Estática de las Estructuras
Alemán Ramírez, Tomás Wilson
¿Busca un apoyo de confianza para consolidar sus conocimientos acerca del estudio de las estructuras? Si le apasionan los edificios, puentes, embalses y otras obras de ingeniería civil, debe saber que su análisis y diseño involucran procesos fisicomecánicos muy complejos. Estos resultan fáciles de entender cuando se tiene una sólida comprensión teórica y práctica de las leyes q...
Sinopsis
¿Busca un apoyo de confianza para consolidar sus conocimientos acerca del estudio de las estructuras? Si le apasionan los edificios, puentes, embalses y otras obras de ingeniería civil, debe saber que su análisis y diseño involucran procesos fisicomecánicos muy complejos. Estos resultan fáciles de entender cuando se tiene una sólida comprensión teórica y práctica de las leyes que gobiernan el equilibrio estático de las estructuras. El equilibrio estático proporciona la base teórica para examinar una variedad de proyectos infraestructurales y se halla en diversas ramas de la ingeniería civil. Comprender y aplicar las leyes del equilibrio estático será la principal fortaleza durante su preparación como ingeniero civil. En Estática de las estructuras encontrará los conceptos necesarios para la cimentación de los conocimientos concernientes a la estática de las partículas. También descubrirá los fundamentos correspondientes a la estática del cuerpo rígido. Asimismo, al finalizar su lectura: ' Comprenderá cómo actúan las cargas en las diversas estructuras. ' Reconocerá la importancia que tiene la geometría de los cuerpos para mantener su equilibrio estático. ' Aplicará las ecuaciones de equilibrio a situaciones cotidianas. ' Tendrá mayor facilidad para abordar tópicos mucho más complejos en diversas áreas de la ingeniería civil. ' Podrá realizar sus primeros proyectos. Además, en la parte inferior de la primera página del libro encontrará el código de acceso que le permitirá descargar de forma gratuita los contenidos adicionales en www.marcombo.info. Sin duda, esta obra le brindará la seguridad que necesita para construir su brillante futuro en la ingeniería civil. ¡Proporcione a sus proyectos el firme cimiento que merecen! Tomás Wilson Alemán Ramírez es ingeniero civil, titulado por excelencia en la Universidad Autónoma Gabriel René Moreno. Tiene un máster en Educación Superior Tecnológica y más de veinte años de experiencia profesional en análisis y diseño de estructuras. Es director de Ingeniería Civil de la Universidad Católica Boliviana en su sede Santa Cruz y docente de las asignaturas: Estructuras Isostáticas, Estructuras Hiperestáticas, Resistencia de Materiales, Análisis Matricial de Estructuras, Elementos Finitos y Teoría de la Elasticidad.
Índice
Prólogo ............................................ XIII
Agradecimientos ............................... XV
CAPÍTULO 1
PRINCIPIOS FUNDAMENTALES
DE MECÁNICA ...................................... 1
1.1. Conceptos básicos ..................... 1
1.1.1. Concepto de física ................... 1
1.1.2. Partes de la física .................... 3
1.1.3. Concepto de mecánica ........... 4
1.1.3.1. Concepto de estática ........... 4
1.1.3.2. Concepto de dinámica ......... 4
1.1.3.3. Concepto de cinemática ...... 4
1.2. Principios fundamentales
de la mecánica ................................... 4
1.2.1. Fuerza equivalente .................. 4
1.2.2. Principio de transmisibilidad
de fuerzas ........................................... 5
1.2.3. Primera ley de Newton ............ 5
1.2.4. Segunda ley de Newton .......... 6
1.2.5. Tercera ley de Newton ............ 7
1.2.6. Ley gravitatoria de Newton ..... 7
1.3. Planteamiento de problemas
de mecánica de cuerpo rígido ........... 8
1.3.1. Problemas de estática ............ 8
1.3.2. Problemas de dinámica .......... 8
CAPÍTULO 2
ESTÁTICA DE PARTÍCULAS ................ 9
2.1. Resultante de fuerzas
concurrentes y coplanarias ............... 9
2.1.1. Métodos gráficos ................... 10
2.1.1.1. Método del paralelogramo 10
2.1.1.2. Método del triángulo ......... 12
2.1.1.3. Método del polígono .......... 13
2.1.2. Métodos analíticos ................ 15
2.1.2.1. Resultante de fuerzas
colineales .......................................... 15
2.1.2.2 Resultante de dos fuerzas
concurrentes, coplanarias y
ortogonales ...................................... 15
2.1.2.3. Resultante de dos
fuerzas concurrentes, coplanarias
y no ortogonales .............................. 16
2.1.2.4. Resultante por
descomposición de fuerzas ............ 19
2.2. Esfuerzo normal en sistemas
estructurales simples ...................... 21
2.3. Problemas de esfuerzo
normal en el espacio ....................... 28
2.3.1. Descomposición de
fuerzas en el espacio ...................... 29
2.3.2. Ángulos directores ................ 30
Prácticas........................................... 35
CAPÍTULO 3
SISTEMA EQUIVALENTE
DE FUERZAS ...................................... 83
3.1. Definición de momento ........... 83
3.1.1. Significado geométrico
del momento .................................... 85
3.2. Teorema de Varignon .............. 86
3.3. Resultante de dos o más
fuerzas paralelas ............................. 87
3.4. Tipos de cargas ........................ 89
3.4.1. Cargas superficiales ............. 89
3.4.2. Cargas volumétricas ............. 90
3.4.3. Cargas másicas .................... 92
3.5. Cargas distribuidas
lineales ............................................. 92
3.5.1. Carga rectangular ................. 92
3.5.2. Carga triangular .................... 94
