5.2.1 NOCION DE POSICION
Hoy día podemos decir que la posición de un objeto es aquella información que
permite localizarlo en el espacio en un instante de tiempo determinado.
En física, la posición
de una partícula indica su localización en el espacio o en el espacio-tiempo.
Se representa mediante sistemas de coordenadas.
Representación de un sistema 3D.
APLICACIÓN: Respecto de la noción de posición de una
estructura metálica es muy importante tener en cuenta la posición geográfica
donde esta va a estar localizada ya que de esta dependen las fuerzas sísmicas y
de viento que en un momento determinado pueden actuar sobre la estructura instalar.
En el caso de estructuras metálicas móviles como es el caso de un barco
o un avión se deben tener en cuenta para su diseño las condiciones mas criticas
que pueden actuar sobre el sistema para asegurar un correcto diseño.
5.2.2 LA NOCION DE EQUILIBRIO
Equilibrio, estado de un sistema cuya configuración o
propiedades macroscópicas no cambian a lo largo del tiempo. En mecánica, un
sistema está en equilibrio cuando la fuerza total o resultante que actúa sobre
un cuerpo y el momento resultante son nulos.
El equilibrio mecánico puede ser de tres clases: Estable:
Si las fuerzas son tales que un cuerpo vuelve a su posición original al ser
desplazado (en un sismo un edificio se mueve pero vuelve a su posición
original),
Indiferente: Si
las fuerzas que actúan sobre el cuerpo hacen que éste permanezca en su nueva
posición al ser desplazado, como en una esfera situada sobre una superficie
plana, el cuerpo se encuentra en equilibrio indiferente.
Inestable: Si las fuerzas hacen que el cuerpo continúe
moviéndose hasta una posición distinta cuando se desplaza, como ocurre con una
varita en equilibrio sobre su extremo, el cuerpo está en equilibrio inestable.
APLICACIÓN: En términos generales la
noción de equilibrio en el caso de las estructuras metálicas lo estudia la
estática, cuyo fundamento principal dice que la sumatoria de fuerzas en le
plano Y debe ser igual a cero y la sumatoria de fuerzas en X debe ser igual
cero, al cumplir esta condición garantizamos que la estructura será estable,
estará en equilibrio y u riesgo de colapsar o caer es casi nulo a manos que
factores externos lo ocasionen, (una explosión, un accidente, un sismo de
magnitudes extremas, etc). Se debe garantizar que una estructura esta en
equilibrio es totalmente estable l momento de entrar a funcionar y debe
permanecer así en el tiempo.
5.2.3 NOCION DE MOVIMIENTO
El concepto de movimiento esta ligado al desplazamiento
de los cuerpos esta esta ciencia corresponde a la mecánica, la cual se divide en tres áreas:
Dinámica: Estudia el movimiento de los cuerpos y las
causas que lo ocasionan.
Cinemateca: Estudia el movimiento de los cuerpos mas no
la causa.
Estática: Que estudia los cuerpos en equilibrio o
quietos.
APLICACIÓN: En el campo de las estructuras metálicas esta
ciencia se tiene en cuenta al momento de diseñar estructuras sometidas a
vibraciones (puentes de vías, puente grúas, estructuras de remolques; etc) en
este caso los factores de seguridad y las formas de calculo varían, en el caso
de estructuras rígidas como cubiertas o techos, edificios, etc., se debe
garantizar prácticamente que estas están en equilibrio y libres desplazamientos
exceptuando variaciones muy pequeñas por los cambios de temperatura y en le
caso del movimiento transmitido por un sismo deben quedar diseñadas para
absorberlos o soportarlos sin deformaciones o roturas, es decir la estructura debe
quedar totalmente en equilibrio.
5.3.4 NOCION DE ESFUERZO Y DEFORMACION
Esfuerzo normal (normal o
perpendicular al plano considerado), es el que viene dado por la resultante de tensiones normales σ, es decir,
perpendiculares, al área para la cual pretendemos determinar el esfuerzo
normal.
Esfuerzo cortante (tangencial
al plano considerado), es el que viene dado por la resultante de tensiones
cortantes τ, es decir, tangenciales, al área para la cual pretendemos
determinar el esfuerzo cortante.
En otras palabras el esfuerzo es la capacidad que nos ofrece un material
determinado para absolver las fuerzas o fuerza aplicada esta dado por la
formula:
σ = P/A donde P es igual a la fuerza actuante y A es igual al área de la
sección del material a utilizar en este caso podría ser un perfil metálico
cualquiera (angulo, viga, etc.)
APLICACIÓN: Este concepto es muy importante en el diseño de estructura
metálicas porque mediante el, una vez halladas las fuerzas sobre los elementos
se seleccionan los materiales con los cuales se construirá la estructura.
DEFORMACION: La deformación es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido
a esfuerzos internos producidos por una o
más fuerzas aplicadas sobre
el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica, la deformación puede ser de dos características:
Deformación plástica o irreversible. Modo de
deformación en que el material no regresa a su forma original después de
retirar la carga aplicada.
