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Contenido
- I. INTRODUCCION
- II. ESTRUCTURA
- ESTRUCTURA. 1.1. FACTORES A TENER EN EL PROYECTO DE UNA
- 1.2. ANALISIS ESTRUCTURAL.
- III. ESFUERZO AXIAL
- IV. ESFUERZO FLECTOR
- V. EJE FUERTE Y EJE DEBIL DE LA SECCIONS
- VI. EJEMPLO PRÁCTICO
- VII. CONCLUSIONES
- VIII. RECOMENDACIONES
- IX. BIBLIOGRAFIA
I. INTRODUCCION
Todos los cuerpos poseen algún tipo de estructura. Las estructuras se encuentran en la naturaleza y comprenden desde las conchas de los moluscos hasta los edificios, desde el esqueleto de los animales, pero el ser humano ha sabido construir las suyas para resolver sus necesidades. Pero… ¿Qué tienen todas en común tantas cosas distintas para ser todas estructuras? 1. Están compuestos por elementos simples unidos entre sí 2. Resisten las fuerzas a las que está sometido sin destruirse 3. Todas conservan su forma básica Por eso, podemos dar una definición de estructura: Una estructura es un conjunto de elemento unidos entre sí capaces de soportar los fuerzas que actúan sobre ella, con el objeto de conservar su forma. Las fuerzas que actúan sobre una estructura se denominan cargas y pueden ser de dos tipos: Fijas como el peso propio de un puente, que siempre actúa sobre los cuerpos; o variables, como el viento que no siempre actúa sobre los objetos. Las estructuras pueden ser naturales (creadas por la naturaleza como el esqueleto, las cuevas, los barrancos, etc.) o artificiales (creadas por el hombre como las viviendas, los vehículos, las carreteras, los aviones, etc.). II. ESTRUCTURA Es un conjunto estable de elementos resistentes de una construcción con la finalidad de soportar cargas y transmitirlas, para llevar finalmente estos pesos o cargas al suelo. Esto es, un conjunto capaz de recibir cargas externas, resistirlas internamente y transmitirlas a sus apoyos. El suelo es por último quien recibe todos los efectos producidos por estas fuerzas. La estructura tendrá entonces forma y dimensiones, constituida por un material apto para resistir (hormigón, madera, acero, etc), y tendrá presente la existencia de vínculos entre los distintos elementos que la componen. 1.1. FACTORES A TENER EN EL PROYECTO DE UNA ESTRUCTURA.
Se concluye fácilmente que las diagonales de la celosía AB estarán traccionadas mientras que las diagonales de la celosía CD estarán comprimidas.
IV. ESFUERZO FLECTOR
El esfuerzo flector en una barra, lo produce una carga cuando no es paralela a la directriz de la barra. En el caso de la Fig. 5 la carga consiste en una fuerza puntual (el peso del ladrillo) ubicada en la punta de un voladizo (el brazo) que provoca un momento flector (por ser la fuerza excéntrica respecto del eje central del cuerpo). La magnitud del momento flector es igual al producto de la carga por la distancia. Cuanto más lejos está la carga del punto de apoyo, más costoso es soportarla ya que el momento flector es mayor. Por esa razón, soportar el ladrillo requiere menos esfuerzo en la muñeca que en el codo y mucho menos que en el hombro ya que el momento crece conforme nos alejamos del ladrillo
Cuando al estudiar Resistencia de Materiales se habla del eje fuerte de la sección, se hace referencia al eje respecto del cual la barra opone más resistencia a ser curvada. Es importante saber cuál es el eje fuerte de una barra para poder orientar la sección correctamente en la estructura. La posición idónea es aquella en la que la barra se sitúa con la mayor inercia en el plano de la estructura; esto es, con el eje fuerte perpendicular al eje de la estructura. En términos matemáticos es el eje respecto al cual la sección tiene mayor momento de inercia. Para recordar cual es el eje fuerte de una barra, podemos recurrir a la resistencia que opone nuestro cuerpo a ser curvado respecto a un eje que pase por el centro de gravedad de nuestro cuerpo (supongamos situado en el ombligo) Cuando intentamos doblarnos hacia un lado, del modo que muestra la Fig. 8, nos resulta bastante costoso, siendo imposible tocar el suelo con las puntas de los dedos. Éste es el eje fuerte. Si representamos una vista en planta de nuestro cuerpo, (Fig. 9) al dibujar la proyección en planta del eje que acabamos de definir como eje fuerte, vemos que es el eje perpendicular al lado largo de la sección. El eje débil es, por el contrario, aquel alrededor del cual resulta más fácil curvar la sección.
