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Componentes Estructurales

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  1. 1. Universidad Anáhuac del Mayab Estructuras Isostáticas Gabriel Vargas Marín Elementos Estructurales Elías Ernesto Balcázar Puente 22 de enero de 2013
  2. 2. 2 [ELÍAS BALCÁZAR] Elementos EstructuralesIntroducción.Se define como estructura a un sistema de partes conectadas que soporta una carga.En el diseño de una estructura se toma en cuenta la seguridad, estética y facilidad demantenimiento, tomando en cuenta las limitantes ambientales o económicas que sepuedan presentar. Una vez diseñada, la estructura debe ser analizada para asegurarsede que cuente con rigidez necesaria. En este análisis, la teoría establecida proponecrear las llamadas “estructuras ideales” en las que se idealizan las propiedades de lascargas, los apoyos y los sistemas de soporte. Para este análisis, se divide a un sistemaestructural en tres componentes: cargas, geométricos y apoyos.Sistemas de Cargas o fuerzas.La anticipación de las cargas a las que estará sometida una estructura sueleproporcionar la clase de estructura, diseño, componentes, etc. Para analizar lossistemas de cargas se debe de proceder en orden secuencial, es decir, por el orden enel que las cargas se transmiten a través de la estructura hasta el sistema de apoyo. Enel cálculo de estas fuerzas se debe tomar en cuenta los códigos de construcción y dediseño de cada región, los que dan los lineamientos mínimos constructivos y lasnormas reales y detalladas, respectivamente.Las cargas varían por su ubicación relativa, por su origen, por su concentración y porsu continuidad.Por su ubicación relativa a la primera aplicación se pueden clasificar en vivas omuertas. El termino ubicación relativa se refiere a la ubicación que ocupan en relacióna la ubicación en la que fueron aplicadas en un principio. Las cargas vivas son las quevarían tanto en ubicación como en fuerza. Pueden ser provocadas por mobiliario,personas y en general cualquier clase de objeto o fuerza que se coloca sobre unaestructura de manera efímera. Las cargas mínimas pueden considerarse a partir de suefecto en la estructura. La importancia de estas cargas recae en que se debe tener encuenta que un exceso en estas cargas puede conllevar una deformación permanente yexcesiva o repentina, lo que podría tener consecuencias terribles, especialmente enestructuras altas que están sometidas a un sistema complejo de fuerzas.Se les llama cargas muertas a los pesos de elementos estructurales y elementos queestán adosados de manera permanente a la estructura. Elementos estructurales dediseño como trabes, vigas, muros, etc. se consideran como cargas muertas sobre laestructura misma. Es por esto que es importante que al diseñar la estructura y lascargas a las que serán sometidas se calcule una carga que incluya el peso propio delos componentes diseñados. Estos pesos dependen de los materiales con los que seconstruya la misma estructura, por ejemplo, el concreto con sus diferentes niveles decapacidad de carga y peso, conforman parte importante del diseño estructural, por loque el cálculo de sus pesos muertos está ya bastante estudiado. También se consideran 2 ELÍAS BALCÁZAR
  3. 3. [ELÍAS BALCÁZAR] 3como carga muerta los pesos de las partes de una estructura que conforman lasinstalaciones eléctricas, hidráulicas, etc.Con respecto a su origen, las cargas se pueden diferenciar como naturales o humanas.Es decir, las cargas pueden considerarse como de causas de la naturaleza, oaccidentales, y como cargas inferidas por el uso mismo de la actividad. Las cargascausadas por el uso de la estructura pueden a su vez clasificarse en puntuales ouniformes. Las cargas puntuales, aunque teóricas, se definen como las cargas que seaplican en un punto o locación especifica dentro de la estructura y que se diferenciaen consideración a los demás puntos en la estructura, mientras que las uniformes sedistribuyen en un área mayor, lo que proporciona un decremento la presión sobre loselementos estructurales. Un ejemplo de una carga puntual son las cargas de impacto,como las de aparatos de ejercicio en un gimnasio, que al terminar de ser usados sedejan caer sobre el sistema de entrepiso de la estructura.Dentro de las cargas producto de la naturaleza se encuentran las cargas por acción delviento, por acción de sismos, por nieve, etc. En una estructura que no tiene un sistemade