Cuáles son los Tipos de Esfuerzos en las Estructuras

Cuáles son los Tipos de Esfuerzos en las Estructuras: Como ingeniero civil especializado en tipos de esfuerzos en estructuras, puedo describir en detalle los principales esfuerzos que actúan sobre las construcciones.

Como ingeniero civil especialista, es crucial comprender los diversos tipos de esfuerzos que afectan las estructuras, ya que esto influye directamente en su rendimiento, resistencia y durabilidad. Los principales tipos de esfuerzos en estructuras incluyen la compresión, la tensión, el corte, la flexión y la torsión.

Cuáles son los Tipos de Esfuerzos en las Estructuras

Cargas muertas estructurales: son aquellas que permanecen constantes en magnitud y fijas en posición a lo largo de la vida de la estructura. En su mayoría, la carga muerta está representada por el peso propio de la estructura, y su estimación precisa se puede calcular teniendo en cuenta el diseño, las dimensiones y la densidad del material. En el caso de edificaciones, elementos como rellenos, acabados de entrepisos y cielos rasos se consideran comúnmente como cargas muertas, incluyendo una evaluación adicional para cargas suspendidas como conductos, aparatos y accesorios de iluminación.

Las cargas muertas abarcan los pesos de los diversos componentes estructurales, así como los pesos de cualquier objeto permanentemente unido a la estructura. Por lo tanto, en un edificio, las cargas muertas engloban los pesos de columnas, vigas, trabes, losas de piso, techos, muros, ventanas, fontanería, instalación eléctrica y otros dispositivos diversos.

Cargas estructurales vivas: Son fuerzas gravitacionales que actúan sobre una construcción y no poseen carácter permanente.

Estas fuerzas se componen principalmente de cargas de ocupación en edificios y cargas de tráfico en puentes. Pueden encontrarse totalmente o parcialmente en su lugar designado, o incluso no estar presentes, además de tener la capacidad de cambiar de ubicación. La magnitud y distribución de estas cargas son inciertas en un momento específico, y sus máximas intensidades a lo largo de la vida de la estructura no son conocidas con precisión. Por lo general, las cargas vivas mínimas para el diseño de entrepisos y cubiertas en un edificio se especifican en el código de construcción aplicable al lugar de construcción.

Tipos de esfuerzos en una estructura: Cuáles son los Tipos de Esfuerzos en las Estructuras

Esfuerzo de compresión

El esfuerzo de compresión se genera cuando una carga actúa para acortar o aplastar un elemento estructural. Algunos materiales como el concreto y el acero soportan bien las cargas de compresión.

En columnas, pilares y muros, el peso de la estructura genera esfuerzos de compresión verticales. Es importante que el material y dimensionamiento sean adecuados para resistirlos.

Lectura de Interés:  Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño

Esfuerzo de tracción

El esfuerzo de tracción ocurre cuando una carga trata de estirar o elongar un elemento. Cables, tirantes y refuerzos de acero son elementos diseñados para resistir tracción.

En estructuras como puentes colgantes, la tracción se genera en los cables que sostienen la calzada. El acero es idóneo para resistir estos esfuerzos gracias a su alta resistencia.

Esfuerzo cortante

El cortante se genera cuando dos partes de un elemento estructural tienden a deslizarse una sobre otra lateralmente. Se ve en vigas, losas y conexiones.

Para resistir el cortante se requiere dar forma adecuada a los elementos y colocar refuerzos de acero. Un ejemplo son los estribos colocados en las vigas de concreto armado.

Flexión

La flexión ocurre cuando una viga o losa se curva debido a las cargas. Genera tracción en las fibras inferiores y compresión en las superiores.

El refuerzo con barras de acero permite al concreto resistir este esfuerzo. El acero absorbe los esfuerzos de tracción mientras el concreto resiste la compresión.

Torsión

La torsión se presenta cuando una viga gira respecto a su eje longitudinal debido a cargas. Requiere colocar acero en espiral alrededor de la sección de la viga para soportarlo.

Con un enfoque integral que contemple todos los posibles esfuerzos, un ingeniero especializado puede diseñar estructuras seguras, económicas y durables capaces de funcionar por décadas.

Esfuerzos en las Estructuras

Las estructuras pueden sufrir cinco tipos de esfuerzos: Compresión, Tracción, Flexión, Cortante, Torsión.  Los esfuerzos son fuerzas que actúan sobre el área unitaria en la que se aplican. Las cargas que actúan sobre las estructuras pueden dividirse en tres grandes categorías: Cargas muertas, Cargas vivas, Cargas ambientales. 
Algunos ejemplos de cargas que se deben considerar en el diseño de una estructura son: 

  • Cargas gravitatorias
  • Cargas de viento
  • Cargas sísmicas
  • Cargas de nieve
  • Cargas dinámicas
  • Cargas térmicas

En el diseño de una estructura, es fundamental considerar diversas cargas que pueden afectar su estabilidad y rendimiento. Aquí te presento definiciones y ejemplos de algunos tipos de cargas cruciales:

Cargas Gravitatorias

Las cargas gravitatorias son fuerzas ejercidas por la gravedad sobre la estructura. Incluyen el peso propio de la construcción y la carga adicional debida a elementos permanentemente colocados. Ejemplos incluyen vigas, columnas y el peso de los materiales de construcción.

Las cargas gravitatorias son las fuerzas de atracción que ejerce la Tierra sobre los objetos. Estas fuerzas actúan en la dirección del centro de la Tierra y son proporcionales a la masa de los objetos.

