRUCTURAS 10

MODELACIÓN MECÁNICA

C. ELEMENTOS TRIDIMENSIONALES.

Ladrillos

Zapatas de cimentación

D. ELEMENTOS DE SUPERFICIE DE CURVA.

Arcos

Bóvedas

Cascarones

ESTRUCTURAS 11

MODELACIÓN MECÁNICA

2.- TEORÍA ESTRUCTURAL.

Para poder analizar, estudiar, predecir el COMPORTAMIENTO se

requiere tener en cuenta los tener en cuenta los conocimientos relativos a

la MECÁNICA DE SÓLIDOS.

2.1 ¿QUÉ ESTUDIA LA MECÁNICA DE SUELOS?

ESTÁTICA: Estudia las condiciones que cumplen las fuerzas

que actúan sobre una partícula o un sólido para mantenerse en

equilibrio.

DINÁMICA: Estudia el movimiento del cuerpo teniendo en

cuenta la causa que lo produce.

TEORÍA DE LA ELASTICIDAD.

Estudia la relación entre las fuerzas y las deformaciones sobre todo en los

cuerpos elásticos.

La Teoría de la Elasticidad Lineal es el estudio de sólidos elásticos

lineales sometidos a pequeñas deformaciones de manera tal que además

de que los desplazamientos y deformaciones sean "lineales" (es decir que

las componentes del campo de

desplazamientos u sean

aproximadamente una combinación

lineal de las componentes del tensión/

deformación del sólido.

ESTRUCTURAS 12

MODELACIÓN MECÁNICA

TEORÍA DE LA RESISTENCIA.

Estudia y establece las relaciones entre las cargas exteriores aplicadas y sus

efectos en el interior de los sólidos.

3.-FUERZAS.

La fuerza es una magnitud vectorial que mide la intensidad del

intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de

partículas.

Son aquellas que generan o tienden a ejercer:

Un movimiento

Una tensión

una compresión sobre un objeto determinado

VIGA

ESTRUCTURAS 13

MODELACIÓN MECÁNICA

Clasificación de las

fuerzas o cargas Según el modo de aplicación:

a) cargas concentradas o puntuales

b) cargas distribuidas

Según su permanencia:

1. Cargas estáticas

a) cargas muerta o permanente

b) carga viva o sobrecarga de servicio

2. Cargas dinámicas

a) Cargas de viento

b) Cargas de impacto

ESTRUCTURAS 14

MODELACIÓN MECÁNICA

c) Cargas de sismo

Según su ubicación:

a) Cargas externas

b) Cargas internas

POR EL MODO DE

APLICACIÓN

CARGAS PUNTUALES

Son aquellas cargas que actúan en una superficie muy reducida

(5%máximo) con respecto al área total.

Ejemplo: Una Columna, un nervio sobre una viga de carga, el anclaje

de un tensor, un puente grúa sobre una vía, entre otros.

CARGAS DISTRIBUCIÓN

Las cargas distribuidas son las cargas que convencionalmente actúan

sobre un área grande del piso. Las cargas son el resultado del material

almacenado directamente en el piso dentro del área de

almacenamiento. Las cargas concentradas son las que normalmente

controlan el diseño del piso pues estas producen esfuerzos a tensión

mayores que las cargas distribuidas.

ESTRUCTURAS 15

MODELACIÓN MECÁNICA

POR SU PERMANENCIA

CARGAS ESTÁTICAS Son aquellas que se aplican lentamente sobre una estructura

1. CARGAS MUERTAS Son cargas permanentes y que no son debidas al uso de la estructura. En esta categoría se pueden clasificar las cargas correspondientes al peso propio y al peso de los materiales que soporta la estructura tales como acabados, divisiones, fachadas, techos, etc. Dentro de las cargas muertas también se pueden clasificar aquellos equipos permanentes en la estructura. En general las cargas muertas se pueden determinar con cierto grado de exactitud conociendo la densidad de los materiales.

ESTRUCTURAS 16

MODELACIÓN MECÁNICA

2. CARGAS VIVAS

Corresponden a cargas gravitacionales debidas a la ocupación normal de la estructura y que no son permanentes en ella. Debido a la característica de movilidad y no permanencia de esta carga el grado de incertidumbre en su determinación es mayor. La determinación de la posible carga de diseño de una edificación ha sido objeto de estudio durante muchos años y gracias a esto, por medio de estadísticas, se cuenta en la actualidad con una buena aproximación de las cargas vivas de diseño según el uso de la estructura. Las cargas vivas no incluyen las cargas ambientales como sismo o viento.

CARGAS DINÁMICAS

1. CARGAS DE VIENTO

El viento produce una presión sobre las superficies expuestas. La fuerza depende de: -densidad y velocidad del viento -ángulo de incidencia -forma y rigidez de la estructura -rugosidad de la superficie -altura de la edificación. A mayor altura mayor velocidad del viento

ESTRUCTURAS 17

MODELACIÓN MECÁNICA

2. CARGAS DE IMPACTO

Se aplican repentinamente sobre una estructura, el movimiento es

coincidente con la dirección en que se produce la carga. Tiene una

magnitud de al menos el doble que el efecto estático.

3. CARGA SÍSMICA

ESTRUCTURAS 18

MODELACIÓN MECÁNICA

Es un concepto utilizado en ingeniería sísmica que define las acciones

que un sismo provoca sobre la estructura de un edificio y que deben

ser soportadas por esta.

1 Se trasmiten a través del suelo.

2 las estructuras adyacentes o el

impacto de las olas de los maremotos.

