Mecánica Estructural: Conceptos Fundamentales y Cargas en Edificaciones

Fundamentos de la Mecánica y sus Aplicaciones Estructurales

La mecánica es la rama de la física que estudia las fuerzas y sus efectos sobre los cuerpos. Se subdivide en:

• Estática: Trata de las fuerzas que producen equilibrio entre los cuerpos.
• Dinámica: Examina las fuerzas que producen aceleración en los cuerpos.

Concepto de Fuerza

Una fuerza es una acción que tiende a ejercer un movimiento, tensión o compresión sobre un objeto.

Tipos de Fuerzas

• Fuerzas Concurrentes: Ocurren cuando dos o más fuerzas actúan en el mismo punto.
• Fuerzas Resultantes: Cuando las líneas de acción de dos fuerzas se intersecan, la resultante es el equivalente exacto de ambas.

Las fuerzas también pueden ser distribuidas, actuando sobre una distancia o incluso sobre un área. Las unidades para una fuerza distribuida son:

• Sobre una distancia: Newtons por metro (N/m).
• Sobre un área: Newtons por metro cuadrado (N/m²).

Leyes Fundamentales de la Mecánica

Tercera Ley de Newton

Para cada acción, existe una reacción igual y opuesta.

Ley de Hooke

Describe la reacción elástica de los apoyos a las cargas aplicadas.

Equilibrio en los Cuerpos

Equilibrio de Traslación

La suma de las fuerzas en cada dimensión debe ser igual a cero.

Momento de una Fuerza

El momento de una fuerza es la tendencia de esta a provocar que un objeto gire. Es igual a la suma de los momentos de las fuerzas componentes.

• Un momento es positivo si es contrario al sentido de las agujas del reloj.
• Un momento es negativo si es en el sentido de las agujas del reloj.

Equilibrio de Rotación (Ley de Newton)

Para que un cuerpo permanezca en reposo (equilibrio de rotación), cada momento aplicado debe tener una reacción opuesta y de igual magnitud.

Un cuerpo con fuerzas aplicadas permanecerá en reposo solo cuando exista el equilibrio de traslación y de rotación simultáneamente.

Cargas Estructurales

Las cargas son fuerzas que se aplican a una estructura, ya sea por gravedad o por fuentes externas. Pueden ser:

Tipos de Cargas

• Cargas Estáticas: Se aplican lentamente a la estructura, produciendo deformaciones graduales.
• Cargas Dinámicas: Cambian rápidamente y pueden causar un comportamiento inusual en los edificios, incluso fallas estructurales.

Clasificación Detallada de Cargas

• Cargas Muertas: Fuerzas resultantes de la gravedad, relativamente permanentes (ej. peso propio de la estructura).
• Cargas Vivas: Fuerzas que se aplican o se mueven dentro del edificio, como el viento, la nieve, el efecto sísmico, los ocupantes o el mobiliario y los accesorios. Algunas, aunque variables, se consideran estáticas si su cambio es lento.
• Cargas por Impacto: Se aplican de forma repentina.
• Cargas Resonantes: Varían de manera rítmica, igualando la frecuencia natural de la estructura.

Todas las estructuras son elásticas; si se les aplican cargas, se flexionan y regresan a su posición inicial.