INFORME FINAL DE EQUILIBRIO DE ESTRUCTURAS (2)

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FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
INFORME ACADÉMICO
“EQUILIBRIO DE FUERZAS EN ESTRUCTURAS”
AUTOR(ES)
CHARQUI VILLACAQUE JUAN CARLOS. 
CHICO CHILCA ARNOL MARCIAL
JIMENEZ LAGUNA RONALDO AQUILINO.
PAUCAR TADEO HENRY JEFFERSON. MACEDO DOLORES JUNIOR WILMER OSORIO IMAN GIAN FRANCO.
ASESOR:
WILFREDO JAVIER VALDIVIA ROJAS
HUARAZ-PERÚ 2023
 INDICE
“EQUILIBRIO DE FUERZAS EN ESTRUCTURAS”	1
1	INTRODUCCIÓN	3
2	DESARROLLO	4
3	MARCO TEÓRICO	4
3.1	ANTECEDENTES	4
4	EQUILIBRIO DE FUERZAS	4
4.1	DEFINICIÓN DE FUERZAS	4
4.2	¿QUÉ ES EQUILIBRIO DE FUERZAS?	4
4.3	ESTRUCTURAS	6
5	DEFINICIÓN	6
6	CONDICIONES QUE DEBE DE CUMPLIR UNA ESTRUCTURA	7
6.1	RESISTENCIA:	7
6.2	ESTABILIDAD:	7
6.3	RIGIDEZ:	7
6.4	DURABILIDAD:	7
7	CLASIFICACIÓN DE ESTRUCTURAS	7
7.1	ESTRUCTURAS DISCRETAS:	8
7.1.1	CELOSIAS:	8
7.1.2	VIGAS:	8
7.1.3	EMPARRILLADO PLANO:	9
7.1.4	ARCOS:	9
7.2	ESTRUCTURAS CONTINUAS	9
7.2.1	MEMBRANAS PLANAS:	9
7.2.2	PLACAS:	10
7.2.3	SÓLIDOS:	11
7.2.4	11
8	FASE EXPERIMENTAL:	11
8.1	Materiales:	11
9	TABLA DE PRECIOS:	12
10	PROCESO DE CONSTRUCCION:	12
11	CONCLUCIONES	14
12	REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS	16
13	ANEXOS:	17
INTRODUCCIÓN
La estática determina las condiciones bajo las cuales un cuerpo actuado por diversas fuerzas permanece en equilibrio, es decir en reposo. El desarrollo de la estática viene desde mucho tiempo atrás, mucho antes del desarrollo de la dinámica. Algunos de sus principios fueron formulados por los egipcios y los babilónicos en problemas relacionados con la construcción de las pirámides y de templos. Entre los más antiguos escritos sobre este tema se puede mencionar a Arquímedes quién formuló los principios del equilibrio de fuerzas actuando en palancas y algunos principios de la hidrostática.
Dentro del presente trabajo de investigación trataremos principalmente sobre el equilibrio de fuerzas en estructuras de un puente elaborada a base de palitos de chupetes, siendo así que tenemos como objetivo general comprobar el comportamiento estructural de un puente sometido a fuerzas que actúan en equilibrio para lo cual diseñaremos un puente elaborado a base de palitos de chupetes tamaño maqueta que evidencie la importancia de la física en las grandes estructuras de la ingeniería.
Para el desarrollo pertinente del trabajo, en primer momento nos referiremos sobre el marco teórico en la realizaremos precisiones sobre el antecedente de equilibrio de fuerzas en estructuras y los conceptos más relevantes respecto al tema, como son: equilibrio de fuerzas y estructuras, posteriormente nos enfocaremos en dar algunos detalles respecto a las condiciones que debe de cumplir una estructura, la clasificación de la misma y para concluir se plasmará información respecto a la fase experimental de elaboración de un puente a base de palitos de chupete.
Finalmente, hay que mencionar que con la realización teórica y práctica del presente proyecto y posterior presentación del trabajo al docente y compañeros; esperamos aportar al conocimiento del público en general.
