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ESTADOS TENSIONALES
 DE LAS ESTRUCTURAS

      Clase No. 6
ESTADOS TENSIONALES

Las CARGAS a las cuales se someten las estructuras provocan
determinados estados tensionales en sus miembros o elementos
componentes. Estos estados pueden ser variados y se presentan
con efecto aislado o conjunto según sean los orígenes de las cargas
y la suposición de su acción en la estructura.

Para poder determinar los diferentes estados tensionales debemos
conocer primero las condiciones de apoyo o sujeción de los
miembros de una estructura determinada.

Cada uno de los extremos de una pieza prismática o uno solo de
ellos se une al terreno o a otros elementos estructurales por medio
de sustentaciones que limitan los grados de libertad al movimiento
que tiene dicha pieza. Los grados de libertad son 3:
desplazamiento vertical, horizontal y rotación.
•   SIMPLE APOYO:
    Es la sustentación que menos grados de libertad elimina. Puede ser fijo o
    con desplazamiento en su plano. Elimina solo 1 grado de libertad.

•   ARTICULACION:
    Es la sustentación que elimina dos grados de libertad, en los
    desplazamientos verticales y horizontales, pero permite la rotación.

•   EMPOTRAMIENTO:
    Es la sustentación que impide cualquier movimiento.

    Cada una de estas sustentaciones tiene una manera grafica de ser
    representada para permitir su análisis de los estados tensionales. Ante la
    acción de las CARGAS estas sustentaciones o apoyos producen unas
    reacciones en la dirección del grado de libertad que elimina.

    Así, el simple apoyo reacciona con una fuerza componente, la
    articulación con dos fuerzas componentes y el empotramiento con
    dos fuerzas componentes y un momento.
Hay una diferencia entre el concepto de CARGAS y el de
SOLICITACIONES. Estas ultimas ocurren a nivel de una sección de
SOLICITACIONES
la pieza y dependen del sistema de cargas que actúa sobre la
estructura y de la distancia desde el extremo hasta la sección en
análisis, siempre al centro de ella.

Las SOLICITACIONES son esfuerzos básicos que pueden resistir
los materiales estructurales, según su forma, posición, vínculos y
tipos de carga.

Los estados tensionales pueden clasificarse en:
TRACCION SIMPLE                     PANDEO
COMPRESION SIMPLE                   TORSION
FLEXION SIMPLE
CORTANTE SIMPLE
TRACCION SIMPLE

Es el estado de tensión en el cual las
partículas del material tienden a
separarse. Su causa se puede explicar
como dos fuerzas de igual magnitud
pero de sentido contrario actuando
sobre la misma recta de acción.

Ejemplo: el cable de una grúa que
levanta una carga se deforma con
tendencia a estirarse. Esta trabajando a
TRACCION.
TRACCION
TRACCION SIMPLE




El alargamiento o estiramiento no es la única DEFORMACION que acompaña a
la tracción, pues si medimos su diámetro después de haber sido aplicada la
carga vemos que ha disminuido.
TRACCION SIMPLE

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

O sea que estas estructuras no resisten otro tipo de solicitación mas
que el de tracción, no son sometidas ni a la compresión, flexión,
cortante o torsión. La deformación característica es el alargamiento
en la dirección de la carga y acortamiento en la otras dos
dimensiones.

Los materiales aptos para materializar una estructura de tracción se
caracterizan por su GRAN FLEXIBILIDAD, o sea pequeño
momento de inercia transversal, muy ELEVADA RESISTENCIA A
LA TRACCION y POCO EXTENSIBLES, o sea elevado modulo de
elasticidad.

Los   materiales   mas    utilizados   son:   Acero    y   Aluminio
TRACCION SIMPLE




Los cables de los puentes colgantes son elementos estructurales trabajando a tracción
COMPRESION SIMPLE
Es el estado de tensión en el cual las partículas
del material se aprietan entre si. Una columna
sobre la cual se apoya un peso se encuentra
sometida a COMPRESIÓN: su altura disminuye
            COMPRESIÓN
por efecto de la carga. 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.
COMPRESION SIMPLE




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.
COMPRESION SIMPLE




Los elementos estructurales sometidos a compresión simple son muy
comunes, pues en ultima instancia, todas las cargas deben ser trasmitidas al
terreno.
FLEXION SIMPLE
Se denomina FLEXION 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 mas
general, en dirección perpendicular a las cargas.

