ESFUERZOS PRESENTES EN LAS ESTRUCTURAS

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MARACAY

ESFUERZOS PRESENTES EN LAS ESTRUCTURAS

DOCENTE: ARQ. IRAIDA MALUENGA

AUTORES: ANDREA SOSA C.I 29. 520.178 FABIÁN MEDINA C.I: 29.900.451 MARÍA LEÓN C.I: 30.477.173

MARACAY, MAYO 2022

INTRODUCCIÓN Las cargas que en una edificación constituyen el peso, la dilatación, o el empuje, entre otros; se convierten en fuerzas que actúan directamente sobre sus estructuras.

Adicionalmente, para mantener el equilibrio, la forma y la estabilidad, estas estructuras reaccionan con una fuerza de igual magnitud, pero en un sentido opuesto.

Es por ello, que en nuestra revista nos dedicaremos a dar a conocer cada uno de los esfuerzos presentes en las estructuras, así como, las exigencias para el correcto funcionamiento de una estructura y los materiales más usados para el adecuado manejo y construcción de una la misma. Mediante una serie de gráficos, ejemplos y un lenguaje dinámico y comprensible.

¿QUÉ SON LOS ESFUERZOS?

Estas fuerzas internas son el resultado de la interacción de unas partículas del cuerpo sobre las otras.

COMPRESIÓN

EXIÓ

N

A continuación podemos ver un ejemplo de esfuerzo en estados combinados:

TRACCIÓN

FL

Los esfuerzos son el conjunto de fuerzas internas a las que está sometido un cuerpo a consecuencia de las solicitaciones o acciones que actúan sobre él.

ESTADOS BÁSICOS TENSIÓN Es el estado de tensión en el cual las partículas del material tienden a separarse.

Su causa se puede explicar cómo dos fuerzas de igual magnitud pero de sentido contrario actuando sobre la misma recta de acción.

Adicionalmente, llamamos estructuras de tracción simple a todos aquellos sistemas estructurales que actúan por su forma y están solicitados exclusivamente a solicitaciones internas de tracción. ·

Anzac Bridge, Sydney.

Ejemplos de elementos a tracción son los cables, cuerdas y lonas tensadas.

O sea que estas estructuras no resisten otro tipo de solicitación más que el de tracción, no son sometidas ni a la compresión, flexión, cortante o torsión.

COMPRESIÓN Es el estado de tensión en el cual las partículas del material se aprietan entre sí.

El acortamiento es típico en la compresión.

Los materiales incapaces de resistir tracciones son en general los mejores que soportan la compresión: piedra, ladrillos de arcilla cocida, hormigón, entre otros.

Las deformaciones provocadas por la compresión son de sentido contrario a las de tracción, hay un acortamiento en el sentido de la carga y un ensanchamiento perpendicular a esa dirección.

Bajo el Puente de Rande.

Trabajan fundamentalmente a compresión los soportes o pilares, las patas de los muebles, los cimientos.

ESTADOS BÁSICOS CORTE Es un esfuerzo que provocan fuerzas perpendiculares al eje longitudinal del elemento; aplicadas en sentidos contrarios casi en la misma vertical que tienden a cortarlo.

El cortante puede también entenderse como una combinación de tracción y compresión. El esfuerzo cortante también ocurre en cargas axiales, flexión, etc.

EXIÓ

N

FL

Un ejemplo clásico consiste en el diseño de una ménsula, el esfuerzo es inversamente proporcional a las dimensiones de la sección transversal de la ménsula. Mientras más grande la ménsula, menor el esfuerzo tangencial dentro del hormigón.

Es vital conocer los esfuerzos cortantes que actúan sobre el material al diseñar el producto.

Debido a que la falla por corte es la falla más común que ocurre debido a una consideración inapropiada de las fuerzas de corte.

·Se denomina flexión a la combinación de la tracción y la compresión en distintas fibras del mismo material de cualquier elemento estructural.

La flexión puede considerarse como un mecanismo estructural capaz de canalizar cargas verticales en dirección horizontal, o dicho en forma más general, en dirección perpendicular a las cargas.

En la sección del elemento estructural la solicitación tiene dos componentes: esfuerzo cortante y momento flector.

Hunslet Viaduct under construction.

Funcionan fundamentalmente a flexión las vigas, o en un ejemplo más cotidiano las baldas de una estantería.

