ESTRUCTURARESISTENTEd l bj t di ñ ddel objeto diseñado

TECNOLOGÍA II – CURSO 2013

ESTRUCTURA RESISTENTEEn relación a cualquier cuerpo material:

ESTRUCTURA «…hace referencia al conjunto de elementos resistentes capaz de mantener sus formas y cualidades a lo largo del tiempocualidades a lo largo del tiempo, bajo la acción de las cargas y agentes exteriores a que ha deagentes exteriores a que ha de estar sometido;…»

EDUARDO TORROJA (Razón y ser de los tipos estructurales)

ESTRUCTURA RESISTENTETodos los cuerpos materiales están basados en una estructura que les permite:

-conservar/definir su forma

mantener el cuerpo en-mantener el cuerpo en equilibrio

Cumplir con la función para p pla cual fue diseñado

¿CUÁL ES EL ORIGEN DE UNAORIGEN DE UNA

ESTRUCTURA RESISTENTE?

La naturaleza es la primera referencia al diseño de laestructura resistente.

El hombre es capaz de construir estructuras artificiales,en algunos casos siguiendo fuertemente ejemplosen algunos casos siguiendo fuertemente ejemplos“naturales”.

ORIGEN:ORIGEN:NATURAL

ARTIFICIAL

É FORMAN UNA¿QUÉ TIPO DE COMPONENTES…

FORMAN UNA ESTRUCTURA?

QUÉ TIPO DE COMPONENTES¿QUÉ TIPO DE COMPONENTES FORMAN UNA ESTRUCTURA?

LAMINARES MASIVOS ENTRAMADOSLAMINARES MASIVOS ENTRAMADOS

LAMINARES - CÁSCARAS – CARCASASSe trata de elementos superficiales conformados,que definen estructuras capaces de resistir lasfuerzas cumplir funciones protectoras y mantener lafuerzas, cumplir funciones protectoras y mantener laforma del cuerpo.

MASIVOS Conforman un cuerpo macizo encargado de resistirlos esfuerzos manteniendo su forma.

ENTRAMADOS Se integran por piezas que forman entre sí unentramado. En general las piezas tienen forma debarras y el diseño de su disposición y vínculo esbarras y el diseño de su disposición y vínculo esfundamental para que el conjunto cumpla su función

otras características:MOVILIDAD:

O / ÓMOVILIDAD INTERNA: FIJA / MÓVILMOVILIDAD “EXTERNA”: FIJA / TRASLADABLE

Requiere diseñar la unión entre las partes y los vínculos con el soporte de la estructura

t l l f ió d dpara que esta cumpla con la función deseada

MOVILIDAD: MOVILIDAD INTERNA: FIJA / MÓVIL

MOVILIDAD: MOVILIDAD EXTERNA: FIJA / TRASLADABLE

otras característicasMATERIAL(ES) QUE LA CONFORMAN

.

.

.

.

.

¿CÓMO SE ANALIZA Y SE DISEÑA UNAY SE DISEÑA UNA

ESTRUCTURA?

ANÁLISIS Y DISEÑOANÁLISIS Y DISEÑO

j t d l t i t tconjunto de elementos resistentes capaces de mantener sus formas y

lid d l l d l ticualidades a lo largo del tiempo, bajo la acción de las cargas y

t t i h d tagentes exteriores a que ha de estar sometido

CARGAS

DEFORMACIONES ( difi ió d l di i d l t(modificación de las dimensiones de los componentes

de la estructura cuando están bajo carga)

ANÁLISIS Y DISEÑOANÁLISIS Y DISEÑOCARGAS DEFORMACIONES

ANÁLISIS Y DISEÑOANÁLISIS Y DISEÑOCARGAS DEFORMACIONESCARGAS DEFORMACIONES

ANÁLISIS Y DISEÑOANÁLISIS Y DISEÑOCARGAS DEFORMACIONES

ANÁLISIS Y DISEÑOCARGAS: se constituyen como fuerzas

Una fuerza se representa como un vector:- magnitud (valor en Newton)

di ió tid- dirección y sentido- punto de aplicación

Carga lateral(efecto del viento)

Carga gravitatoria (peso de los bloques)

CARGAS: gravitatoriasD d d l l ió d l d d b lDependen de la masa y la acción de la gravedad sobre elelemento que ejerce la fuerza = PESO.

Todos los cuerpos poseen una masa y están afectadospor la gravedad……. Todas las estructuras están exigidaspor su propio peso.

??