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

En vista de la resistencia a la compresión de la mayoría de los materiales
usados en elementos estructurales, es relativamente fácil canalizar las
cargas en sentido vertical hacia el terreno. El problema fundamental
consiste en cambio, en transferir cargas verticales de manera horizontal,
con el fin de salvar la distancia entre apoyos verticales.

La flexión es entonces factor de importancia primordial como
mecanismo estructural.
FLEXION SIMPLE




Deformación ocurrida en los elementos estructurales sometidos a flexión
FLEXION SIMPLE




Esquema de comportamiento de una viga bajo la flexión simple, las fibras
superiores, bajo el efecto de la carga P se comprimen y las inferiores, por debajo de
la línea neutra “n” se tracciona o “alargan”
FLEXION SIMPLE




Las cargas de cada viga de la figura MV-11b son iguales. Pero las deformaciones no son
iguales, sino que dependen de la disposición del material de cada una. De ahí surge una
conclusión importante: la rigidez de una pieza que trabaja a flexión no depende de la cantidad
de material que tiene su sección transversal, sino de la manera en cómo el material está
dispuesto a lo ancho y a lo alto de dicha sección. Conviene, desde luego, que el material esté
lo más alejado posible del plano neutro, ya que la capacidad de una viga a flexión,
independientemente del material de que está hecha, crece mucho más si se aumenta la altura
que si se aumenta el ancho. Convienen, pues, vigas de poco ancho y bastante altura,
siempre, por supuesto, que factores funcionales o arquitectónicos no se opongan a ello
FLEXION SIMPLE




Esquema de transmisión de las cargas de elementos a flexión hacia los cimientos
FLEXION SIMPLE




Comportamiento de elementos en voladizo sometidos a flexión
CORTANTE SIMPLE


Cuando dos planos próximos de una sección transversal de un
elemento estructural se deslizan con movimiento relativo entre uno
y otro, se dice que este elemento esta sometido a esfuerzos de
CORTANTE.
CORTANTE

Para que haya equilibrio, deben actuar sobre los lados horizontales
del rectángulo dos fuerzas de igual magnitud y de sentido contrario.

El cortante puede también entenderse como una combinación de
tracción y compresión.
CORTANTE SIMPLE




El cortante introduce DEFORMACIONES capaces de cambiar la forma de un
elemento rectangular, convirtiéndolo en un paralelogramo inclinado.
CORTANTE SIMPLE




Fallo de un elemento estructural por cortante simple
PANDEO
Cuando en una barra esbelta actúa
una fuerza axial de compresión y
esta aumenta lentamente, llega a
un valor en el cual el elemento
esbelto, en lugar de limitarse a
acortar su longitud, “pandea” y por
lo general se rompe.

Este valor peligroso se denomina
carga de pandeo y se convierte en
un factor básico de diseño cuando
la resistencia a la compresión de los
materiales utilizados es elevada
para permitir secciones pequeñas y
por      tanto,     de    elementos
estructurales delgados.
PANDEO




Deformaciones ocurridas en elementos sometidos a fuerzas axiales de compresión (pandeo)
PANDEO




Fallo ocurrido en una columna por fuerzas sísmicas actuantes
TORSION



Cada vez que las cargas aplicadas
a un elemento estructural tienden a
torcerlo estamos en presencia de
esfuerzos de TORSION.
             TORSION

La tendencia al deslizamiento
presentes en los esfuerzos de
cortante se encuentran también en
los elementos torsionados.
TORSION




Fallos de elementos estructurales sometidos a esfuerzos de torsión
TORSION




Efecto grafico de un edificio sometido a
torsión



                                           Efecto de la torsión en un edificio a
                                           través de las fuerzas sísmicas