ESTADOS COMBINADOS PANDEO FLEXIÓN + COMPRESIÓN

Es un tipo particular de esfuerzo relacionado con la compresión en elementos muy largos en relación con su sección transversal.

Al deformarse la estructura su centro de gravedad se aleja del eje central, aumentando el momento de la fuerza y disminuyendo su resistencia.

Algunos ejemplos de elementos sometidos a pandeo son los pilares metálicos, los barrotes, entre otros.

El alabeo es la distorsión que sufre una losa tomando una forma curvada hacia arriba o hacia abajo encorvando sus bordes.

También, puede definirse como un fenómeno llamado inestabilidad elástica que puede darse en elementos comprimidos esbeltos, y, que se manifiesta por la aparición de desplazamientos importantes transversales a la dirección principal de compresión.

ALABEO TORSIÓN + FLEXIÓN

Esta distorsión puede levantar los bordes de la losa respecto a la base, dando lugar a un borde o esquina sin apoyo que puede agrietarse cuando se aplican cargas pesadas.

Algunas veces el alabeo es evidente a edad temprana. En otros casos, las losas pueden alabearse durante un período de tiempo mayor.

Es el efecto que sufren elementos tales como muros, tabiques.

ESTADOS COMBINADOS

CORTE + FLEXIÓN

ESQUEMA DE PUNZONAMIENTO

Puede producirse en el encuentro de un pilar con el forjado, o en cimentaciones superficiales.

La flexión es una combinación de esfuerzos de compresión y de tracción.

Mientras que las fibras superiores de la pieza están sometida a un esfuerzo de flexión (se alargan), las inferiores se acortan, o viceversa, produciendo una deformación a lo largo de su eje, que tiendan a doblarlo.

En estos forjados el punzonamiento produce una rotura de la placa alrededor del pilar donde apoya, ya sea de forma troncocónica o troncopiramidal (según sea el pilar, de sección circular o rectangular) y su directriz es el punto cargado.

TRACCIÓN + COMPRESIÓN

FLEXIÓN TRACCIÓN

COMPRESIÓN

EXIÓ

N

El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento flector.

Este esfuerzo produce un efecto puntual sobre su plano de apoyo.

Debe tenerse en cuenta que este efecto puede aparecer en los forjados reticulares y en losas macizas.

FL

PUNZONADO

Es un esfuerzo producido por tracciones en una pieza debidas a los esfuerzos tangenciales originados por una carga localizada en una superficie pequeña de un elemento bidireccional de hormigón, alrededor de su soporte.

EXIGENCIAS PARA EL CORRECTO FUNCIONAMIENTO DE UNA ESTRUCTURA

EQUILIBRIO

Esta es la garantía de que una edificación o cualquier parte de ella no tenga ningún movimiento, por supuesto que esto no es del todo estricto, ya que, cierta flexibilidad no es solo inevitable, sino que también es necesaria.

Puente con Estructura hiperestática.

El equilibrio es la igualdad de fuerzas de Acción y Reacción.

ESTABILIDAD

Ejemplo de estabilidad estructural.

La estabilidad estructural se refiere a la capacidad de una estructura bajo las fuerzas que actúan sobre ella de alcanzar un estado de equilibrio mecánico. Es decir, la inexistencia de movimientos inaceptables en la edificación.

RESISTENCIA Es la capacidad que tienen los elementos estructurales de aguantar los esfuerzos a los que están sometidos sin romper, esto siempre va a depender de muchos factores entre los que destacan el material empleado, su geometría y el tipo de unión entre los elementos.

Es importante establecer las diferencias entre resistencia y rígidez: Puesto a que la resistencia es la capacidad de de soportar esfuerzos.

Y la rígidez es la oposición a las defornaciones.

Modelado estructural de un edificio: El programa de modelado nos indica cómo se comportan las zonas del edificio, esto puede ser en relación a los niveles de resistencia.

EXIGENCIAS PARA EL CORRECTO FUNCIONAMIENTO DE UNA ESTRUCTURA

RÍGIDEZ

Es la propiedad que tiene un elemento estructural para oponerse a las deformaciones, también se podría decir que es la capacidad de soportar cargas sin deformarse o desplazarse excesivamente. Un objeto o estructura puede ser rígido sin ser resistente o al revés.

Los metales son materiales más rígidos que las maderas y derivados.