La magnitud más simple para medir la deformación es lo que en ingeniería
se llama deformación axial o deformación unitaria se define como el
cambio de longitud por unidad
de longitud:
de la misma magnitud
Donde es la longitud inicial de la zona en
estudio y la longitud final
o deformada. Es útil para expresar los cambios de longitud de un cable o un prisma mecánico. En la Mecánica de sólidos
deformables la deformación puede tener lugar
según diversos modos y en diversas direcciones, y puede además provocar
distorsiones en la forma del cuerpo.
APLICACIÓN: Cuando se habla de este concepto en
estructuras metálicas estamos mostrando que tanto una estructura bajo las
cargas sometidas se deforma o deflacta en este caso se debe regir el ingeniero
calculista por ciertos parámetros establecidos para no excederlos ya que un
error en esta parte puede llevar la estructura a deformarse en forma constante
y a aparecer con deflexiones o curvas prolongadas o en el peor de los casos a
colapsar o caerse por causa de un deformación exagerada.
5.2.5 NOCION DE TRABAJO
Matemáticamente se expresa como:
Cuando el vector fuerza es perpendicular al vector
desplazamiento del cuerpo sobre el que se aplica, dicha fuerza no realiza
trabajo alguno. Asimismo, si no hay desplazamiento, el trabajo también será
nulo.
Trabajo (W)
|
Trabajo realizado por una fuerza constante.
|
|
Trabajo (W)
|
Definición
|
Producto de la fuerza ejercida sobre un cuerpo por su desplazamiento
|
Tipo
|
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|
Otras unidades
|
|
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|
APLICACIÓN: Con base en lo anterior trabajo es la capacidad de desplazar
un cuerpo, si este concepto se mira desde este punto de vista diríamos que las
estructuras metálicas no harían trabajo ya que son cuerpos estáticos (no se
desplazan), pero desde el punto de vista operativo cumplen una función que es
soportar cargas permanentemente y con el desarrollo de las ciencias hoy por hoy
se desarrollan estructuras con péndulos o contrapesos los cuales de acuerdo a
vibraciones, deformaciones o movimiento se mueven o desplazan para
contrarrestar estas variables y mantienen la estructura en equilibrio, en estos
casos se puede hablar de estructuras que ejecutan trabajo según la física.
5.2.4 POTENCIA
En física, potencia (símbolo P)[]
es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.
Si ΔW es la cantidad de trabajo realizado durante un intervalo de tiempo de
duración Δt, la potencia media
durante ese intervalo está dada por la relación:
P= W/t Donde
·
La potencia
mecánica es la potencia transmitida mediante la acción de fuerzas
físicas de contacto o elementos mecánicos asociados, como palancas, engranajes, etc.
Unidades de potencia
APLICACIÓN: La noción de potencia literalmente en el
campo del diseño de estructuras metálicas se puede aplicar sobre aquellas
estructuras que por su diseño deben tener movimiento o estar sometidas a cargas
dinámicas, el caso de un puente grúa (equipo para levantar y desplazar pesos),
en este caso por ser una estructura que va
a estar en movimiento cargada o aun con su propio peso se debe diseñar
bajo parámetros especiales, teniendo en cuenta el trabajo para que soporte las
condiciones a ser sometida ya que tendrá
que mover pesos en tiempos determinados, lo cual es condición depotencia.
5.2.5 NOCION DE ENERGIA
Energía potencial: Es la energía que
se le puede asociar a un cuerpo o sistema conservativo en virtud de su
posición o de su configuración.
dondeh es
la altura del centro de
masas respecto al cero convencional de energía potencial.
Energiacinetica: La energía cinética es una magnitud escalar
asociada al movimiento de cada una de las partículas del sistema. Su expresión
varía ligeramente de una teoría física a otra.
En física la energía total Et=Ep+Ec.
Nombre
|
Abreviatura
|
|
|
cal
|
4,1855
|
|
fg
|
4185,5
|
|
th
|
4 185 500
|
|
kWh
|
3 600 000
|
|
Cal
|
4185,5
|
|
Tep
|
41 840 000 000
|
|
Tec
|
29 300 000 000
|
|
TR
|
|
|
eV
|
1,602176462 × 10-19
|
|
BTU
o BTu
|
1055,05585
|
|
CVh
|
3,777154675 × 10-7
|
|
erg
|
1 × 10-7
|
|
ft × lb
|
1,35581795
|
|
ft × pdl
|
4,214011001 × 10-11
|
Un ejemplo es el siguiente: A una altura h se sostiene un piedra con la
mano en ese instante la Ep es máxima y la Ec es igual a cero, en el preciso
instante que se larga la piedra la Ep es cero y la Ec es máxima, cuando la
piedra cae al piso vuelve a su estado inicial su Ep es máxima y la Ec es cero,
entonces se cumple el principio inicialmente descrito la energía no se destruye
se transforma.
APLICACIÓN: En le campo de las estructuras metílicas
algunos autores utilizan la sumatorias de anergias acumuladas por estas para
desarrollar cálculos de diseño, resultando bastante dispendiosos porque exigen
conocimientos muy amplios sobre física y matemáticas