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  • 1. ESTADOS TENSIONALES DE LAS ESTRUCTURAS Clase No. 6
  • 2. ESTADOS TENSIONALES Las CARGAS a las cuales se someten las estructuras provocan determinados estados tensionales en sus miembros o elementos componentes. Estos estados pueden ser variados y se presentan con efecto aislado o conjunto según sean los orígenes de las cargas y la suposición de su acción en la estructura. Para poder determinar los diferentes estados tensionales debemos conocer primero las condiciones de apoyo o sujeción de los miembros de una estructura determinada. Cada uno de los extremos de una pieza prismática o uno solo de ellos se une al terreno o a otros elementos estructurales por medio de sustentaciones que limitan los grados de libertad al movimiento que tiene dicha pieza. Los grados de libertad son 3: desplazamiento vertical, horizontal y rotación.
  • 3. SIMPLE APOYO: Es la sustentación que menos grados de libertad elimina. Puede ser fijo o con desplazamiento en su plano. Elimina solo 1 grado de libertad. • ARTICULACION: Es la sustentación que elimina dos grados de libertad, en los desplazamientos verticales y horizontales, pero permite la rotación. • EMPOTRAMIENTO: Es la sustentación que impide cualquier movimiento. Cada una de estas sustentaciones tiene una manera grafica de ser representada para permitir su análisis de los estados tensionales. Ante la acción de las CARGAS estas sustentaciones o apoyos producen unas reacciones en la dirección del grado de libertad que elimina. Así, el simple apoyo reacciona con una fuerza componente, la articulación con dos fuerzas componentes y el empotramiento con dos fuerzas componentes y un momento.
  • 4. Hay una diferencia entre el concepto de CARGAS y el de SOLICITACIONES. Estas ultimas ocurren a nivel de una sección de SOLICITACIONES la pieza y dependen del sistema de cargas que actúa sobre la estructura y de la distancia desde el extremo hasta la sección en análisis, siempre al centro de ella. Las SOLICITACIONES son esfuerzos básicos que pueden resistir los materiales estructurales, según su forma, posición, vínculos y tipos de carga. Los estados tensionales pueden clasificarse en: TRACCION SIMPLE PANDEO COMPRESION SIMPLE TORSION FLEXION SIMPLE CORTANTE SIMPLE
  • 5. TRACCION SIMPLE Es el estado de tensión en el cual las partículas del material tienden a separarse. Su causa se puede explicar como dos fuerzas de igual magnitud pero de sentido contrario actuando sobre la misma recta de acción. Ejemplo: el cable de una grúa que levanta una carga se deforma con tendencia a estirarse. Esta trabajando a TRACCION. TRACCION
  • 6. TRACCION SIMPLE El alargamiento o estiramiento no es la única DEFORMACION que acompaña a la tracción, pues si medimos su diámetro después de haber sido aplicada la carga vemos que ha disminuido.
  • 7. TRACCION SIMPLE Llamamos estructuras de tracción simple a todos a aquellos sistemas estructurales que actúan por su forma y están solicitados exclusivamente a solicitaciones internas de tracción. O sea que estas estructuras no resisten otro tipo de solicitación mas que el de tracción, no son sometidas ni a la compresión, flexión, cortante o torsión. La deformación característica es el alargamiento en la dirección de la carga y acortamiento en la otras dos dimensiones. Los materiales aptos para materializar una estructura de tracción se caracterizan por su GRAN FLEXIBILIDAD, o sea pequeño momento de inercia transversal, muy ELEVADA RESISTENCIA A LA TRACCION y POCO EXTENSIBLES, o sea elevado modulo de elasticidad. Los materiales mas utilizados son: Acero y Aluminio
  • 8. TRACCION SIMPLE Los cables de los puentes colgantes son elementos estructurales trabajando a tracción
  • 9. COMPRESION SIMPLE Es el estado de tensión en el cual las partículas del material se aprietan entre si. Una columna sobre la cual se apoya un peso se encuentra sometida a COMPRESIÓN: su altura disminuye COMPRESIÓN por efecto de la carga. 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.
  • 10. COMPRESION SIMPLE 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.
