Introduccion Al Analisis Estructural

INTRODUCCIÓN – Análisis estructural

El Análisis Estructural es la parte de la Mecánica que estudia las ESTRUCTURAS, consistiendo este estudio en la determinación de los esfuerzos y deformaciones a que quedan sometidas, por la acción de agentes externos (cargas gravitatorias, fuerzas sísmicas, de vientos, variaciones térmicas, etc.) Las estructuras se componen de una o más piezas ligadas entresí y al medio exterior, de modo de formar un conjunto estable. Esto es, un conjunto capaz de recibir cargas externas, resistirlas internamente y transmitirlas a sus apoyos, donde esas fuerzas externas encontrarán su sistema estático equilibrante. Las piezas que componen una estructura poseen evidentemente tres dimensiones. En general pueden ocurrir dos casos: Dos dimensiones son pequeñas conrelación a la tercera: le llamaremos barra y estará representada por su eje (lugar geométrico del centro de gravedad de su sección transversal), por ejemplo: vigas, columnas (figura MI-1a).

Una dimensión es pequeña con relación a las otras dos. Es el caso de las losas o placas, cuyo espesor es pequeño respecto a su superficie (figura MI-1b). En nuestro curso, en su primera parte, realizaremos elestudio de estructuras diseñadas con material homogéneo (madera, hierro) y en la segunda parte, estructuras en hormigón armado como material heterogéneo.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES – Fuerza
El concepto de fuerza es un concepto primario, su definición no es sencilla. La noción de fuerza es fundamentalmente intuitiva: podemos ejercer una fuerza sobre un cuerpo por medio de un esfuerzo muscular;una locomotora ejerce fuerza sobre los vagones que arrastra; un resorte estirado ejerce fuerza sobre las piezas que fijan sus extremos etc. En todos los casos son fuerzas por contacto. Hay también fuerzas de acción a distancia, es decir, sin contacto, debidas a la existencia de campos gravitatorios, eléctricos, magnéticos, etc. De todas maneras la noción intuitiva sugiere que la fuerza es unacantidad VECTORIAL, es decir, con dirección, magnitud o intensidad y sentido (figura MI-2).

Momento de una fuerza
En general, una fuerza aplicada sobre un cuerpo produce una traslación, si está en reposo y no impedido su movimiento. En el caso de la figura MI-3, hay un punto O impedido de trasladarse, entonces el cuerpo girará alrededor del punto O por acción de la fuerza P. La rotación se midepor el MOMENTO que es el producto de la intensidad de la fuerza P por la mínima distancia que va desde el punto O hasta la línea de acción de la fuerza: M = P x d (la mínima distancia desde un punto hasta una recta se mide sobre la perpendicular a dicha recta)

Fuerzas concurrentes coplanares: Resultante
Supongamos un muro de mampostería el cual está solicitado por las fuerzas P1, P2, P3, yP4, las que están contenidas en su plano (figura MI4).

Sea S el punto de concurrencia de sus rectas de acción. El efecto de estas fuerzas es equivalente al de una fuerza resultante única R, cuya recta de acción debe pasar, naturalmente, por S. Para encontrar la magnitud, dirección y sentido de la resultante se procede de la siguiente manera: Partir de un polo M (figura 5), se lleva a escala defuerzas, una a continuación de la otra, las fuerzas P1, P2, P3, P4. La recta que une el origen de la primera con el extremo de la última define la resultante del sistema (suma de vectores gráficamente). Se comprende que el muro, con las fuerzas actuantes, no está en equilibrio, sino que tiende a desplazarse en la dirección de la resultante, y podemos establecer que: “Para que un sistema de fuerzasconcurrentes esté en equilibrio, es decir, para que su resultante sea nula, es necesario que el polígono de fuerzas construido a partir de un origen M cualquiera, sea cerrado.”

En el ejemplo planteado, para lograr el equilibrio, el terreno deberá reaccionar con una fuerza igual y de sentido contrario a R, y aplicada en su misma recta de acción.

Equilibrio de fuerzas: solución gráfica...