3.5.2.1. Carga triangular de
una pendiente .................................. 95
3.5.2.2. Carga triangular
simétrica de dos pendientes .......... 98
3.5.2.3. Carga triangular
asimétrica de dos pendientes ...... 100
3.5.3. Carga trapezoidal ............... 101
3.5.4. Carga según una función ... 104
3.6. Propiedades de las cargas
distribuidas .................................... 106
3.7. Esfuerzos normales en
sistemas con fuerzas
coplanarias y no concurrentes ..... 108
3.8. Problemas en el espacio ....... 109
Prácticas ........................................ 111
CAPÍTULO 4
TIPOLOGÍA DE LAS
ESTRUCTURAS ................................ 165
4.1. Sistema estructural ............... 165
4.1.1. Partes de un sistema
estructural ..................................... 166
4.1.2. Idealización ......................... 167
4.1.2.1. Idealización de barras
o elementos ................................... 167
4.1.2.2. Idealización de apoyos ... 169
4.1.2.3. Idealización de uniones .. 170
4.2. Clasificación de las
estructuras..................................... 171
4.2.1. Según su tipo de material . 171
4.2.2. Según su tipo de
idealización .................................... 173
4.2.3. Según su condición
cinemática ..................................... 174
4.2.4. Según su grado de
restricciones .................................. 175
4.2.5. Según la cantidad de ejes
de referencia ................................. 175
4.2.6. Según su uso ...................... 176
4.2.7. Según las características
de sus cargas ................................ 177
4.3. Tipología de las estructuras
isostáticas coplanarias ................. 177
4.3.1. Vigas .................................... 177
4.3.2. Pórticos o marcos ............... 178
4.3.3. Reticulados o cerchas ........ 178
4.3.4. Arcos ................................... 179
CAPÍTULO 5
EQUILIBRIO DE CUERPO
RÍGIDO ............................................. 181
5.1. Concepto de equilibrio ........... 181
5.2. Condiciones de equilibrio
estático ........................................... 182
5.2.1. Reacciones en
los apoyos ...................................... 183
5.3. Estructura isostática,
hiperestática e hipostática ........... 186
5.4. Combinación de las
ecuaciones de equilibrio ............... 189
5.5. Número mínimo de
reacciones para mantener el
equilibrio estático .......................... 190
5.6. Dependencia lineal ................ 191
5.7. Tipología de cargas ................ 193
5.7.1. Cargas puntuales ................ 193
5.7.2. Cargas distribuidas ............. 193
5.7.2.1. Cargas distribuidas
en ejes globales ............................. 194
5.7.2.2. Cargas distribuidas
en ejes locales ............................... 194
5.7.2.3. Cargas distribuidas
en barras oblicuas ......................... 195
5.7.2.4. Cargas en arcos
circulares ........................................ 196
5.8. Articulaciones ......................... 202
5.8.1. Verificación de
isostaticidad y estabilidad en
estructuras con articulaciones ..... 204
5.8.1.1. Verificación de
isostaticidad ................................... 204
5.8.1.2. Verificación de
estabilidad...................................... 207
5.8.2. Ecuaciones adicionales
de equilibrio ................................... 210
5.9. Prueba para verificar las
reacciones obtenidas .................... 214
5.10. Apoyos oblicuos ................... 215
5.11. Problemas en el espacio ..... 216
Prácticas ........................................ 218
CAPÍTULO 6
CARACTERÍSTICAS
GEOMÉTRICAS DE
LAS SECCIONES.............................. 311
6.1. Características geométricas
de una sección .............................. 311
6.2. Área de la sección ................. 312
6.3. Baricentro o centro de
gravedad ........................................ 316
6.3.1. Propiedades del
baricentro ...................................... 319
6.4. Momento estático o
momento de primer orden ............ 323
6.5. Momento de inercia o
momento de segundo orden ........ 327
6.5.1. Teorema de Steiner para
momento de inercia ...................... 336
6.5.2. Propiedades del momento
de inercia ....................................... 339
6.6. Momento de inercia polar ..... 344
6.7. Producto de inercia ............... 346
6.7.1. Teorema de Steiner para
producto de inercia ....................... 353
6.7.2. Propiedades del producto
de inercia ....................................... 355
6.8. Otras características de las
secciones ....................................... 359
6.8.1. Radio de giro ..................... 359
6.8.2. Módulo resistente .............. 359
Prácticas ........................................ 361
CAPÍTULO 7
INTRODUCCIÓN A LOS
ESFUERZOS INTERNOS.................. 491
7.1. Concepto de esfuerzo
interno ............................................ 491
7.2. Esfuerzos internos en
una sección .................................... 492
7.2.1. Vigas .................................... 494
7.2.2. Pórticos ................................ 496
7.2.3. Reticulados ......................... 499
7.2.4. Arcos .................................... 501
7.2.5. Estructuras espaciales ....... 503
7.3. Diagrama de esfuerzos
en vigas biapoyadas ...................... 504
7.3.1. Carga rectangular ............... 504
7.3.2. Carga triangular .................. 506
7.3.3. Carga puntual ..................... 508
7.3.4. Momento puntual ............... 511
Prácticas......................................... 513
ANEXO
GLOSARIO TÉCNICO ....................... 563
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