Fijándonos de nuevo en el cuerpo humano, vemos que nos resulta bastante más fácil doblarnos hacia delante, deformándonos alrededor del eje situado en nuestro centro de gravedad, paralelo al lado largo de la sección. Somos más deformables en esta dirección, tal y como podemos ver en la Fig. 10, pudiendo alcanzar el suelo con la punta de los dedos. Representando el eje débil en el modelo de la sección de la Fig. 9, éste será el eje que pasa por el centro de gravedad y es paralelo al lado largo de la sección, tal y como se puede ver en la Fig. 11. Extrapolando el concepto de eje fuerte y eje débil a las secciones de la Fig. 12, de acuerdo con el criterio de ejes del Documento Básico Seguridad Estructural, Acero del Código Técnico de la Edificación, se observa que el eje fuerte corresponde con el eje y mientras el eje z es el eje débil. VI. EJEMPLO PRÁCTICO Finalmente se propone al alumno una serie de imágenes para que intente reconocer la solicitación a la que están sometidos los brazos de la figura de madera. En la Fig. 13 y la Fig. 14, la carga aplicada es la misma (el peso de un ladrillo), sin embargo la solicitación no lo es. ¿Cuál es la solicitación en cada uno de los casos? ¿Cuál sería el modelo de la barra en cada caso?
Fig. 13 Ambos brazos están sometidos a tracción pero el derecho lo está en mayor medida. Las barras (brazos) podrían asimilarse a dos tirantes. Fig. 14 Ambos brazos están sometidos a flexión pero el derecho lo está en mayor medida. Las barras (brazos) podrían asimilarse a dos voladizos. Fig. 15 Ambos brazos están sometidos a tracción en la misma medida. Las barras (brazos) podrían asimilarse a dos tirantes. Fig. 16 Ambos brazos están sometidos a flexión en la misma medida. Las barras (brazos) podrían asimilarse a dos voladizos. VII. CONCLUSIONES A lo largo de este documento se han definido e ilustrado cinco conceptos básicos de estructuras y resistencia de materiales: por un lado las solicitaciones o esfuerzos de tracción, compresión y flexión; por otro lado los conceptos de eje fuerte y eje débil. Saber reconocer el tipo de solicitación o esfuerzo al que está sometida una barra de una estructura es fundamental para poder dimensionarla o peritarla. De modo que el alumno debe ser capaz de reconocer el esfuerzo que genera una determinada carga para la barra que tiene que analizar. Recurrir a ejemplos asociados con el comportamiento de su propio cuerpo como una estructura que conoce bien y con la que experimenta a diario, puede facilitar el proceso de reconocimiento de las solicitaciones en las barras. En cuanto a la determinación del eje fuerte y eje débil, es necesario que el estudiante tenga clara la idea de lo que representan cada uno de ellos con objeto de diseñar las estructuras del modo más eficaz posible. VIII. RECOMENDACIONES Dentro de las estructuras ningún elemento tiene menor importancia que otro. Cada miembro desempeña una tarea específica y con esto se logra el funcionamiento adecuado de toda la estructura. Por tal motivo, el ingeniero tiene la obligación de realizar el diseño de todos los elementos estructurales, apegándose a las normas disponibles.
La Ingeniería Civil no es una ciencia aislada ya que, para complementar y facilitar su estudio y aplicación, es indispensable echar mano de los conocimientos utilizados en otras ramas. Tal es el caso del presente proyecto donde se usó la informática para obtener soluciones de diseño estructural. También hay que destacar que muchas metodologías, desarrolladas en la actualidad para el diseño de estructuras, utilizan soluciones iterativas que pueden ser desventajosas para los diseñadores; sobre todo para aquellos con escasa experiencia. Por tales motivos se vuelve necesario hacer uso de las herramientas y tecnologías disponibles en el presente. IX. BIBLIOGRAFIA A. Perez-Garcia, A. Martinez, E. Fenollosa, and A. Alonso, Introducción a las estructuras de edificación. Valencia: Editorial UPV, 2007, p. 300.
