INSTITUTO PROFESIONAL Y TÉCNICO DE VERAGUAS ENSAYO Y RESISTENCIA DE MATERIALES

INSTITUTO PROFESIONAL Y TÉCNICO DE VERAGUAS
ENSAYO Y RESISTENCIA DE MATERIALES
XI° BACHILLER INDUSTRIAL EN CONSTRUCCIÓN
GUÍA DE ESTUDIO
NOMBRE: ______________________________
GRUPO: _____________________
FECHA: ________________________________
PROFESOR:
Eldis H. Ruiz.
EQUILIBRIO:
Un cuerpo se encuentra en estado de equilibrio traslacional si y sólo si la suma vectorial de las fuerzas que
actúan sobre él es igual a cero.
Cuando un cuerpo está en equilibrio, la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre él es cero. En este
caso, Rx como Ry debe ser cero; es la condición para que un cuerpo esté en equilibrio:
ESTRUCTURA
Una estructura la podemos definir como un conjunto de elementos simples dispuestos de forma que den
rigidez y permitan soportar, sin romperse, las cargas o esfuerzos a las se ven sometidos.
El ser humano ha diseñado y utilizado desde tiempos remotos estos elementos para la realización de sus
propias construcciones. Podemos encontrar en la naturaleza otros seres vivos que también realizan
construcciones (abejas, hormigas, pájaros...) pero lo que diferencian unas estructuras de otras es la
capacidad del ser humano para analizarlas, diseñarlas y dar solución a las distintas necesidades que se le
presenten.
Podemos hacer pues, una primera clasificación de las estructuras en: estructuras naturales y
estructuras artificiales. A continuación se ponen algunos ejemplos de éstas:
Estructuras naturales: El esqueleto de un animal vertebrado se puede considerar como su estructura,
capaz de dar rigidez y soporte a los distintos órganos y tejidos. En las aves los
huesos son huecos lo que hace que sean ligeros y resistentes. En el caso de los
animales invertebrados son las conchas o caracolas las que hacen de estructuras
simples.
Estructuras artificiales: Hay numerosos ejemplo de estructuras artificiales entre las que podemos
destacar las construcciones de edificios, estatuas, torres, etc., pero también las
encontramos en vehículos de transporte, electrodomésticos, mobiliario ,etc.
Condiciones que debe de cumplir una estructura.
Las condiciones que debe de cumplir una buena estructura son las siguientes:
-
Ser resistente
Ser estable
Ser ligera
Se pueden tener en cuenta otros factores como el económico (utilización mínima de material) o el
estético según la necesidad o finalidad a cubrir por la estructura.
Concepto de Acción y Reacción. Cargas.
Se define a la acción como la fuerza o el conjunto de fuerzas que se ejercen sobre un cuerpo o elemento
resistente. Toda acción lleva asociada otra fuerza en sentido contrario que se opone a ésta y trata de
equilibrarla, a la que se denomina reacción. Este principio también es aplicable a las estructuras. Por
ejemplo, cuando un pilar hace fuerza contra el suelo, éste hace otra fuerza igual pero en sentido
contrario que impide que el pilar se hunda en el suelo.
El conjunto de fuerzas o acciones ejercidas sobre una estructura, se conoce genéricamente con el nombre
de cargas. Podemos hacer una clasificación de éstas según su naturaleza:
Peso propio (cargas debido al peso de los perfiles de las construcciones)
Estáticas
Cargas
Según su movilidad
Dinámicas
Permanentes
Sobrecargas
Según su duración
Intermitentes
Puntuales
Según el punto de aplicación
Distribuidas
Elementos de una estructura
Una estructura está formada por un conjunto de elementos simples
que dependiendo de su geometría y la disposición dentro de la
estructura tendrán unas características u otras.
Analizaremos a continuación algunos
de estos de elementos:
Perfiles: Son todas aquellas formas comerciales en las que se
suministran los aceros u otros materiales utilizados para la
realización de estructuras. El nombre del perfil viene dado por la
forma de la sección del mismo (I, U, T, L, etc).
Vigas: Son elementos resistentes, formados por uno o más perfiles
destinados a soportar esfuerzos y cargas. Normalmente adoptan
una posición horizontal. Junto con las viguetas forman la base
del suelo de cada uno de los pisos de una construcción
formando retículas de gran resistencia.
Pilares o Columnas: Son elementos resistentes, formados por uno o más perfiles dispuestos en posición
vertical, y que normalmente soportan las vigas, cerchas u otros elementos apoyados sobre él, transmitiendo
las cargas a las zapatas de cimentación. Junto con las vigas forman estructura entramadas de gran resistencia
y con grandes espacios vacíos por lo que se utilizan para la construcción de edificios.
Los pilares o columnas suelen ser más gruesos en las partes bajas de las construcciones ya que es donde
deben de soportar mayores cargas. A medida que la construcción aumenta en altura los pilares van siendo más
delgados.