  • 11. COMPRESION SIMPLE Los elementos estructurales sometidos a compresión simple son muy comunes, pues en ultima instancia, todas las cargas deben ser trasmitidas al terreno.
  • 12. FLEXION SIMPLE Se denomina FLEXION 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 mas general, en dirección perpendicular a las cargas. En la sección del elemento estructural la solicitación tiene dos componentes: esfuerzo cortante y momento flector. En vista de la resistencia a la compresión de la mayoría de los materiales usados en elementos estructurales, es relativamente fácil canalizar las cargas en sentido vertical hacia el terreno. El problema fundamental consiste en cambio, en transferir cargas verticales de manera horizontal, con el fin de salvar la distancia entre apoyos verticales. La flexión es entonces factor de importancia primordial como mecanismo estructural.
  • 13. FLEXION SIMPLE Deformación ocurrida en los elementos estructurales sometidos a flexión
  • 14. FLEXION SIMPLE Esquema de comportamiento de una viga bajo la flexión simple, las fibras superiores, bajo el efecto de la carga P se comprimen y las inferiores, por debajo de la línea neutra “n” se tracciona o “alargan”
  • 15. FLEXION SIMPLE Las cargas de cada viga de la figura MV-11b son iguales. Pero las deformaciones no son iguales, sino que dependen de la disposición del material de cada una. De ahí surge una conclusión importante: la rigidez de una pieza que trabaja a flexión no depende de la cantidad de material que tiene su sección transversal, sino de la manera en cómo el material está dispuesto a lo ancho y a lo alto de dicha sección. Conviene, desde luego, que el material esté lo más alejado posible del plano neutro, ya que la capacidad de una viga a flexión, independientemente del material de que está hecha, crece mucho más si se aumenta la altura que si se aumenta el ancho. Convienen, pues, vigas de poco ancho y bastante altura, siempre, por supuesto, que factores funcionales o arquitectónicos no se opongan a ello
  • 16. FLEXION SIMPLE Esquema de transmisión de las cargas de elementos a flexión hacia los cimientos
  • 17. FLEXION SIMPLE Comportamiento de elementos en voladizo sometidos a flexión
  • 18. CORTANTE SIMPLE Cuando dos planos próximos de una sección transversal de un elemento estructural se deslizan con movimiento relativo entre uno y otro, se dice que este elemento esta sometido a esfuerzos de CORTANTE. CORTANTE Para que haya equilibrio, deben actuar sobre los lados horizontales del rectángulo dos fuerzas de igual magnitud y de sentido contrario. El cortante puede también entenderse como una combinación de tracción y compresión.
  • 19. CORTANTE SIMPLE El cortante introduce DEFORMACIONES capaces de cambiar la forma de un elemento rectangular, convirtiéndolo en un paralelogramo inclinado.
  • 20. CORTANTE SIMPLE Fallo de un elemento estructural por cortante simple
  • 21. PANDEO Cuando en una barra esbelta actúa una fuerza axial de compresión y esta aumenta lentamente, llega a un valor en el cual el elemento esbelto, en lugar de limitarse a acortar su longitud, “pandea” y por lo general se rompe. Este valor peligroso se denomina carga de pandeo y se convierte en un factor básico de diseño cuando la resistencia a la compresión de los materiales utilizados es elevada para permitir secciones pequeñas y por tanto, de elementos estructurales delgados.
  • 22. PANDEO Deformaciones ocurridas en elementos sometidos a fuerzas axiales de compresión (pandeo)
  • 23. PANDEO Fallo ocurrido en una columna por fuerzas sísmicas actuantes
  • 24. TORSION Cada vez que las cargas aplicadas a un elemento estructural tienden a torcerlo estamos en presencia de esfuerzos de TORSION. TORSION La tendencia al deslizamiento presentes en los esfuerzos de cortante se encuentran también en los elementos torsionados.
  • 25. TORSION Fallos de elementos estructurales sometidos a esfuerzos de torsión
  • 26. TORSION Efecto grafico de un edificio sometido a torsión Efecto de la torsión en un edificio a través de las fuerzas sísmicas