DESARROLLO
MARCO TEÓRICO
ANTECEDENTES
El desarrollo de la estática viene desde mucho tiempo atrás, mucho antes del desarrollo de la dinámica. Algunos de sus principios fueron formulados por los egipcios y los babilónicos en problemas relacionados con la construcción de las pirámides y de templos. Entre los más antiguos escritos sobre este tema se puede mencionar a Arquímedes quién formuló los principios del equilibrio de fuerzas actuando en palancas y algunos principios de la hidrostática.
EQUILIBRIO DE FUERZAS
DEFINICIÓN DE FUERZAS
A lo expuesto, según (Estefania, 2017) nos menciona que:
La fuerza es todo agente con capacidad para modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. Lo que mide la fuerza, en tanto magnitud vectorial, es la intensidad de las interacciones entre dos partículas o sistemas de partículas.
Se distingue de los conceptos de trabajo (que existe cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo generando su desplazamiento) y de energía (que es una medida de la capacidad que tiene una partícula o cuerpo de generar trabajo).
Isaac Newton inventó el primer instrumento para medir fuerzas, denominado dinamómetro. Dado que el peso es una forma de fuerza, también es utilizado para pesar objetos.
Teniendo en cuenta a lo mencionado que la fuerza es relevante con las interacciones entre partículas de una materia cuales quiera, siendo a si el primer instrumento dinamómetro para los objetos.
¿QUÉ ES EQUILIBRIO DE FUERZAS? 
“Para que un cuerpo se encuentre en equilibrio de traslación la sumatoria de fuerzas sobre él debe ser cero o sea su resultante debe ser nula. Que un cuerpo se encuentre en equilibrio de traslación no implica que este quieto, puede moverse a velocidad constante en línea recta. 
Analicemos esta condición para el caso particular de un plano inclinado. Un plano inclinado es una superficie plana que forma un ángulo α con la línea horizontal.” (f.cun., 2019) pg-7,8 
.: Como sabemos que un equilibrio de fuerza que este inmóvil en todo aspecto en un plano inclinada o vertical para que se mantenga el equilibrio 
ESTRUCTURAS
DEFINICIÓN
La Ingeniería Estructural es una especialidad de la ingeniería civil que se ocupa de la investigación, planificación, análisis, diseño, construcción, inspección, evaluación, monitoreo, mantenimiento, rehabilitación y demolición de estructuras permanentes y temporales. Adicionalmente, considera los aspectos técnicos, económicos, ambientales, estéticos y sociales de las estructuras.
La ingeniería estructural es una profesión que ofrece una gran oportunidad para hacer una diferencia real en la vida de las personas y su medio ambiente.
Los ingenieros estructurales son responsables de:
Evaluar el efecto de las cargas sobre la estructura a lo largo de su vida útil.
Establecer cómo la estructura va a soportar las cargas. Seleccionar los materiales, componentes y conexiones de la estructura que soportarán las cargas de forma segura y sin deformación excesiva.
Planificar una secuencia de construcción segura.
Preparar dibujos y especificaciones de la estructura completa. Supervisar la construcción para verificar que los planos constructivos son seguidos al detalle.
Los ingenieros estructurales son responsables del análisis y el diseño de estructuras. El análisis es el proceso de determinar las fuerzas en cada elemento de una estructura (tal como una viga) cuando la configuración de los elementos ya está definida. El diseño es el proceso de configuración de elementos para resistir las fuerzas cuya magnitud ya es conocida. El análisis y el diseño son procedimientos
complementarios en el proceso general de diseño de nuevas estructuras.
CONDICIONES	QUE	DEBE	DE	CUMPLIR	UNA ESTRUCTURA
Debido a su artículo ¿Qué condiciones debe cumplir una estructura metálica?, (Orientanet, 2023) nos menciona qué:
argumento que una estructura debe ser resistente, capaz de soportar cargas, estable, duradera, atractiva y eficiente energéticamente para que cumpla con su función. Estas condiciones son esenciales para garantizar la eficacia y seguridad de la construcción a largo plazo. Las estructuras deben cumplir con cuatro requisitos fundamentales para mantener la seguridad y la estabilidad.
RESISTENCIA: 
Las estructuras deben poder soportar cargas y fuerzas sin dañarse o romperse. Esto implica que deben ser construidos con materiales duraderos y resistentes, como el acero y el hormigón, y que deben ser diseñados para soportar el peso de la estructura y cualquier otra cosa que se agrega a ella.
