Calculo Estructural

Estructura

1. Porlamar, Mayo de 2022 Calculo Estructural Docente : Juvenal Sanabria Autor: Marco Fuentes CI: 29.591.131 República Bolivariana de Venezuela Ministerio del poder popular para la Educación Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” Extensión Porlamar

2. Estructura Una estructura es un  conjunto de elementos unidos  entre si, con  la misión de soportar las fuerzas  que actúan sobre ellos . Las estructuras son sistemas que de forma estable soportan pesos y fuerzas en una posición determinada. Pueden ser una creación humana, pero están también presentes en la naturaleza.  El  cálculo estructural  es el trabajo que se realiza para obtener el diseño más eficiente de estructuras que soporten su propio peso es decir, analiza factores como las cargas y los esfuerzos .

3. Vigas Una viga es un elemento estructurales que normalmente se colocan en posición horizontal, (aunque pueden ser también inclinadas) que se apoyan sobre los pilares, destinados a soportar cargas. Ejemplos de vigas son, los rieles de las cortinas, los travesaños horizontales de debajo del tablero en el pupitre o en la silla, el marco de la ventana o de la puerta, etc. Cuando forman parte de la superficie de un forjado se denominan viguetas. El conjunto vigas-pilares forman los pórticos.

4. Vigas de hierro Después de la madera, se comenzó a construir con vigas de hierro gracias a avances industriales. A parte de la tracción que ofrecían las vigas de madera, las de hierro se implementaron con facilidad. Aparte de la tracción, eran ideales para las compresiones. Vigas de hormigón Estas vigas comenzaron a utilizarse a partir del siglo XIX. Es quizá uno de los materiales más utilizados para la construcción en conjunto con el acero. Vigas de acero Las vigas de acero comenzaron a utilizarse desde la  Revolución Industrial . Se distinguen por ser vigas de mucha resistencia y a diferencia de otras, de poco peso. Vigas de madera Para las vigas, la madera fue uno de los primero materiales que se usaron para elaborarlas. Lo que más se tomó en cuenta para comenzar a utilizar la madera en este tipo de estructuras fue su importante soporte de tracción. Vigas de poliuretano Son vigas que se utilizan más para imitar el aspecto rustico de la madera. Se utilizan también como complemento de otras vigas como las de acero .

5. Columnas Las columnas son  elementos arquitectónicos alargados y estructurales que pueden cumplir fines estructurales y decorativos . La forma de las columnas es circular, y se compone por el capitel (parte superior), el fuste (parte que se encuentra entre los dos extremos) y la basa (parte que marca el punto de apoyo). Pueden existir distintas clasificaciones, dependiendo de la función de las mismas: Columna embebida: Es la que parece estar embutida en un muro o en cualquier otro elemento de la construcción. Columna exenta: También denominada aislada, es aquella que está separada del esqueleto de la construcción principal.

6. Columna torsa : Está construida con un fuste de apariencia espira lado, que la recorre de arriba abajo formando estrías. Columna adosada: Es la que está pegada a las paredes o algún otro elemento de la construcción. Columna abalaustrada: Es aquella cuyo fuste posee la forma de un balaustre . Columna fajada: Es la que tiene el fuste constituido por piedras labradas y rústicas, conjuntamente. Columna fasciculada : Está constituida por delgados fustes, sobre un capitel y una basa en común. Son varias columnas en una sola, al golpe de la vista. Columna geminada: Es aquella formada por dos fustes gemelos que siguen la misma dirección y que comparten el capitel. Columna historiada: Es la que tiene el fuste decorado. Columna rostrada: Es la que en el fuste tiene decoraciones de popas y proas de barcos. Columna ofídica: Es una de las más llamativas desde el punto de vista artístico. Columna salomónica: Se forma por un fuste espira lado.

7. Fundaciones La fundación es la parte de la construcción que se apoya sobre el terreno. Es la base de la construcción la misma que debe soportar el peso de la superestructura en las peores condiciones de carga y repartirlos sobre el terreno en la profundidad necesaria. Fundación  superficial  Son aquellos cimientos que se apoyan en las capas  superficiales  o poco profundas del suelo, por tener éste suficiente capacidad de aguante o por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas. Fundaciones Intermedias Las excavaciones de este tipo de  fundaciones  puede ser de sección circular o cuadrada. Se prefiere muchas veces una pila de sección cuadrada por su sencillez de doblado de los aceros. Fundaciones P rofundas   Permiten transmitir las cargas de una estructura a una capa competente, ya sea para atravesar un terreno no apto para fundar o para involucrar una mayor masa de terreno en la estabilidad de la estructura.