FUNCIONALIDAD

Cada elemento posee una función en específico.

ECONOMÍA El factor económico se puede analizar de acuerdo a la disminución de costos, pero sin embargo estos son subjetivos puesto a que de acuerdo a las características de la edificación sean estás : simbólicas , de imagen o publicitarias tendrán factores diferentes a tomar en cuenta. Aún así, existe un mínimo de racionalidad, ya que algunos de los factores primordiales a tomar en cuenta en las obras son : 1. La mano de obra, ya que no todos los sistemas tienen el mismo costo.

2. Disponibilidad del equipo.

3. Exigencia de materiales en el sitio.

4. Normas constructivas de cada lugar.

Es la capacidad de la estructura de cumplir con el propósito por el que fue construida. La estructura podría ser muy correcta, pero si no responde al funcionamiento ya previsto se convierte en un objeto inoperante.

ESTÉTICA Se debe concebir como un producto de la lógica, más no como resultado de la forma, es decir, su belleza debe ser consecuencia de la lógica, no de la forma.

El partenon es un claro ejemplo de una estructura incorrecta pero hermosa, en donde predomino la forma ante la función.

Lo correcto de una estructura debe ir mucho más allá de las justas proporciones (espaciales y entre sus miembros) - puesto a que debe estar claramente definida la relación entre forma y función.

MATERIALES UTILIZADOS EN LA ESTRUCTURA Casi todos los materiales conocidos pueden utilizarse solos o combinados para crear una estructura, entre los materiales más comunes podemos encontrar:

CONCRETO

ACERO

ALUMINIO

Es un material pulverulento que por sí mismo no es aglomerante, pero cuando es mezclado con agua, se convierte en una pasta moldeable.

Es la combinación entre hierro y carbono, dependiendo de cómo sea aplicado adquiere su dureza.

Es el metal más abundante, este es muy versátil y por eso es el segundo metal más utilizado, luego del acero.

MADERA

AGLOMERADO

Es un material ortótropo encontrado como principal contenido del tronco de un árbol.

Fabricado a partir de astillas de madera y una resina sintética, que se prensa.

PLÁSTICO Constituido por compuestos orgánicos o sintéticos que tienen la propiedad de ser maleables

COMBINADOS Son aquellos materiales que se forman por la unión de dos o más materiales para conseguir la combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales.

La elección de estos materiales siempre dependerá de muchos factores, algunos de estos serían: la tecnología más conveniente, la función de la edificación, la cantidad del material en el lugar, la rapidez de la construcción.

SUPER-ESTRUCTURA INFRA - ESTRUCTURA

SUPER-ESTRUCTURA La superestructura es la parte de una construcción que está por encima del nivel del suelo. Entre estos podemos encontrar: Elementos Soportados: Son los que están constituidos básicamente por losas.

Elementos soportados

Elementos Portantes: Estos están constituidos por vigas y columnas.

Elementos portantes INFRA-ESTRUCTURA Se conoce por infraestructura a la base que sostiene una construcción. La infraestructura es vista como el esqueleto o los cimientos de un edificio. En este podemos encontrar: Elementos cargados: constituidos por fundaciones y pilotes.

Elementos cargados

CONCLUSIONES Para finalizar, conocer cada uno de los tipos de esfuerzos es de vital importancia, ya que, los elementos de una estructura deben de soportar, además de su propio peso, otras fuerzas y cargas exteriores que actúan sobre ellos. Por otra parte, dependiendo de su posición dentro de la estructura y del tipo de fuerzas que actúan sobre ellos, los elementos o piezas de las estructuras soportan diferentes tipos de esfuerzos. Asimismo, el manejo de estos conocimientos le permite al personal de la obra evitar cualquier tipo de error, y emplear adecuadamente los materiales y herramientas que esten a su disposición.

Adicionalmente, dicho personal debe de guiarse de varias exigencias (Resistencia, equilibrio, economía, rigidez, funcionalidad, resistencia y estética) para la correcta elaboración de una estructura, dado que, una estructura es una combinación de varias características a la vez; es por esto que es necesario tener una base teórica en cuanto a todos estos temas fundamentales en las estructuras.

ESFUERZOS PRESENTES EN LAS ESTRUCTURAS

La arquitectura moderna no significa el uso de nuevos materiales, sino utilizar los materiales existentes de forma más humana.

- Arq. Alvar Aalto.