CARGAS: gravitatoriasFuerza ejercida por 15 BLOQUES sobre el TABLÓN:

a) 15 x VOLUMEN x PESO ESPECÍFICOa) 15 x VOLUMEN x PESO ESPECÍFICO

15 x 0,12m x 0,19m x 0,4m x 13000N/m3 = 1778,4N = 181,3kg, , g

Fuerza ejercida por el peso del TABLÓN:690N 70 kb) 2m x 0,025m x 0,3m x 4600N/m3 = 690N=70 kg

Total: 2468,4N = 251,3kgTotal: 2468,4N 251,3kg

CARGAS: formas de aplicación p

concentrada

distribuida

CARGAS: distribución y deformacióny

¿Cómo será la deformación del estante en cada caso?

CARGAS: permanentes - eventualesCARGAS: permanentes - eventuales

Se calculan

CARGAS: permanentes - eventualesCARGAS: permanentes eventuales

Están normalizadas

CARGAS: permanentes - eventuales

Definen un diseño

DEFORMACIONES: Se admite que los cuerpos rígidos no se deforman bajoSe admite que los cuerpos rígidos no se deforman bajolas acciones de las fuerzas.Sin embargo todos los cuerpos son elásticos y seg p ydeforman.El diseño debe contemplar una deformación aceptable(por seguridad y por confort)

DEFORMACIONES: El diseño debe contemplar una deformación aceptableEl diseño debe contemplar una deformación aceptable(por seguridad y por confort)

DEFORMACIONES: Se describe como el cambio de dimensiones ySe describe como el cambio de dimensiones y

consecuentemente de forma resultante de la acción de las cargas.g

En general puede plantearse una relación proporcional entre la carga y la deformación que definen el llamado

MÓDULO ELÁSTICO

Algunos materiales según la intensidad de la carga pueden comportarse como elásticos o no.p p

Es necesario conocer y estudiar el comportamiento de cada material para definir el valor de carga que se puede

li d f i blaplicar para generar deformaciones aceptables

DEFORMACIONES:

DEFORMACIONES:

Algunos materiales según la intensidad de la carga pueden comportarse como elásticos o no.p p

Es necesario conocer y estudiar el comportamiento de cada material para definir el valor de carga que se puede

aplicar para generar deformaciones aceptables

CARGASCARGAS

ESFUERZOS - EQUILIBRIO

DEFORMACIONES:

1. ESFUERZOS:

Representan el modo que las partes de una

t testructura, se ven afectadas internamente b j l ió d lbajo la acción de las cargas.

Están asociados a diferentesdiferentes deformaciones.

1. ESFUERZOS:

•COMPRESIÓNCOMPRESIÓN

TRACCIÓN•TRACCIÓN

•CORTE-CIZALLA

•FLEXIÓN

•TORSIÓN•TORSIÓN

ESFUERZOS:

•COMPRESIÓN eCOMPRESIÓN eEsfuerzo aplicado en elEsfuerzo aplicado en el sentido de la pieza que provoca que las

e/2e/2

p qpartículas del mismo se acerquen. e/2Cuando se aplica tiende a acortarla y a generara acortarla y a generar un “abarrilamiento”

ESFUERZOS:

•COMPRESIÓNe/2

COMPRESIÓN

Esfuerzo aplicado en elEsfuerzo aplicado en el sentido de la pieza que provoca que las p qpartículas del mismo se acerquen.

Cuando se aplica tiende a acortarla y a generara acortarla y a generar un “abarrilamiento”

ESFUERZOS:

•TRACCIÓNTRACCIÓN

Esfuerzo aplicado en elEsfuerzo aplicado en el sentido de la pieza que provoca que las p qpartículas del mismo se alejen.

Cuando se aplica tiende a estirarla y a generar una estirarla y a generar un afinamiento de la sección

ESFUERZOS:

•TRACCIÓNTRACCIÓN

Esfuerzo aplicado en elEsfuerzo aplicado en el sentido de la pieza que provoca que las p qpartículas del mismo se alejen.

Cuando se aplica tiende a estirarla y a generar una estirarla y a generar un afinamiento de la sección

ESFUERZOS:

•FLEXIÓNFLEXIÓNEsfuerzo aplicado en el sentido perpendicular alsentido perpendicular al eje de la pieza que provoca que las partículas del mismo se alejan unas y se

tacerquen otras

Cuando se aplica tiendeCuando se aplica tiende a generar un giro de la pieza.

ESFUERZOS:

•FLEXIÓNCuando se aplica tiende a generar un giro de la pieza.FLEXIÓN generar un giro de la pieza.

ESFUERZOS:

•Compresión…flexiónBajo esfuerzo de COMPRESIÒN, según las proporciones de la pieza, si ésta es muy

b lt desbelta, se puede producir el PANDEO.

