Conceptos Fundamentales de Mecánica: Fuerzas, Equilibrio y Estructuras

Conceptos Fundamentales de Mecánica

Mecánica: estudia fuerzas y sus efectos sobre los cuerpos.

Estática: fuerzas que producen equilibrio entre los cuerpos.

Dinámica: fuerzas que producen aceleración entre los cuerpos.

Fuerza: la que tiende a ejercer un movimiento, tensión o compresión sobre un objeto.

Representación Vectorial

Representación vectorial: Línea de acción de una fuerza: línea de longitud infinita que coincide con la fuerza misma.

Tipos de Fuerzas

• Fuerzas Concurrentes: dos o más fuerzas se encuentran en el mismo punto (líneas de acción a través del mismo punto: equilibrio de rotación).
• Fuerza Única/Resultante: las líneas de acción de dos fuerzas se intersecan; el resultante es el equivalente exacto de las dos fuerzas.
• Fuerzas Distribuidas: actuando sobre una distancia o sobre un área. (N/m) distancia y (N/m²) área.

Leyes de la Mecánica

• Tercera Ley de Newton: para cada acción existe una reacción igual y opuesta (en reposo).
• Ley de Hooke: la reacción elástica de los apoyos a las cargas aplicadas.

Equilibrio

• Equilibrio de Traslación: suma de las fuerzas en cada dimensión = cero.
• Momentos: tendencia de la fuerza a provocar que un objeto gire. El momento de la fuerza respecto a un punto es igual a la suma de momentos.
• Momento Positivo: sentido antihorario. Momento Negativo: sentido horario.
• Equilibrio de Rotación: la suma de momentos debe ser cero.
• Equilibrio Total: en reposo: equilibrio de traslación y de rotación.

Cargas en Estructuras

Cargas: fuerzas aplicadas en una estructura, por gravedad o fuentes externas.

• Estáticas: se aplican lentamente, def. graduales mayores cuando las cargas son mayores.
• Cargas Muertas: gravedad, relativamente permanentes como la propia estructura del edificio y los elementos permanentes.
• Cargas Vivas: se aplican/mueven dentro: tan lentas que se consideran estáticas (viento, nieve, sismos, personas, muebles).

Dinámicas: cambian rápido y pueden causar fallas estructurales si no son anticipadas. Impacto: repentino, con doble magnitud que efectos estáticos.

Resonantes: varían rítmicamente e igualan la frecuencia natural de la estructura.

Todas las estructuras son elásticas: al aplicar cargas y retirar, estas se flexionan y vuelven a su posición inicial.

Apoyos en Estructuras

Apoyos: conexión entre miembro estructural y cuerpo rígido, proporciona el soporte.

• Fijo: la más restrictiva, no permite rotación ni translación.
• Articulada: permite rotación, no translación en ninguna dirección.
• De Rodillo: permite rotación, translación en una dirección.

La fuerza se mantiene en equilibrio por una o más reacciones paralelas.

Calcular reacciones de apoyos: suma de momentos en el punto A, suma de fuerzas en la dirección Y.

Estructura y Esfuerzos

Estructura: reacciones y fuerzas internas capaces de equilibrar fuerzas externas. Sus estados básicos: tensión, compresión y cortante (produce deslizamiento en dos direcciones perpendiculares).

Esfuerzos: concentración de fuerzas internas en un elemento (m/m).

Fatiga: cantidad de deformación por unidad de longitud del elemento.

Torsión: esfuerzo cortante de rotación.