Fundamentos de Cargas Estructurales y Leyes de Newton en Ingeniería

Conceptos Fundamentales de Cargas Estructurales

Definición de Carga

Una carga es toda causa capaz de producir estados tensionales en una estructura.

Clasificación de Cargas

Las cargas pueden clasificarse de diversas maneras:

a) Según su origen

• Cargas Gravitacionales: Frecuentes por el peso propio y de todos los elementos de una estructura.
• Cargas Eólicas: Generadas por el viento, incluyendo la dirección horizontal del mismo.
• Cargas Sísmicas: Originadas por fenómenos sísmicos que exigen equilibrio y estabilidad a las estructuras.
• Cargas Especiales:
  • Presión de Agua: Depende del peso específico del líquido y la altura del recipiente.
  • Presión del Terreno: Cargas o acciones que la tierra ejerce sobre las estructuras.
  • Maquinaria: Por vibraciones (ej. autopistas), movimiento de maquinaria en la construcción, o accidentes.
  • Por Deformación: Cargas térmicas sobre el material.
  • Variación de Propiedades: Ej. madera y humedad.

b) Según su estado inercial

• Estáticas: Cargas que no cambian nunca de estado, siempre en reposo (ej. peso propio de una estructura).
• Dinámicas: Lo contrario a las estáticas.
  • Móviles: Generan desplazamiento, cargas paralelas al plano de acción.
  • Impacto: Generan carga y movimiento simultáneamente.

c) Según el tiempo de aplicación

• Permanentes: La carga dura toda la vida útil de la estructura.
• Accidentales: La magnitud o la posición varían durante la vida útil de la estructura.

d) Según su ubicación en el espacio

• Concentradas: Fuerza concentrada en un punto.
• Distribuidas: Lo contrario a las concentradas, se extienden sobre un área o línea.
• Cargas No Distribuidas: Varían su valor en distintos puntos.

e) Según su recta de acción

(Esta sección no contiene detalles adicionales en el documento original.)

Principios Fundamentales de la Mecánica

Leyes de Newton

1. Principio de Inercia (Primera Ley): Un cuerpo permanecerá en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme (MRU) si las fuerzas que actúan sobre él se anulan (misma magnitud y direcciones opuestas).
2. Principio Fundamental de la Dinámica (Segunda Ley): Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo, produce una aceleración en la dirección de la fuerza, que es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa (F=ma).
3. Principio de Acción y Reacción (Tercera Ley): Cuando dos cuerpos interactúan, el primero ejerce una fuerza sobre el segundo (acción) y el segundo ejerce una fuerza sobre el primero (reacción). Estas dos fuerzas tienen la misma magnitud y sentido contrario.

Estática

La Estática es la rama de la mecánica que estudia las condiciones de equilibrio de los cuerpos. Para que una estructura no se destruya, todas las fuerzas deben estar equilibradas.

Fuerza

La fuerza es la acción que ejerce un cuerpo sobre otro. Es una magnitud vectorial, es decir, que tiene una dirección, un sentido, una unidad, un número y un punto de aplicación. Las magnitudes escalares tienen solo un número y una unidad.

• Bifuerza: Dos fuerzas paralelas de igual intensidad que se anulan.
• Par de Fuerzas: Dos fuerzas paralelas de igual intensidad pero en sentido contrario, que producen un momento o giro.

Diferencia entre Masa y Peso

Es fundamental distinguir entre masa y peso:

• Masa:
  • Es la cantidad de materia en un cuerpo.
  • Es una magnitud escalar.
  • Se mide con balanza.
  • Se expresa en kilogramos (kg).
  • Produce aceleraciones.
• Peso:
  • Es la fuerza que ocasiona la caída de un cuerpo debido a la gravedad.
  • Es una magnitud vectorial.
  • Se mide con dinamómetro.
  • Se expresa en Newtons (N).
  • Sufre aceleraciones.

Hipótesis de la Estática

En cuanto a la rigidez, la estática supone que los cuerpos no tienen deformaciones, considerándolos rígidos ideales.