SEGÚN SU UBICACIÓN a. Cargas externas

Las fuerzas existentes sobre los cuerpos pueden ser de

superficie, las cuales ejercen su acción sobre la superficie de los cuerpos,

tales como:

la presión hidrostática

la presión del viento

como la acción de la gravedad

las fuerzas magnéticas,

las fuerzas de inercia de cuerpos animados de movimiento

acelerado.

Algunas fuerzas se distribuyen sobre superficies tan reducidas

que reciben el nombre de fuerzas o cargas puntuales como las ejercidas por

las ruedas de los vehículos ferroviarios y de carretera considerándose por

simplificación aplicadas sobre un punto.

ESTRUCTURAS 19

MODELACIÓN MECÁNICA

En general en las estructuras suelen diferenciarse las acciones

constantes, que actúan o pueden actuar en todo momento o durante largos

períodos de tiempo tales como:

• El propio peso

• La carga permanente (pavimentos, muros de fachadas,

barandillas, cte.)

• El peso y el empuje del terreno, de las acciones variables que

pueden actuar o no y que son:

la sobrecarga de uso (personas, vehículos, presión de un

líquido sobre las paredes de un depósito, cte.)

las acciones de viento

la sobrecarga provocada por la nieve

las acciones sísmicas

Determinadas acciones tales como las térmicas y los asientos de las

cimentaciones no son fuerzas externas, pero no obstante provocan, al igual

que éstas, tensiones, o fuerzas internas al obligar a las estructuras a que

realicen determinados desplazamientos.

b. Cargas internas

Son aquellas que actúan dentro de un cuerpo o elemento estructural Son necesarias para mantener unido al cuerpo cuando está sometido a cargas

externas.

La forma de obtener las fuerzas internas representa de forma global

el procedimiento típico del análisis estructural, importante tener siempre en

cuenta para cualquier estudio de un sistema estructural.

ESTRUCTURAS 20

MODELACIÓN MECÁNICA

POR LOS EFECTOS QUE PRODUCEN SE CLASIFICAN EN:

FUERZA NORMAL (N)

FUERZA CORTANTE (V)

MOMENTO TORSOR (Mt)

MOMENTO FLECTOR (Mf)

Llamado esfuerzo normal, por serlo a la superficie de la sección

considerada, tiende a empujar o separar ambas partes del prisma

dando lugar a esfuerzos de compresión o tracción respectivamente.

ESTRUCTURAS 21

MODELACIÓN MECÁNICA

El esfuerzo cortante, de corte, de cizalla o de cortadura es

el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la sección

transversal de un prisma mecánico como por ejemplo una viga o un

pilar. Se designa variadamente como T, V o Q.

Vy y Vz por estar en el mismo plano de la sección, efectúan la

misma clase de esfuerzo y, por lo tanto, podemos obtener su resultante

Que es la expresión de un esfuerzo que actúa tangencialmente

a la superficie de la sección, como si se tratase de deslizar la sección

respecto de una muy próxima separándola o cortándola.

V= Vyj+ vzk

ESTRUCTURAS 22

MODELACIÓN MECÁNICA

Se denomina momento torsor a la componente paralela al eje

longitudinal del momento de fuerza resultante de una distribución de

tensiones sobre una sección transversal del prisma mecánico.

El momento torsor puede aparecer cuando se someten estos elementos

a la acción de un momento de fuerza o torque paralelo al eje del prisma

o cuando otro prisma mecánico perpendicular que está flexionado

interseca al prisma mecánico original. La relación entre el momento

torsor y el campo de tensiones sobre la sección transversal de un

prisma mecánico viene dada por:

Actúa perpendicularmente al plano de la sección en dirección

de la línea media por lo tanto tiende a hacer girar el sólido sobre sí mismo ,

creando un efecto de torsión

ESTRUCTURAS 23

MODELACIÓN MECÁNICA

Se denomina momento flector (o también "flexor"), o momento de flexión, a

un momento de fuerza resultante de una distribución de tensiones sobre una

sección transversal de un prisma mecánico flexionado o una placa que es

perpendicular al eje longitudinal a lo largo del que se produce la flexión.

Es una solicitación típica en vigas y pilares y también en losas ya que todos

estos elementos suelen deformarse predominantemente por flexión.

El momento flector puede aparecer cuando se someten estos elementos a la

acción de un momento (torque) o también de fuerzas puntuales o distribuidas.

Viga simplemente apoyada, solicitada a flexión por sobrecarga

uniformemente distribuida.

ESTRUCTURAS 24

MODELACIÓN MECÁNICA

Flexión de una viga simplemente apoyada.

ESTRUCTURAS 25

MODELACIÓN MECÁNICA

RECOMENDACIONES

Investigar a mayor profundidad los temas

tratados para desenvolvernos adecuadamente

en el campo.

Visitar con frecuencia diversos proyectos

ejecutados en tu localidad.

Antes de iniciar un proyecto es necesario tener

la orientación de un ingeniero, para obtener

una construcción eficaz y duradera.

ESTRUCTURAS 26

MODELACIÓN MECÁNICA

BIBLIOGRAFÍA

http://www.uv.es/ocw/ocwsecundaria/estructuras.html

http://estructuras.eia.edu.co/estructurasI/cargas/fuerzas%20y%

20metodos.htm

http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/resistencia-de-

materiales/materiales/Tema%206%20Resistencia.pdf

http://www.arqhys.com/construccion/cargas-distribuidas.html

http://www.buenastareas.com/ensayos/Cargas-Estaticas-y-

Dinamicas/31985797.html

ESTRUCTURAS 27

MODELACIÓN MECÁNICA

ANEXOS

ESTRUCTURAS 28

MODELACIÓN MECÁNICA

ESTRUCTURAS 29

MODELACIÓN MECÁNICA

ESTRUCTURAS 30

MODELACIÓN MECÁNICA