Fundamentos de Ingeniería: Diseño Estructural y Mecánica Clásica

Etapas en el Diseño Estructural

Análisis

En esta fase se obtienen valores fundamentales para poder estimar el comportamiento de la estructura. Se consideran los siguientes aspectos:

• Respuesta y configuración estructural.
• Cargas: Variables (vivas), muertas (permanentes) y accidentales.
• Secciones preliminares: Basadas en la experiencia y estimaciones previas.
• Métodos: Simplificado, estático y dinámico.

Diseño

Se define la solución técnica a través de dimensiones y tamaños específicos, considerando:

• Dimensiones y elementos mecánicos: Derivados del análisis, tales como momentos, cortantes y cargas axiales.
• Materiales: Evaluación de sus propiedades mecánicas.
• Secciones: Definición de sus propiedades geométricas.
• Estados límite:
  • Servicio: Relacionado con el desplazamiento.
  • Falla: Relacionado con la resistencia.

Especificaciones

Documentación técnica final que incluye:

• Planos estructurales.
• Memoria de cálculo.
• Dictamen de seguridad.

Fundamentos de la Ciencia y la Física

Ciencia

Se define como el conjunto de conocimientos y se divide en dos grandes ramas:

• Formal: Incluye las matemáticas y la lógica.
• Factual: Se divide en ciencias sociales y naturales.

Física

Estudia las propiedades de la materia y de la energía, estableciendo las leyes que rigen los fenómenos naturales.

Física Clásica

Comprende áreas como la óptica, acústica, mecánica, termodinámica y electromagnetismo.

Mecánica

La mecánica se divide principalmente en tres ramas:

1. Cuerpos Rígidos:
   • Estática: Estudia los cuerpos rígidos en reposo.
   • Dinámica y Cinemática.
2. Cuerpos Deformables: Conocida como mecánica de materiales.
3. Fluidos: Se divide en incompresibles y compresibles.

Conceptos y Unidades Fundamentales

• Espacio: La posición con respecto a un punto de referencia.
• Tiempo: Duración de un evento.
• Masa: Cantidad de material de un cuerpo.
• Fuerza: Acción que puede alterar el estado de reposo o movimiento de un cuerpo.

Principios Fundamentales de la Dinámica

Leyes de Newton

• 1era Ley de Newton: Si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula es cero, la partícula permanecerá en reposo o se moverá con velocidad constante en línea recta.
• 2da Ley de Newton: Si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero, la partícula tendrá una aceleración proporcional a la magnitud de la resultante.
• 3era Ley de Newton: Las fuerzas de acción y reacción de cuerpos en contacto tienen la misma magnitud, la misma línea de acción y sentidos opuestos.

Leyes y Principios Adicionales

• Ley del Paralelogramo: Dos fuerzas que actúan sobre una partícula pueden ser sustituidas por una sola fuerza llamada resultante, que se obtiene al trazar la diagonal del paralelogramo que tiene los lados iguales a las fuerzas dadas.
• Principio de Transmisibilidad: Permite transmitir las condiciones de equilibrio o movimientos de un cuerpo rígido a lo largo de su línea de acción.

Definiciones Técnicas

• Vector: Expresión matemática que posee magnitud, dirección y sentido. Pueden ser: fijo, deslizante, libres, iguales, negativo o cero.
• Magnitud: Propiedad física de poder ser medible.
• Dirección: Línea de acción infinita (trayectoria).
• Sentido: Orientación sobre la línea de acción.
• Escalar: Expresión matemática que posee únicamente magnitud.
• Partícula: Una pequeña cantidad de materia considerada como un punto.