ESTABILIDAD: 
Las estructuras deben poder estabilizarse de pie y no inclinarse ni colapsar cuando se aplican cargas. Esto significa que deben diseñarse para distribuir las cargas de manera uniforme para evitar fallas estructurales.
RIGIDEZ:
 Las estructuras no deben sufrir deformaciones excesivas como resultado de las cargas aplicadas. Esto implica que deben ser capaces de resistir la torsión y la flexión sin perdersu forma y estabilidad. 
DURABILIDAD:
 Las estructuras deben ser capaces de soportar los cambios ambientales a lo largo de su vida útil. Esto implica que deben ser construidos con materiales que sean resistentes a la corrosión y al desgaste y que sean capaces de soportar las cargas que persistirán con el tiempo
En tanto a lo mencionado nos referimos a la función con eficacia y seguridad a largo plazo, una estructura debe tener resistencia, estabilidad, rigidez, durabilidad y debe ser atractiva y eficiente energéticamente. Para lograrlo, debe resistir las deformaciones, mantenerse en equilibrio, soportar cargas sin dañarse y resistir los cambios ambientales.
CLASIFICACIÓN DE ESTRUCTURAS
Una estructura, en general está formada por elementos interconectados, los cuales independientemente de su forma, se consideran en una, dos o tres dimensiones. Por lo tanto, es necesario conocer cuáles son algunas de ellas e identificar su función y relación entre cada una de ellas. (Constructor civil, 2019).
ESTRUCTURAS DISCRETAS:
CELOSIAS:
Es un tablero calado para cerrar vacíos, como las ventanas y balcones. Su aspecto común es el de un enrejado de finos listones de madera, pero puede ser de otro material como de madera sintética, plástico o metal. Asimismo, son consideradas celosías los dibujos en piedras u otros materiales de obra que cierran por partes una ventana o hueco similar. Sirven para impedir ser visto, pero permite ver y deja penetrar la luz y el aire. Igualmente pueden utilizarse para demarcar espacios entres zonas, además de destacar como elemento decorativo en la arquitectura, pues a enmarcado positivamente en la arquitectura moderno y la contemporánea actual. (Basset L. y Guardiola, A. (s.f.)
VIGAS:
Las vigas son pieza importante en la resistencia, que conforma la montura de los edificios arquitectónicas. Se someten al soporte de estructuras y cargas en las obras, permitiendo la flexibilidad. Son utilizados para soportar techos y las aberturas de manera que permita el aseguramiento de la estructura. Son elementos estructurales muy resistentes, con piezas horizontales con un gran grosor que se someten a esfuerzos de flexión, los cuales llegan a producir tensiones de compresión y tracción, además, también es un elemento estructural de los puentes. Por tanto, se debe comprobar que soporten a la perfección los esfuerzos de tracción y compresión; de un modo paralelo. (Luis Navarro, 2021).
EMPARRILLADO PLANO:
Un emparrillado plano es una estructura plana de barras con nudos rígidos cuyas cargas actúan perpendiculares al plano de la estructura. Resulta importante destacar que la única diferencia con el pórtico plano consiste en la dirección en que actúan las cargas. Dado que todas las estructuras en rigor son tridimensionales, una estructura plana recibe, en general, cargas en todas direcciones y trabaja simultáneamente como pórtico y emparrillado. Además, cada estructura suele tener un tipo de carga dominante que condiciona que la misma sea clasificada como pórtico o emparrillado. En un caso genérico en que las cargas predominantes no están todas contenidas en el plano de la estructura, ni son todas perpendiculares a dicho plano, siempre es posible considerar al sistema dado como un pórtico plano superpuesto con un emparrillado plano. (María Escobar, 2016).