losa con un desagüe apropiado, se puede presentar inclusive cargas por lluvia. Lascargas del viento producen una fuerza horizontal en dirección del viento que someteal edificio a cargas para las que muchas veces no está diseñado. Asi mismo, las cargaspor sismo se tratan de fuerzas de desplazamiento horizontal que son forzadas por elmovimiento de los sistemas de apoyo estructurales.Elementos GeométricosLos elementos geométricos son importantes para poder conocer a que clase decargas se pueden someter las diferentes secciones de las estructuras.Dependiendo de las componentes geométricas se puede determinar la función delas diferentes partes de las estructuras.Las armaduras son elementos que permiten un amplio claro, cuyo peralte yprofundidad no afecten en la funcionalidad final. Se dividen en dos, las planasque sirven para elementos de construcción como naves industriales, graneros,puentes, etc. y son generalmente triangulares; y las espaciales, que sonelementos tridimensionales que son de amplio uso en grúas, torres, postes, etc.Su disposición geométrica les permite diseñarse con elementos largos y delgadosque pueden ser acomodados con gran diversidad de combinaciones,distribuyendo sus cargas en tensión y compresión.Las vigas son elementos rectos horizontales que se usan para soportar cargasverticales, se pueden colocar en voladizo, fijos, empotrados o con apoyocontinuo. Las vigas pueden diseñarse con gran variedad de seccionestransversales y de materiales de construcción. Son elementos que trabajan muybien a compresión y por lo regular se les agregan ciertos soportes para cortantey momentos, así como de tensión. Cuando a una viga se le agregan columnas, segenera un marco que pueden estar conectados de manera rígida o flexible, queson analizados desde el punto de vista de sus interacciones entre los elementos.
  4. 4. 4 [ELÍAS BALCÁZAR]Los cables presentan una ventaja sobre los elementos rígidos de soporte ya quepor su estado constante de tensión, es improbable que se presente un colapso oinestabilidad. Sobre los marcos presenta la ventaja de que es ampliamente mássencilla su colocación, ya que no depende de un peralte o profundidad para laamplitud de su claro, mientras que solo dependen de su peso, colgamiento yanclaje. Así mismo, los arcos se someten en compresión con una curvaturainversa a la del cable, pero a diferencia del cable, los arcos son rígidos paramantener su forma, lo que les da una cortante y un momento que es consideradoen su diseño.Las estructuras superficiales son materiales en las que sus dimensionespresentan una diferencia remarcada en comparación con su espesor. Cuando setrata de una membrana flexible que puede adoptar diferentes formas mientrasaguanta cargas por tensión, se le da el nombre de tenso estructura. Si presentarigidez, estas estructuras pueden recibir el nombre de cascarones o placas. Sonestructuras sumamente complejas, ya que actúan con una distribución de cargamuy delicada, funcionando cada una de las capas como un conjunto.ApoyosLos apoyos como elemento de un sistema estructural consisten en losmecanismos que sirven para la transmisión de cargas hacia la tierra. Estosapoyos pueden ser rígidos o flexibles, aunque por lo general siempre existecierto grado de libertad.Las juntas de apoyo simple se basan en el peso propio y el coeficiente de fricciónentre los dos materiales en el sistema. Este tipo de conexión tiene la deficienciade tener una vulnerabilidad incrementada hacia cargas o desplazamientos porsismos, o inclusive por desplazamientos debido a excavaciones o cargas de sueloen edificios aledaños.El apoyo de rodillo permite desplazamientos en una dirección, generalmentehorizontal, mientras que el peso restringe los movimientos en direccióncontraria a ese dirección de libertad. Estos apoyos son especialmente útiles entramos de puentes o carreteras, que permiten su dilatación térmica e inclusiveun desplazamiento excesivo debido a carga excedente.Las conexiones rígidas o articuladas difieren en la cantidad de elementos desujeción que emplean para apoyarse. Siendo que las rígidas tienen mayornúmero de elementos de puntos de sujeción, también cuenta con refuerzosinternos que le permiten restringir aún más el movimiento. Cabe destacar que enalgunos tipos de estructuras, el mismo material no permite que se diseñenconexiones rígidas, como es el caso de la madera. 4 ELÍAS BALCÁZAR
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