8. Cargas Las cargas son las fuerzas que tienen que soportar las estructuras. Cargas estructurales, son las fuerzas externas ejercidas a los elementos resistentes o también a su propio peso. Un edificio soporta cargas vivas, muertas y accidentales. Cargas Fijas : las que no varían sobre la estructura por lo que siempre tienen el mismo valor. Por ejemplo el propio peso de la estructura y el de los cuerpos que siempre están en la estructura . Cargas Variables : las que pueden variar sobre la estructura con el paso del tiempo. Ejemplos: la del fuerza aire, el peso de la gente, la nieve, etc . En la imagen anterior ... ¿ Qué cargas son fijas y variables?. Cargas Variables: fuerza del viento y el peso del agua. Cargas Fijas: peso de la estructura y el peso del deposito.

9. Resistencia La resistencia es la capacidad que tienen los elementos estructurales de aguantar los esfuerzos a los que están sometidos sin romper. Depende de muchos factores entre los que destacan el material empleado, su geometría y el tipo de unión entre los elementos. Para cada tipo de estructura, según su función, se debe escoger el mejor material. La ingeniería de materiales es la disciplina que se encarga de estudiarlos y determinar su aptitud para resistir mejor unos esfuerzos u otros. La geometría de la estructura en su conjunto, además de la de sus elementos aislados, determina también la capacidad de resistir mejor los esfuerzos. Así surgen estructuras de masa con volúmenes grandes, superficiales, de barras

10. Apoyos Los apoyos estructurales aseguran la transmisión controlada de fuerzas entre la superestructura y la subestructura. También facilitan rotaciones en torno a cada eje y movimientos en todas las direcciones.  Apoyos POT Están diseñados para transferir las fuerzas verticales a la subestructura y permitir rotaciones gracias a un cojín elastométrico que se halla en el núcleo del apoyo. Apoyos Esféricos Son unos elementos convexos que se deslizan sobre una superficie cóncava y transmiten las fuerzas verticales a la vez que permiten las rotaciones necesarias. Apoyo simple La reacción corresponde a la que se produce entre dos superficies tangentes que se tocan en un punto, permitiendo el deslizamiento relativo entre ambas. Apoyo doble El desplazamiento está impedido en el eje x y en el eje y. Las reacciones son en las direcciones de estos dos ejes. Sólo se permite el giro.

11. Fuerzas Inclinadas Las pendientes o los planos  inclinados  son superficies diagonales sobre las cuales los objetos pueden estar en reposo, deslizarse o rodar hacia arriba o hacia abajo. Los planos  inclinados  son útiles ya que pueden reducir la cantidad de  fuerza  requerida para mover un objeto verticalmente. Acción del Peso en un Plano  Inclinado . Si apoyamos un libro sobre un plano  inclinado  y comienza a deslizar, las  fuerzas  que actúan sobre el cuerpo son la  fuerza  normal ( ), su peso ( ) y la  fuerza  de rozamiento ( F → R ).

12. Fuerzas P untuales Puntuales :  Cuando sólo actúan en un determinado punto. Por ejemplo la carga que colgamos en una polea. Distribuidas:   Aquellas que actúan en un área del cuerpo o de la estructura. Por ejemplo el peso propio de una viga. Las que actúan en la periferia del cuerpo como consecuencia del contacto con otros cuerpos. A su vez las fuerzas de superficie, según su distribución, pueden ser: Los sistemas de fuerzas distribuidas, que tienen cierta complejidad para analizar, equivalen a sistemas de fuerzas puntuales donde la fuerza o fuerzas puntuales sobre las resultantes de las distribuidas aplicadas en el centro de gravedad del área de aplicación Genéricamente podemos hablar de fuerzas distribuidas cuando actúan en todo un área o a lo largo de una dirección; y fuerzas puntuales cuando son fuerzas individuales aplicadas en un punto en convreto de la viga. Fuerzas Distribuidas

13. Centro de Masa El  centro de masa  es una posición definida en relación a un objeto o a un sistema de objetos. Es el promedio de la posición de todas las partes del sistema, ponderadas de acuerdo a sus  masas . Cuando un cuerpo se encuentra en movimiento, por ejemplo, al lanzar un lápiz al aire, todas sus partículas se mueven a la vez, aunque con distintas trayectorias. Para   caracterizar la traslación  del lápiz en su conjunto, sin embargo, nos basta con estudiar qué ocurre en un solo punto del mismo: su  centro de masas . Este será el que determine su velocidad, su trayectoria, etc . El  centro de masas  representa el punto en el que suponemos que se concentra toda la masa del sistema para su estudio. Es el centro de simetría de distribución de un sistema de partículas.

14. Es el punto donde se considera concentrada el área total de una figura, donde se supone está ubicado el centro geométrico del cuerpo plano y homogéneo. El  centroide  de una figura de forma regular se determina localizando su centro geométrico como se ilustra en las siguientes figuras. Centroide de un triángulo, como intersección de las medianas del triángulo Centroide Se llama centroide  al  punto  donde se produce la  intersección  de las  medianas  que forman parte de un  triángulo . Cabe recordar que una mediana es una recta que se traza desde un vértice de la figura hasta el punto que está en el medio del lado opuesto. Puede decirse que el centroide es el punto en el cual, si una recta lo atraviesa, queda dividida en dos segmentos de idéntico momento respecto a la recta en cuestión. de sus tres medianas.