ARCOS:
Un arco es una estructura formada por elementos curvilíneos que descansan sobre sopor tes. Se utiliza para estructuras de gran envergadura, como hangares de aeronaves y puentes largos. Una de las principales características distintivas de un arco es el desarrollo de empujones horizontales en los soportes, así como las reacciones verticales, incluso en ausencia de una carga horizontal. Las fuerzas internas en cualquier sección de un arco incluyen compresión axial, fuerza de corte y momento de flexión. El momento de flexión y la fuerza de corte en dicha sección de un arco son comparativamente menores que los de una viga del mismo lapso debido a la presencia de los empujones horizontales. Los empañamientos horizontales reducen significativamente los momentos y las fuerzas de corte en cualquier sección del arco, lo que resulta en un tamaño de miembro reducido y un diseño más económico en comparación con otras estructuras. Adicionalmente, los arcos también son estéticamente más agradables que la mayoría de las estructuras. (René Alderliesten, s.f).
ESTRUCTURAS CONTINUAS:
MEMBRANAS PLANAS:
Son de estructuras planas y espaciales tuvo como objetivo optimizar
el análisis matricial de estructuras planas y espaciales por medio del desarrollo del simulador, el cual se integra de tres lenguajes. Siendo el simulador una herramienta de interés para la comunidad académica y profesional relacionados a la Ingeniería Civil, ya que este presenta una interfaz amigable al usuario, permitido acceder desde cualquier equipo de cómputo y/o dispositivo móvil con conexión a internet. El método de investigación que se presenta en este trabajo es el método analítico, siendo una investigación de tipo aplicada, teniendo como población de estudio todos los elementos tipo armaduras, vigas continuas y pórticos planos.
PLACAS:
Las placas tienen una estructura compuesta por varias capas que varían en función del tipo de placa y su función específica. A continuación, describimos las capas más comunes:
Capa superior o de superficie: Es la capa que está en contacto directo con el objeto de que se coloca sobre la placa. Esta capa puede estar hecha de diferentes materiales, como vidrio, cerámica, plástico o metal, dependiendo del propósito de la placa.
Capa aislante: Esta capa se utiliza para evitar la transferencia de calor o electricidad entre la superficie de la placa y su base. Suele estar hecha de un material aislante, como el silicio o el óxido de aluminio.
Capa conductora: Esta capa se encuentra debajo de la capa aislante y se utiliza para permitir la transferencia de energía entre la placa y su base. Esta capa está hecha de un material conductor, como el cobre.
Capa de sustrato o suelo: Es la capa de base de la placa y se encuentra en contacto con la superficie de trabajo. Suele estar hecha de un material resistente, como la cerámica o el vidrio.
Capa de adhesivo: Algunas placas pueden tener una capa de adhesivo que se utiliza para unir la placa y su base. Este adhesivo puede ser permanente o temporal
Cada tipo de placa puede tener diferentes capas o variantes en su estructura para adaptarse a su función específica. Por ejemplo, las placas de circuito impreso tienen una estructura similar, pero con múltiples capas conductoras y aislantes parala transmisión eléctrica.
SÓLIDOS:
Sólido: se refiere a un objeto tridimensional que tiene forma y volumen definidos y que no se deforma fácilmente ante fuerzas externas. Los sólidos son utilizados para representar elementos estructurales como columnas, vigas, paredes, entre otros, en diseños y cálculos de estructuras. Para el análisis de la resistencia de los sólidos se utilizan conceptos como esfuerzo, deformación y tensión. Los materiales que se usan para fabricarelementos sólidos en ingeniería civil pueden ser hormigón, acero, madera, entre otros.
FASE EXPERIMENTAL:
Materiales:
· Palitos de chupete.
· Palitos de bajalengua.
· Cúter.
· Regla.
· Lápiz de carpintero.
· Pegamento de madera (cola).
· UHU.
· Gancho de ropa.
TABLA DE PRECIOS:
	TABLA DE PRECIOS
	CANTIDAD
	PRECIO
	Palitos de chupete.
	300 und.
	S/ 10.00
	Palitos de bajalengua
	144 und.
	S/ 15.00
	Cúter
	1 und.
	S/ 2.00
	Regla.
	1 und.
	S/ 1.50
	Lápiz de carpintero.
	1 und.
	S/ 2.50
	Pegamento de madera (cola).
	1 und.
	S/ 15.00
	Uhu.
	1 und.
	S/ 15.00
	Gancho de ropa.
	1und.