Tirantes: Son elemento simples de las estructuras que suelen trabajar a esfuerzos de tracción. Un ejemplo
típico es las tijeras de los andamios.
Tensores: Tienen una misión similar a los tirantes pero a diferencia de éstos, los tensores están
realizados por cables, que mediante unos estribos se pueden tensar. Ejemplos los tenemos en los vientos de las
antenas de telecomunicación, o los de una tienda de campaña.
CONCEPTO DE MOMENTO DE UNA FUERZA
Se denomina momento de una fuerza respecto de un punto, al producto vectorial del vector posición r de
la fuerza por el vector fuerza F.
M=r´F
La analogía de la llave y el tornillo, nos ayuda a entender el significado
físico de la magnitud momento, y a determinar correctamente el módulo, la
dirección y el sentido del momento de una fuerza:



El módulo es el producto de la fuerza por su brazo (la distancia desde
el punto O a la recta de dirección de la fuerza). M=Fd
La dirección perpendicular al plano que contiene la fuerza y el punto,
la que marca el eje del tornillo.
El sentido viene determinado por el avance del tornillo cuando
hacemos girar a la llave.
"Un momento es un GIRO que surge a partir de la aplicación de fuerza sobre un brazo con un punto de apoyo,
y donde la fuerza debe ser perpendicular al brazo, pues en caso de ser en el sentido del brazo no habría
momento"
FUERZA CORTANTE (V) Y MOMENTO FLECTOR O FLEXIONANTE (M)
Todo análisis estructural se realiza para:
a) Determinar la capacidad de soportar las cargas para las cuales fue diseñada la estructura,
b) Determinar las dimensiones más adecuadas para resistir , (comparar los esfuerzos que soporta el material
contra los esfuerzos actuantes o los previstos.).
Los Esfuerzos en una sección dada pueden ser determinados sí se hace una sección
imaginaria en un punto de interés, y se considera como un cuerpo rígido en equilibrio
cada una de las partes en las que fue dividido el total. Estos esfuerzos podrán ser
conocidos si se conocen todas las fuerzas externas.
VIGA: es un elemento estructural donde una de sus dimensiones es mucho mayor que las otras dos, y a
través de uno o más apoyos transmiten a la fundación u otros elementos estructurales las cargas aplicadas
transversalmente a su eje, en algunos casos cargas aplicadas en la dirección de su eje.
FUERZA CORTANTE:
•
Es la suma algebraica de todas las fuerzas externas perpendiculares al eje de la viga (o elemento
estructural) que actúan a un lado de la sección considerada.
•
La fuerza cortante es positiva cuando la parte situada a la izquierda de la sección tiende a subir con
respecto a la parte derecha.
MOMENTO FLECTOR:
•
Es la suma algebraica de los momentos producidos por todas las fuerzas externas a un mismo lado de
la sección respecto a un punto de dicha sección.
•
El momento flector es positivo cuando considerada la sección a la izquierda tiene una rotación
en sentido horario.
DIAGRAMAS DE FUERZAS CORTANTES Y MOMENTOS FLEXIONANTES : Con referencia a la
construcción de los diagramas de fuerzas cortantes y momentos flexionantes pueden hacerse las
generalizaciones siguientes : 1) Una carga o un punto de apoyo origina una línea vertical en el diagrama de
fuerzas cortantes. 2) Una carga uniformemente distribuida (rectángulo) origina una línea inclinada en el
diagrama de fuerzas cortantes. 3) Las regiones de la viga en donde no hay cargas aplicadas, se reflejan como
líneas horizontales en el diagrama de fuerzas cortantes. 4) Una carga no uniformemente distribuida (en
forma de triángulo) origina un arco de parábola en el diagrama de fuerzas cortantes. 5) Una línea horizontal
en el diagrama de fuerzas cortantes implica una línea inclinada en el diagrama de momentos flexionantes. 6)
Una línea inclinada en el diagrama de fuerzas cortantes implica un arco de parábola en el diagrama de
momentos flexionantes. 7) Un arco de parábola en el diagrama de fuerzas cortantes implica una curva
cúbica en el diagrama de momentos flexionantes, 8) Cada coordenada vertical del diagrama de momentos
flexionantes en un punto de la viga tiene un valor igual a la suma algebraica del área del diagrama de
fuerzas cortantes hasta ese punto. DIAGRAMAS DE CORTE Y MOMENTO 9) Cuando el diagrama de
fuerzas cortantes cruza al eje horizontal, entonces el diagrama de momentos flexionantes en ese punto debe
cambiar de pendiente, ya sea de negativa a positiva o viceversa. Esto significa que cualquier punto, donde el
diagrama de fuerzas cortantes cruce el eje horizontal, debe ser un máximo o un mínimo en el diagrama de
momentos flexionantes. 10) Un momento externo aplicado en un punto de la viga origina una línea vertical
en el diagrama de momentos flexionantes,
Nota: Revise y repase los ejemplos desarrollados en clases