Lectura de Interés:  Estructuras Metálicas De Edificios - Juan Batanero

En el caso de las estructuras, las cargas gravitatorias son las más importantes y se dividen en dos tipos:

  • Carga muerta: es el peso propio de la estructura, incluyendo el peso de los materiales de construcción, los equipos y los accesorios.
  • Carga viva: es el peso de las personas, los muebles, los equipos y otros objetos que se encuentran dentro o sobre la estructura.

Cargas de Viento

Las cargas de viento representan la presión que el viento ejerce sobre la estructura. Edificios altos, puentes y torres son especialmente susceptibles. El diseño debe considerar la dirección y la velocidad del viento para garantizar la estabilidad.

Las cargas de viento son las fuerzas que ejerce el viento sobre una estructura. Estas fuerzas pueden ser de tracción o de compresión y su magnitud depende de la velocidad del viento, la altura de la estructura y la forma de su superficie.

El diseño de las estructuras para resistir las cargas de viento debe tener en cuenta los siguientes factores:

  • La ubicación de la estructura: las estructuras ubicadas en áreas con vientos fuertes deben diseñarse para resistir cargas mayores.
  • La altura de la estructura: las estructuras altas están expuestas a cargas de viento mayores que las estructuras bajas.
  • La forma de la estructura: las estructuras con formas complejas están expuestas a cargas de viento mayores que las estructuras con formas simples.

Cargas Sísmicas

Las cargas sísmicas son aquellas generadas por movimientos sísmicos o terremotos. Estas fuerzas dinámicas pueden poner a prueba la resistencia de la estructura. Los ingenieros diseñan edificaciones con sistemas antisísmicos para minimizar riesgos.

Las cargas sísmicas son las fuerzas que se generan como resultado de un terremoto. Estas fuerzas pueden ser de tracción, compresión o torsión y su magnitud depende de la intensidad del terremoto, la ubicación de la estructura y la naturaleza del suelo.

El diseño de las estructuras para resistir las cargas sísmicas debe tener en cuenta los siguientes factores:

  • La ubicación de la estructura: las estructuras ubicadas en áreas con alta actividad sísmica deben diseñarse para resistir cargas mayores.
  • La naturaleza del suelo: las estructuras ubicadas en suelos blandos están expuestas a cargas sísmicas mayores que las estructuras ubicadas en suelos duros.
  • La forma de la estructura: las estructuras con formas irregulares están expuestas a cargas sísmicas mayores que las estructuras con formas regulares

Cargas de Nieve

Las cargas de nieve se refieren al peso de la nieve acumulada en la estructura. Esto es crucial en regiones con climas fríos. Techos, vigas y estructuras inclinadas deben diseñarse para soportar la carga máxima de nieve posible.

Las cargas de nieve son las fuerzas que ejerce la nieve acumulada sobre una estructura. Estas fuerzas pueden ser de compresión o pandeo y su magnitud depende de la cantidad de nieve acumulada, la forma de la estructura y la pendiente de la superficie.

Lectura de Interés:  Fundamentos de Ingenieria Geotecnica Antisismica

El diseño de las estructuras para resistir las cargas de nieve debe tener en cuenta los siguientes factores:

  • La ubicación de la estructura: las estructuras ubicadas en áreas con nevadas frecuentes deben diseñarse para resistir cargas mayores.
  • La forma de la estructura: las estructuras con formas complejas están expuestas a cargas de nieve mayores que las estructuras con formas simples.
  • La pendiente de la superficie: las estructuras ubicadas en pendientes pronunciadas están expuestas a cargas de nieve mayores que las estructuras ubicadas en pendientes suaves.

Cargas Dinámicas

Las cargas dinámicas son fuerzas que cambian con el tiempo. Incluyen acciones como el tráfico vehicular o las vibraciones causadas por maquinaria. Puentes, pasarelas y estructuras cercanas a vías de transporte deben considerar estas fuerzas en su diseño.

Las cargas dinámicas son fuerzas que varían con el tiempo. Estas fuerzas pueden ser causadas por el movimiento de personas, vehículos, máquinas u otros objetos.

Las cargas dinámicas pueden ser clasificadas en función de su frecuencia:

  • Cargas de impacto: son cargas que se producen de forma repentina y violenta.
  • Cargas vibratorias: son cargas que varían de forma periódica.

El diseño de las estructuras para resistir las cargas dinámicas debe tener en cuenta los siguientes factores:

  • La frecuencia de la carga: las estructuras deben diseñarse para resistir cargas de frecuencia similar a la frecuencia de las cargas que se esperan.
  • La magnitud de la carga: las estructuras deben diseñarse para resistir cargas de magnitud mayor que la magnitud de las cargas que se esperan.

Cargas Térmicas

Las cargas térmicas se deben a cambios de temperatura que pueden causar expansión o contracción en los materiales. Esto afecta especialmente a estructuras metálicas. Puentes, tuberías y estructuras expuestas al sol requieren consideración especial.

Las cargas térmicas son fuerzas que se generan como resultado de los cambios de temperatura. Estas fuerzas pueden ser de tracción, compresión o pandeo y su magnitud depende del coeficiente de expansión térmica del material de la estructura y de la diferencia de temperatura entre el material y el entorno.

El diseño de las estructuras para resistir las cargas térmicas debe tener en cuenta los siguientes factores:

  • El material de la estructura: las estructuras fabricadas con materiales con alto coeficiente de expansión térmica están expuestas a cargas térmicas mayores.
  • La diferencia de temperatura: las estructuras expuestas a grandes diferencias de temperatura están expuestas a cargas térmicas mayores

Conclusión

En el diseño estructural, la comprensión y consideración de estas cargas son cruciales para garantizar la seguridad y eficiencia de una estructura. Los ingenieros deben evaluar minuciosamente cada carga, aplicando principios y técnicas especializadas para crear construcciones que puedan resistir los desafíos diversos y dinámicos que el entorno les presenta.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Scroll al inicio