INTRODUCCION A LA INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

RELACIONES ENTRE LA INGENIERIA CIVIL Y LA VIDA DIARIA

NOCIONES BASICAS

NOCION DE POSICION. LA NOCION DE EQUILIBRIO. LA NOCION DE MOVIMIENTO.

DEFINICIONES BASICAS

EL ESFUERZO. DEFORMACION. TRABAJO. POTENCIA. ENERGIA.

No se puede imaginar un mondo en el cual desaparezca la noción de posición, pues sin esta no podrían encontrarse dos personas, sin un tiempo de referencia no podrían ponerse en contacto.

LA NOCION DE POSICION

Muchas personas tienen dificultad para entender el concepto de posición tridimensional.

LA NOCION DE POSICION

Para definir la posición de algún objeto en el espacio es necesario establecer un sistema de coordenadas cartesianas x,y,z.

El empleo de las coordenadas es básico para poder diseñar y producir las edificaciones, carreteras, puertos y muchas obras más.

Existen actualmente varios sistemas de posicionamiento global:

- GPS – NAVSTAR (Estados unidos). - CLONASS (Rusia). - BEIDOU significa en chino 'Osa Mayor', cubre el continente

asiático y la zona del océano pacifico, - PROYECTO GALILEO, iniciativa europea para desarrollar un

sistema de radionavegación mediante satélites.

Es un sistema global de navegación por satélite (GNSS) que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona, un vehículo o una nave, con una precisión hasta de centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión. El sistema fue desarrollado, instalado y actualmente operado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.

• El GPS (Global Positioning System: sistema de posicionamiento global) o NAVSTARGPS.

En el GPS podemos distinguir tres niveles

- EL SEGMENTO ESPACIAL, - EL DE CONTROL. - EL DE USUARIO

EL SEGMENTO ESPACIAL. o Está formado por una constelación de 24 satélites situados en 6 planos

separados unos 60 grados. Su período orbital es de 12 horas y se encuentran a una altura de 20.000 km. Gracias a esta configuración, cualquier receptor situado en la superficie terrestre es capaz de observar de forma directa entre 6 y 12 satélites en todo momento.

o Cada satélite envía una señal única y que se conoce como Space Vehicle Number & Pseudorandom Code Number. Esta señal transporta información sobre el satélite, su posición, parámetros orbitales, etc.

- EL SEGMENTO DE CONTROL Está formado por una estación base situada

en EE.UU (hay otra de reserva), cinco estaciones que supervisan los satélites a partir de la señal antes descrita y otras estaciones encargadas de enviar datos a los satélites.

- EL NIVEL DE USUARIOS El nivel de usuario es el formado

por los receptores que reciben la señal de los satélites (receptor del coche, teléfono móvil, etc.) y que procesan las señales para poder estimar la posición y velocidad.

PRINCIPIOS BASICOS PARA SU FUNCIONAMIENTO Paso 1: La Triangulación Desde los satélites Aunque pueda parecer improbable, la idea general detrás del GPS es utilizar los satélites en el espacio como puntos de referencia para ubicaciones aquí en la tierra. Esto se logra mediante una muy, pero muy exacta, medición de nuestra distancia hacia al menos tres satélites, lo que nos permite "triangular" nuestra posición en cualquier parte de la tierra.

Supongamos que medimos nuestra distancia al primer satélite y resulta ser de 11.000millas (20.000Km). Sabiendo que estamos a 11.000millas de un satélite determinado, no podemos por lo tanto estar en cualquier punto del universo sino que esto limita nuestra posición a la superficie de una esfera que tiene como centro dicho satélite y cuyo radio es de 11.000

millas.

Paso 2: MEDICIÓN DE DISTANCIAS

El sistema GPS funciona midiendo el tiempo que tarda una señal de radio en llegar hasta el receptor desde un satélite y calculando luego la distancia a partir de ese tiempo.

DISTANCA = VELOCIDAD DE LA LUZ X TIEMPO

Las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz: 300 000.00 Km/s en el vacío.

Paso 2: SINCRONIZACION

Conociendo que las señales de radio viajan a la velocidad de la luz, un error de sincronismo entre el reloj de un satélite y el reloj de nuestro receptor de tan solo 1/100 de segundo, provocaría una desviación en la medición de la distancia de 3 000Km.

La fuerza es uno de los muchos conceptos intuitivos que nos muestra la vida diaria. Levantar un objeto, arrastrarlo o moverlo impone una fuerza.

Un cuerpo se encuentra en equilibrio cuando no sufre cambio ni en su estado de reposo ni en su estado de movimiento de traslación ni en el de rotación en consecuencia se dice que un cuerpo esta en equilibrio.

