FUERZAS APLICADAS A UNA ESTRUCTURA.Se distinguen dos tipos de fuerzas actuando en un cuerpo: las externas y las internas.Las externas son las actuantes o aplicadas exteriormente y las reacciones o resistentes que impiden el movimiento.Las internas son aquellas que mantienen el cuerpo o estructura como un ensamblaje nico y corresponden a las fuerzas de unin entre sus partes.Las actuantes son aquellas cargas a las que se ve sometida la estructura por su propio peso, por la funcin que cumple y por efectos ambientales. En primera instancia se pueden subdividir en cargas gravitacionales, cargas hidrostticas y fuerzas ambientales (sismo, viento y temperatura).Las gravitacionales son aquellas generadas por el peso propio y al uso de la estructura y se denominan gravitacionales porque corresponden a pesos. Entre ellas tenemos las cargas muertas y las cargas vivas.Otra clasificacin de las cargas es por su forma de aplicacin: dinmicas y estticas.Las cargas dinmicas son aquellas aplicadas sbitamente y causan impacto sobre la estructura. Las cargas estticas corresponden a una aplicacin gradual de la carga.1. CARGAS GRAVITACIONALES1.1 Cargas muertasSon cargas permanentes y que no son debidas al uso de la estructura. En esta categora se pueden clasificar las cargas correspondientes al peso propio y al peso de los materiales que soporta la estructura tales como acabados, divisiones, fachadas, techos, etc. Dentro de las cargas muertas tambin se pueden clasificar aquellos equipos permanentes en la estructura. En general las cargas muertas se pueden determinar con cierto grado de exactitud conociendo la densidad de los materiales.Consultar la densidad de los principales materiales de construccin: acero, hormign, madera, vidrio, mampostera de ladrillo hueco, mampostera de ladrillo macizo, mortero, tierra, plstico; como tambin las cargas mnimas de diseo en edificaciones para particiones y divisiones y acabados (consultar enla NSR-98.Enwww.asosismica.orgse encuentrala Norma Colombianade Diseo y Construccin Sismo Resistente de 1998).1.2 Cargas vivasCorresponden a cargas gravitacionales debidas a la ocupacin normal de la estructura y que no son permanentes en ella.Debido a la caracterstica de movilidad y no permanencia de esta carga el grado de incertidumbre en su determinacin es mayor. La determinacin de la posible carga de diseo de una edificacin ha sido objeto de estudio durante muchos aos y gracias a esto, por medio de estadsticas, se cuenta en la actualidad con una buena aproximacin de las cargas vivas de diseo segn el uso de la estructura. Las cargas vivas no incluyen las cargas ambientales como sismo o viento.Para efectos de diseo es el calculista quien debe responder por la seguridad de la estructura en su vida til, para esto cuenta con las ayudas de las normas y cdigos de diseo donde se especifican las cargas vivas mnimas a considerar.Consultar enla NSR-98(Normas Colombianas de Diseo y Construccin Sismo Resistente, www.asosismica.org) las cargas vivas de diseo para edificios de vivienda, universidades, almacenes, etc. Compare estos valores.1.3 Cargas vivas en puentesLos tipos de cargas vivas considerados en el diseo de puentes se resumen en: carga de camin y carga de va, carga de impacto y carga de frenado.La carga de camin considera el peso de un camin como un conjunto de cargas puntuales actuando con una separacin y reparticin que representa la distancia entre ejes (ruedas) de un camin de diseo.La carga de va corresponde a una carga distribuida y representa el peso de vehculos livianos circulando por el puente. Se pueden combinar la carga de va y la de camin en una misma luz de un puente, esto representa un puente cargado con carros livianos y entre ellos un camin.El esquema general de la carga de va mas camin es el siguiente. (lane load, truck load)