15. Centro de Gravedad El  Centro de Gravedad  es el punto de un cuerpo en el cual se considera ejercida la fuerza de gravedad que afecta a la masa de dicho cuerpo, es decir, donde se considera ejercido el peso. También se conoce como centro de balance o centro de equilibrio. El denominado  centro de gravedad  es el  centro de simetría de masa , donde se intersecan los planos sagital, frontal y horizontal. En dicho punto, se aplica la resultante de las fuerzas gravitatorias que ejercen su efecto en un  cuerpo. E l c entroide , el  centro de gravedad  y el  centro de masa  pueden, bajo ciertas circunstancias, coincidir entre sí, aunque designan conceptos diferentes. El centroide es un concepto puramente geométrico que depende de la forma del sistema; el centro de masas depende de la distribución de materia, mientras que el centro de gravedad depende del campo gravitatorio.

16. Trigonometría En términos generales, la  trigonometría  es el estudio de las razones  trigonométricas : seno, coseno; tangente, cotangente; secante y cosecante. Interviene directa o indirectamente en las demás ramas de la matemática y se aplica en todos aquellos ámbitos donde se requieren medidas de precisión Para resolver  muchos problemas sobre fuerzas, tanto gráfica como analíticamente, hay que saber descomponer una fuerza en otras dos orientadas según los  ejes de coordenadas (x e y)   , cuyos efectos sumados sean iguales a la fuerza que estamos descomponiendo. En los sistemas de fuerzas estudiados anteriormente conocíamos las componentes (F1 y F2) y calculábamos la resultante (R). En la  descomposición de fuerzas  , conocemos la resultante (R) y nos interesa conocer sus componentes (F1 y F2 sobre las coordenadas x e y) 

17. La descomposición de una fuerza en sus componentes se puede hacer sobre cualquier dirección.  Sin embargo, lo más frecuente es descomponer una fuerza en direcciones perpendiculares (horizontal y vertical, ejes coordenados). Descomposición gráfica de una fuerza en componentes perpendiculares: Fh , sobre el eje horizontal (la coordenada x)  y Fv , sobre el eje vertical (la coordenada y). Para ello, la fuerza dada se coloca en el origen de unos ejes coordenados y desde el extremo (flecha) de la fuerza se trazan líneas perpendiculares a los ejes, como se indica en la figura superior. Las distancias desde el origen hasta esas perpendiculares nos dan la medida de las componentes horizontal y vertical de la fuerza dada.

18. Estudio de Suelo Un Estudio de Suelo, también conocido como Estudio Geotécnico, es un conjunto de actividades que nos permiten obtener la información de un determinado terreno. Es una de las informaciones más importantes para la planificación, diseño y ejecución de un proyecto de construcción. El  estudio de suelo  permite conocer el tipo de cimientos que necesita la obra de construcción, además previene problemas como deslizamientos, colapsos, humedad, filtraciones, fallos de  cálculo estructural , entre otros. El Estudio de suelo  que consiste en verificación de calculo   estructural  de la construcción y nos permite conocer las deficiencias y posibles causas que dieron o darán origen al daño de la estructura, superficie y/o edificación.

19. Cálculos de áreas El Calculo de   área  puede ser definida como la medida de la superficie, y se descubre partir de multiplicar la base por la altura. Utilizamos esta expresión cuando vamos a calcular la superficie por ejemplo, de un campo de fútbol u otro deporte. Es decir, el  área  es la medición de una superficie. El  área  nos puede servir, en la práctica, para trabajar sobre ciertos espacios,  por  ejemplo, una hectárea de tierra agrícola. Sabiendo su  área , sabremos cuánto podemos cosechar y,  por  ejemplo, cuánto requerirá de agua y fertilizante Si quieres  calcular  el  área  de un espacio, hazlo multiplicando su largo por su ancho. Así obtendrás una cierta cantidad de metros cuadrados . Este es el procedimiento estándar para  calcular  rectángulos

20. Estas fórmulas sirven para encontrar rápidamente la medida en lugar de contar. Las fórmulas que vamos a ver se han desarrollado a partir de contar el número de cuadrados  dentro  de un polígono. Veamos un rectángulo. Esta  fuerza distribuida  no es más que un sistema de  fuerzas  paralelas cuya resultante es la suma de todas las  fuerzas  elementales que la componen y cuyo punto de aplicación se calcula mediante la aplicación del Teorema de momentos: la suma de momentos de las  fuerzas  es igual al momento de la resultante. La clave para calcular la fuerza está en tener lista la fórmula y entenderla. La Fuerza (F) es igual a la masa (m) multiplicada por la aceleración (a). Anotar y aprender esta fórmula es el siguiente paso para poder desarrollar correctamente nuestros cálculos. Fórmulas de áreas Forma Fórmula Cuadrado A  =  s  2 Rectángulo A  =  LW Triangulo Triangulo2 Paralelogramo A  =  bh Trapezoide Circulo A  =  π r2  _