1. Cuando esta en reposo o se mueve con movimiento uniforme; y

2. Cuando no gira o lo hace con velocidad constante.

NOCION DE EQUILIBRIO

EQUILIBRIO DE FUERZAS En una edificación intervienen fuerzas como el peso propio y las cargas que le imponen los usuarios o el medio ambiente (viento, granizo, temperatura, sismo). Si se produce desequilibrio se genera movimiento , pudiendo significar el colapso con perdidas de vidas y perdidas materiales. VIGA Una viga es un miembro estructural donde las cargas aplicadas son principalmente perpendiculares al eje, por lo que el diseño predominante es a flexión y corte (véase Figura 1); si las cargas no son perpendiculares se produce algo de fuerza axial, pero esta no es determinante en el diseño.

NOCION DE EQUILIBRIO

Pórtico Se conoce como pórtico al conjunto de vigas y columnas en el cual las uniones son rígidas y su diseño está gobernado por flexión en las vigas y flexocompresión en las columnas (véase Figura 2).

NOCION DE EQUILIBRIO

NOCION DE MOVIMIENTO Al producirse un desequilibrio en las fuerzas horizontal se produce un movimiento en sentido horizontal; al producirse un desequilibrio en las fuerzas verticales se produce un movimiento en el sentido vertical.

NOCION DE MOVIMIENTO

Esfuerzo: Es la acción de las cargas, fuerzas o pesos sobre las estructuras. Es decir, es el resultado o consecuencia de aplicar una carga, fuerza o peso a una estructura. Se manifiestan internamente y tienden a deformarla. Su comportamiento depende tanto de los materiales que la forman como de las uniones entre ellos.

ESFUERZO

TRACCION. Cuando las cargas aplicadas tienden a estirar un aparte de la estructura, se dice que dicha parte esta sometida a un esfuerzo de tracción. Este seria el esfuerzo típico que hay en los cables de sujeción de las torre

ESFUERZO

COMPRESION Cuando las cagas tienden a aplastarse una parte de una estructura se dice que aparece un esfuerzo de compresión. Este es el esfuerzo típico en un pilar o columna que soporta peso.

FLEXION Si aplicamos una carga a una pieza de forma que tiende a doblarse, aparece en ella un esfuerzo llamado de flexión. Este es el esfuerzo típico en vigas

ESFUERZO

TORSION Cuando una carga aplicada sobre una pieza intenta retorcerla, entonces aparece dentro de dicha pieza un esfuerzo de torsión. Este es un esfuerzo poco usual en estructuras aunque si aparece en otras situaciones, Por ejemplo cuando apretamos un tornillo sobre la madera, el tornillo tiene un esfuerzo de torsión.

CORTADURA O CIZALLAMIENTO Cuando una pieza sobre sale de un apoyo y aplicamos una fuerza en el extremo (como si quisiéramos romperla o cortarla ) aparece un esfuerzo de cortadura justo en el borde del apoyo. Este esfuerzo no es el mismo que el de flexión aunque aparecería en los dos puntos de apoyo de una viga sometida a flexión.

ESFUERZO

ESFUERZO. El esfuerzo se debe como la fuerza dividida entre el áreas sobre el cual actúa. Las unidades de medida son Kg/cm2, pascales (N/m2) . EJEMPLO: Capacidad portante del suelo. Zapatos para nieve, zapatos o plateas de cimentación,

DEFORMACION

DEFORMACION. Es la secuencia natural de la aplicación de una fuerza sobre un cuerpo, algunos cuerpos se deforman mas que otros ante la misma fuerza. La deformación longitudinal es muy sencilla

TRABAJO

TRABAJO La palabra trabajo tiene diversos significados en el lenguaje cotidiano. En física se le da un significado muy específico para describir lo que se logra mediante la acción de una fuerza que hace que un objeto se mueva cierta distancia. En forma específica el trabajo efectuado por una fuerza constante, tanto en magnitud como en dirección, se define como el producto de la magnitud del desplazamiento por la componente de la fuerza paralela al desplazamiento. En forma de ecuación, lo anterior es:

W F d cos

POTENCIA

Potencia

La potencia se define como la rapidez a la cual se efectúa

trabajo, o bien la rapidez a la que se trasforma la energía:

Potencia Trabajo

Tiempo

Energía transformada

Tiempo

Unidad de potencia:

James Watt, ingeniero escocés que inventó la maquina de

vapor, definió como unidad de potencia el caballo de vapor

(CV). Un caballo de vapor equivale a 736 W.

ENERGIA

ENERGIA

“Energía”, Es la capacidad que tienen los cuerpos para

producir transformaciones, como por ejemplo, realizar un

trabajo. Cuando un cuerpo realiza un trabajo, pierde energía,

que es ganado por el cuerpo sobre el que se realiza el trabajo.