1.- LAS CARGAS ESTRUCTURALES

La actividad del diseño estructural que realiza el ingeniero civil, requiere un gran conocimiento de las cargas, los materiales y las formas estructurales y no solo de los modelos matemáticos usados para obtener las fuerzas internas: momento flector (M), cortante (V), fuerza axial (N), y momento torsor (T). Los estudiantes ya están acostumbrados a esos procedimientos matemáticos y es necesario que entiendan que una viga es un cuerpo real y no una ecuación diferencial o una matriz. Por tal razón se presenta aquí un resumen o referencia, para ir introduciendo al estudiante de ingeniería civil y arquitectura en ellos. En el proceso de diseño se deben evaluar las cargas o solicitaciones a las que estará sometida la estructura durante su vida útil. Además, de debe hacer un esfuerzo por tenerlas todas en cuenta sin olvidar aquellas que aunque pequeñas puedan poner en peligro la resistencia o estabilidad de la estructura, el efecto de succión producido por un viento fuerte en una bodega o hangar, que puede levantarlo y separarlo de los apoyos, o los cambios fuertes de temperatura que puedan inducir efectos de acortamiento o alargamiento para los cuales no esté adecuadamente provista la estructura. Se deberán tener en cuenta no solo las que constituyan empujes, fuerzas exteriores o pesos permanentes, sino aquellos estados temporales durante la construcción y los mencionados antes, como los efectos térmicos y de retracción, para evitar accidentes y efectos imprevistos.

Un comportamiento elástico hasta un esfuerzo alto. Se aplican las relaciones lineales entre el esfuerzo y la deformación, definidas por la Teoría de la Elasticidad. Los parámetros básicos son el Esfuerzo de Fluencia (fy) y la deformación unitaria de fluencia (Ey).

Una zona de comportamiento plástico, en la cual el esfuerzo permanece prácticamente constante, pero aumenta continuamente la deformación unitaria.

Un punto de falla o de ruptura. La deformación unitaria en la falla es de 0,20 para el acero estructural usado corrientemente en la construcción de estructuras. Los aceros de "alta resistencia" como los usados para los cables de pre-esforzado y aceros especiales, no presentan la fluencia definida que se muestra en la figura para los aceros tipo A-36), ni tienen el grado de ductilidad del acero estructural. En ellos, el esfuerzo de fluencia no se presenta tan claro como en los tipos A-36 y debe definirse. El acero para pre-esforzado tiene la resistencia más alta de las mostradas: fpu = 240 ksi (240.000 psi = 17.500 kgf/cm2).

La deformación del acero a partir de la fluencia es denominada ductilidad. Esta es una cualidad muy importante en el acero como material estructural y es la base de los métodos de diseño plástico. Permite, que la estructura absorba grandes cantidades de energía por deformación, circunstancia muy importante en zonas sísmicas, en las cuales es necesario que la estructura libere la energía introducida en su base por los terremotos.

El Módulo de Elasticidad es prácticamente independiente del tipo de acero está alrededor de 2000000 kgf/cm2

.

ENERGÍA DE DEFORMACIÓN

DENSIDAD DE ENERGÍA DE DEFORMACIÓN

Se define la densidad de energía de deformación, o energía de deformación unitaria, como la integral:

Con la condición de que sea sólo función del estado final de deformación unitaria, es decir que la integral sea independiente del camino.

La función U0 existe si el proceso de carga y descarga es reversible. Esta condición se cumple siempre si el material tiene un comportamiento elástico, lineal o no.

La densidad de energía U0 representa el trabajo efectuado en una unidad de volumen por las tensiones, al producirse la deformación elástica del sólido. También se le suele denominar trabajo interno unitario.

La densidad de energía U0 es la energía elástica acumulada en el sólido por unidad de volumen.

ENERGÍA DE DEFORMACIÓN COMPLEMENTARIA

DENSIDAD DE ENERGÍA DE DEFORMACIÓN COMPLEMENTARIA

Se define la densidad de energía de deformación complementaria como la integral:

con la condición de que sea sólo función del estado final de tensión, es decir que la integral sea independiente del camino. La densidad de energía complementaria existe si el material tiene un comportamiento elástico.

Los esfuerzos normales axiales por lo general ocurren en elementos como cables, barras o columnas sometidos a fuerzas axiales (que actúan a lo largo de su propio eje), las cuales pueden ser de tensión o de compresión. Además de tener resistencia, los materiales deben tener rigidez, es decir tener capacidad de oponerse a las deformaciones (d) puesto que una estructura demasiado deformable puede llegar a ver comprometida su funciona1idad y obviamente su estética. En el caso de fuerzas axia1es (de tensión o compresión), se producirán en el elemento alargamientos o acortamientos, respectivamente, como se muestra en la figura 10 (SALAZAR, 2001).

2.-

3.1- La barra ABC mostrada en la figura está fabricada de acero, su resistencia a la cedencia σ = 200 MPa y el módulo de elasticidad es de 200 Gpa. Determine la máxima energía de deformación que se presenta en la barra.

Ф1 Ф2

A B C

P

...