7. FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE LAS ESTRUCTURAS EN EDIFICACIONES

Construcción Edificaciones Estructuras
Curso incendios estructurales. Edificación e instalaciones. Lesiones en los edificios. Patologías y lesiones de la edificación. Lesiones constructivas. Conceptos de fuerza aplicados a la edificación. Edificación: Conocimientos básicos sobre estructuras portantes de los edificios. Principios de construcción y estabilización de estructuras. Estabilidad y forma de las estructuras sustentadoras. Estática de los elementos estructurales.

FUERZAS SOBRE ESTRUCTURAS

TEMARIO BOMBEROS CURSO EDIFICACIONES Y CONSTRUCCIÓN



1. CONCEPTOS BÁSICOS EN ESTRUCTURAS


Arquitectura: el arte y técnica de proyectar y diseñar edificios, estructuras y espacios.

Construcción: conjunto de procedimientos técnicos llevados a cabo para levantar diversos tipos de elementos constructivos que definen una edificación.

Edificación: construcción fija, hecha con materiales resistentes, para habitación humana o para otros usos”.


2. FUERZA APLICADA A LA EDIFICACIÓN


Fuerza: la acción que un cuerpo puede sufrir o ejercer sobre otro cuerpo.

Segunda ley del movimiento de Newton: fuerza igual a masa por aceleración.

F = m · a


Atributos y punto de aplicación: los elementos que caracterizan las fuerzas en edificación, serán sus atributos (módulo o magnitud, dirección, sentido) y punto de aplicación.

Unidades: sistema internacional (SI) en Newtons (N), equivalentes a (Kg m/s2 ).

Las 3 leyes de Newton:

1ª Ley: “Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo, a menos que una fuerza externa actúe sobre él”. También se denomina “principio de inercia”.

2ª Ley: “La suma de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, es igual al producto de la masa del cuerpo por la aceleración producida por la fuerza, con desplazamiento en la dirección de la resultante de las fuerzas”.

3ª Ley: “Dos cuerpos que actúan el uno sobre el otro desarrollan, siempre, dos fuerzas que actúan en una misma dirección, son de igual intensidad y tienen sentidos opuestos. Es el “principio de acción y reacción”. Por ello, de acuerdo al citado principio, toda fuerza aplicada en un punto (acción) debe ser contrarrestada con otra igual y de sentido contrario (reacción) para que se mantenga el equilibrio.


Composición de fuerzas: como toda magnitud vectorial, las fuerzas se pueden componer (sumar, restar, multiplicar, etc.), dando lugar a nuevas fuerzas.

Momentos: el resultado o reacción de una fuerza, dependerá en gran medida de su punto de aplicación, de acuerdo al cual se generará en su caso los conocidos como momentos.

Par de fuerzas: sistema formado por dos fuerzas paralelas entre sí, de la misma intensidad (o módulo), pero de sentidos contrarios.

Momento de un par de fuerzas: Un par de fuerzas queda caracterizado por su momento, el cual es una magnitud vectorial, que tiene por valor el producto de cualquiera de las fuerzas (su módulo), por la distancia d perpendicular entre ellas (brazo del par).

M＝F₁d＝F₂d


Unidades: en Newtons por metro (N·m), equivalentes a (Kg m²/s2 ).

Momentos positivos y negativos: si una fuerza está produciendo un momento respecto un punto, en función del sentido de giro de las fuerzas respecto dicho punto, diremos que los momentos son positivos (giro en sentido horario) o negativos (giro en sentido antihorario).

Punto de aplicación: un misma fuerza o un mismo par de fuerzas, genera distintos momentos en función de dónde son aplicadas, dado que a mayor brazo del par (distancia perpendicular entre las fuerzas), mayor momento; O lo que es lo mismo, a mayor brazo, mayor esfuerzo para equilibrarla.

Equilibrio del par: todo par de fuerzas que no tenga una reacción que lo contrarreste, tenderá a equilibrarse reduciendo su brazo de palanca. Este fenómeno se produce cuando tras girar libremente, ambas fuerzas se alinean, logrando que el brazo de palanca y por tanto su momento resulten nulos. Todo giro libre presenta, por tanto, momento nulo.

Principio de funcionamiento de una palanca: barra rígida que puede girar alrededor de un punto fijo o eje (punto de apoyo o fulcro) cuando se le aplica una fuerza (potencia (P) para vencer una resistencia R.

Las dos fuerzas diferenciadas (potencia P y resistencia R), están en equilibrio, cuando generan idéntico momento pero de sentido contrario:

Potencia P · Brazo de potencia dp = Resistencia R · Brazo de resistencia dr.

Para mover una resistencia R, sin incrementar el valor de P, bastará con incrementar el brazo de palanca o reducir el de resistencia:

P · dp＝R · dr



3. LAS FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE LAS ESTRUCTURAS

Las estructuras deben soportar diferentes tipos de fuerzas que actúan sobre los elementos que la componen.

Estas fuerzas tienen distintos orígenes:

Fuerzas debidas a su propio peso: toda estructura debe soportarse a sí misma.

Fuerzas debidas al peso, movimiento o vibraciones de los elementos que componen el conjunto del sistema técnico.

Fuerzas debidas a agentes externos al propio sistema técnico. Por ejemplo, un puente no debe caerse por el efecto del viento, etc.

Rigidez en estructuras: Cuando las estructuras resisten a la deformación se dice que tienen rigidez.

Cargas: Las fuerzas que actúan sobre los diferentes elementos de las mismas se denominan cargas.

Esfuerzo: La fuerza que hace un elemento de la estructura para no ser deformado por las cargas se denomina esfuerzo.

Tipos de esfuerzos:

Tracción: Es cuando las cargas que actúan sobre la pieza tienden a estirarla, tal y como sucede, por ejemplo, con los cables de un puente colgante. Los elementos estructurales que soportan fuerzas de tracción se llaman tensores o tirantes.

Compresión: cuando las cargas que soporta la pieza tienden a aplastarla, como es el caso, por ejemplo, de las columnas. Los elementos estructurales que soportan esta fuerza se llaman soportes.

Flexión: cuando las cargas que actúan sobre la pieza tienden a doblarla, como sucede con las vigas.

Torsión: cuando las cargas que soporta la pieza tienden a retorcerla. Este es el caso de los ejes, cigüeñales y manivelas.

Cortante o cizalladura: cuando las cargas que soporta la pieza tienden a cortarla. Éste es el tipo de esfuerzo que provoca que dos o mas partes del material se deslicen en sentido opuesto.


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