Ingeniera estructuralIngenieraestructural

reas del saberresistencia de materiales

Campo de aplicacinEdificaciones

Subrea deIngeniera civil

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Burj Dubai, el edificio ms alto del mundo, enDubi.Laingeniera estructurales una rama clsica de laingeniera civilque se ocupa del diseo y clculo de la parteestructuralenelementosy sistemas estructurales tales comoedificios,puentes,muros(incluyendomuros de contencin),presas,tnelesy otras obras civiles. Su finalidad es la de conseguir estructuras seguras, resistentes y funcionales. En un sentido prctico, la ingeniera estructural es la aplicacin de lamecnica de medios continuospara el diseo de estructuras que soporten su propio peso (cargas muertas), ms las cargas ejercidas por el uso (cargas vivas), ms las cargas producidas por eventos de la naturaleza, como vientos, sismos, nieve o agua.IntroduccinLos ingenieros estructurales se aseguran que sus diseos satisfagan un estndar para alcanzar objetivos establecidos de seguridad (por ejemplo, que la estructura no se derrumbe sin dar ningn aviso previo) o de nivel de servicio (por ejemplo, que lavibracinen un edificio no moleste a sus ocupantes). Adicionalmente, son responsables por hacer uso eficiente del dinero y materiales necesarios para obtener estos objetivos. Algunos ejemplos simples de ingeniera estructural lo constituyen lasvigasrectas simples, lascolumnaso pisos de edificios nuevos, incluyendo el clculo de cargas (o fuerzas) en cada miembro y la capacidad de varios materiales de construccin tales comoacero,maderauhormign. Ejemplos ms elaborados de ingeniera estructural lo constituyen estructuras ms complejas, tales como puentes o edificios de varios pisos incluyendorascacielos.Principios estructuralesDebe entenderse como unacarga estructuralaquellas solicitaciones mecncias (fuerzas, momentos, deformaciones, desplazamientos) que debe ser incluidas en el clculo de los elementos mecnicos resistentes. La estructura est constituida por el conjunto de elementos mecnicos resistentes y sus uniones mecnicas considerados como un sistema. Las cargas estructurales son generalmente clasificadas como: cargas muertasque actan de forma continua y sin cambios significativos, pertenecen a este grupo el peso propio de la estructura, empujes de lquidos (como en un dique) o slidos (como el suelo en un muro de contencin), tensores (como en puentes), presfuerzo, asientos permanentes; cargas vivasque son aquellas que varan su intensidad con el tiempo por uso o exposicin de la estructura, tales como el trnsito en puentes, cambios de temperatura, maquinaria (como una prensa), acumulacin de nieve o granizo, etctera; cargas accidentales que tienen su origen en acciones externas al uso de la estructura y cuya manifestacin es de corta duracin como lo son loseventos ssmicoso rfagas de viento.Algunos principios bsicos del clculo estructural son: Aleatoriedad e incertidumbre, sobre el valor de las cargas actuantes, por lo que stas deben ser tratadas comovariables aleatoriaspor lo que un clculo estructural seguro incluye determinar valores estadsticos asociados a la densidad de probabilidad de cada carga. As se define el valor caracterstico de una cargaFde efecto desfavorable como el valor tal que:

Para los clculos se define el valor de dimensionado o valor de clculo que es un valor mayorado calculado a partir del valor caracterstico y los correspondientescoeficientes de seguridadcomo:

Dondees el coeficiente de mayoracin de fuerzas. Mtodo de los estados lmites, muchas instrucciones tcnicas y mtodos recomendados usan este mtodo consistente en identificar un conjunto de situaciones potencialmente peligrosas para la estructura, cuando el valor de cierta magnitud supera un cierto umbral. El clculo estructural consiste en identificar un conjunto de magnitudes relevantes y comprobar que para todas ellas se cumple que:

Dondees valor de clculo previsto o "valor demando" con una probabilidad alta a lo largo de la vida til de la estructura; yes el valor ltimo (o capacidad mxima) que es capaz de proporcionar la estructura por sus caractersticas. Si el valor de clculo previsto no supera en ningn caso la capacidad potencial de la estructura, se juzga que la estructura mantendr la integridad estructural y ser segura para su uso establecido. En la prcticayson variables aleatorias, por lo que los cdigos de clculo estructural contienen prescripciones aproximadas asegurar la probabilidad:sea suficientemente pequea. Hiptesis de carga, dadas las incertidumbres existentes sobre una estructura, y las diferentes condiciones en que puede trabajar, no resulta posible determinar mediante un nico clculo o combinacin de cargas el efecto general de las cargas. Por esa razn la mayora de instrucciones tcnicas establecen diferentes combinaciones de carga, que en su conjunto reproducen situaciones cualitativamente diferentes que pueden ocurrir durante la vida til de una estructura. Modelos mecnicos, el clculo propiamente dicho de una estructura involucra el hecho de usar algn tipo de modelo mecnico que relacione las cargas estrucutrales con los efectos sobre la estructura, entre los modelos mecnicos ms frecuentemente usados estn: Lateora de la elasticidad linealque para estructuras complejas da lugar a un esquema deelementos finitos. Lateora de vigasy modelos de clculo derivados como elmtodo matricial de la rigidez