Causas: La carga no va por el ejeEl material no es homogéneo (respuesta variable)variable)

ESFUERZOS:

•CORTECORTESe produce al aplicar cargas en direccionescargas en direcciones opuestas perpendiculares al eje de la pieza que tienden a separar una sección de otra

ESFUERZOS:

•TORSIÓNTORSIÓNSe produce al aplicar cargas que hacen girar al eje de la piezahacen girar al eje de la pieza

Recursos de DISEÑO de acuerdo a los ESFUERZOS1. MATERIAL2 FORMA2. FORMA

LOS MATERIALES Y LOS ESFUERZOS:

MADERA:MADERA:Resistencia a tracción: depende de la dirección de la fibra……

Valores posibles: 28-18 N/mm2 A CUAL DIRECCIÒN CORRESPONDE?

0,3-0,4N/mm2 A CUAL DIRECCIÒN CORRESPONDE?

Resistencia a compresión: depende de la dirección de la fibra……16-23 N/mm24,3-,7 N/mm2

LOS MATERIALES Y LOS ESFUERZOS:METALES NO FERROSOS:

COBRE:Resistencia a tracción: 176N/mm2

ESTAÑO:ESTAÑO:Resistencia a tracción: 49N/mm2

CINC:CINC:Resistencia a tracción: 30-200N/mm2

LOS MATERIALES Y LOS ESFUERZOS:METALES FERROSOS:

ACERO:Resistencia a tracción: 550-720N/mm2

LAS FORMAS Y LOS ESFUERZOS:INERCIA DE LAS SECCIONES

Caso de la flexión

Optimización de la sección:¿Cuál sección resistirá mejor?¿Cuál está mejor diseñada estructuralmente?

EQUILIBRIO ESTÀTICO:EQUILIBRIO ESTÀTICO:

El equilibrio en una estructura se consigue cuando:

LA ESTRUCTURA NO SE DESPLAZA VERTICALMENTE

LA ESTRUCTURA NO SE DESPLAZA HORIZONTALMENTE

LA ESTRUCTURA NO GIRA

EQUILIBRIO:EQUILIBRIO:

El equilibrio en una estructura se consigue cuando:

LA ESTRUCTURA NO SE DESPLAZA VERTICALMENTE: FV = 0

LA ESTRUCTURA NO SE DESPLAZA HORIZONTALMENTE: FH = 0

LA ESTRUCTURA NO GIRA: M = 0

EQUILIBRIO ESTÁTICO:EQUILIBRIO ESTÁTICO:

El equilibrio en una estructura se consigue cuando:

LA ESTRUCTURA NO SE DESPLAZA VERTICALMENTE: FV = 0

LA ESTRUCTURA NO SE DESPLAZA HORIZONTALMENTE: FH = 0

LA ESTRUCTURA NO GIRA: M = 0

EQUILIBRIO:EQUILIBRIO:

EQUILIBRIO:EQUILIBRIO: FV 0 FV = 0

1 2

1+21 2

1+2

1 2

1+2+33 1+2+33

1+2+3Está en Equilibrio?

FV = 0FV = 0M = 0

1 2

1+2+33 1 2 3

1 2 3

3M

1+2+3Par de fuerzas separadas “d”

i t M F d

d

provocan un giro o momento M= Fxd¿Cómo resuelvo?

¿Cómo resuelvo?

21

2

DISEÑANDO LA BASE DELDISEÑANDO LA BASE DEL OBJETO “MUY PESADA” PARA QUE EN LA PEOR SITUACIÒN,

3QUE EN LA PEOR SITUACIÒN, LA RESULTANTE CAIGA DENTRO DE SU PROYECCIÒN

1+2+3Está dentro delEstá dentro del área de la base

DISEÑANDO UNA BASEDISEÑANDO UNA BASE EXTENDIDA PARA QUE EN LA PEOR SITUACIÒN, LAPEOR SITUACIÒN, LA RESULTANTE DE LAS REACCIONES PUEDA EQUILIBRAR LA FUERZA RESULTANTE

FV = 0M = 0

d

M = 0

Contrarrestando la fuerza vertical dContrarrestando la fuerza vertical con la reacción del apoyo y el Momento con una segunda fuerza gde reacción que provoque un giro contrario

CARGAS (SOBRE EL CONJUNTO O SOBRE CADA

PARTE)PARTE)

ESFUERZOS – EQUILIBRIODel conjunto y de cada

parte

DEFORMACIONES Del conjunto y de cada parteDel conjunto y de cada parte

Ejemplo de análisis:

S l l-Señalar las partes componentes de esta estructura

-identificar las acciones (cargas)

-Señalar las deformaciones de cada componente

-Señalar como se consigue el equilibrio globalequilibrio global