	S/ 4.00
	Precio total :
	S/ 65.00
PROCESO DE CONSTRUCCION:
En este proyecto de investigación, nos embarcamos en un estudio sobre la construcción de estructuras equilibradas. Nuestro equipo, denominado "grupo 1", se ha basado en materiales específicos para llevar a cabo este proyecto. Nuestro enfoque inicial fue realizar mediciones precisas utilizando palitos de bajalengua.La idea era crear estructuras sólidas, centrándonos en la formación de triángulos en los lados laterales de un puente construido con estos palitos. Prestamos especial atención a las vigas superiores del puente, ya que son fundamentales para su resistencia.
Una vez finalizada la parte lateral del puente, lo sometimos a un proceso de fortalecimiento y estabilización. Colocamos el puente bajo el sol, permitiendo que los materiales se ajustaran y solidificaran, y utilizamos ganchos adicionales para reforzar su estructura. Luego, procedimos a construir la base del puente. Creamos un cuadrado con las medidas exactas de los bajalenguas y lo replicamos tres veces, cubriendo cada cuadrado con palitos de bajalengua. Nuevamente, dejamos que el sol hiciera su trabajo para asegurar una adecuada adhesión de los materiales
Después de casi una hora y catorce minutos de arduo trabajo, llegó el momento de unir la base con los lados laterales del puente. Para lograrlo, utilizamos pegamento UHU y cola de madera, asegurando un soporte sólido. Además, colocamos ladrillos encima del puente para añadir peso y mejorar la adherencia. Con todas las etapas completadas, decidimos agregar cruces hechas de doble bajalengua en la parte superior del puente, agregando un toque estético adicional.
Al día siguiente, nos reunimos nuevamente como grupo de investigación para evaluar el resultado de nuestro arduo trabajo. Realizamos pruebas de resistencia al someter el puente a cargas. Utilizamos ladrillos de 18 huecos, cada uno con un peso de 2.8 kg. Colocamos dos ladrillos en el suelo como base para el puente y luego añadimos otros cuatro ladrillos (11.2 kg) sobre el puente mismo. Observamos que todo funcionaba correctamente.
Animados por los resultados, decidimos incrementar aún más la carga. Añadimos cuatro ladrillos adicionales, sumando un total de 22.2 kg. Nuevamente, el puente mostró resistencia y estabilidad. Sin embargo, al notar que necesitábamos más ladrillos para seguir aumentando la carga, tomamos una decisión audaz. Decidimos que uno de los miembros más delgados del grupo, llamado Junior, subiera al puente para comprobar su resistencia. Con un peso de 61 kg, Junior se convirtió en una prueba viviente.
Inicialmente, todos estábamos nerviosos y temerosos de lo que pudiera ocurrir. Sin embargo, con el apoyo de todo el equipo, logramos superar nuestros miedos y tensiones. El puente resistió con éxito la prueba, y en ese momento nos sentimos valorados y satisfechos con el trabajo realizado.
CONCLUCIONES
Posterior a la realización del presente informe llegue a las siguientes conclusiones:
· La ingeniería estructural es una especialidad de la ingeniería civil que se ocupa de una variedad de actividades relacionadas con estructuras permanentes y temporales. El objetivo es investigar, planificar, analizar, diseñar, construir, inspeccionar, evaluar, monitorear, mantener, rehabilitar y demoler estructuras teniendo en cuenta aspectos técnicos, económicos, ambientales, estéticos y sociales.
· Los ingenieros estructurales son esenciales en la ingeniería porque deben evaluar el efecto de las cargas sobre las estructuras a lo largo de su vida útil, determinar cómo las estructuras soportarán esas cargas y seleccionar los materiales y componentes adecuados. Además, se encargan de preparar dibujos y especificaciones, planificar una secuencia de construcción segura y supervisar la construcción para asegurarse de que se sigan los planos constructivos.
· Por otro lado, las estructuras deben satisfacer los tres requisitos fundamentales: resistencia, rigidez y estabilidad, así como tener respuestas dinámicas adecuadas. La resistencia requiere que las estructuras brinden soporte y resistencia a la deformación provocada por factores externos. La rigidez es la capacidad de una estructura para resistir cargas y deformaciones significativas sin desplazarse demasiado. La estabilidad garantiza que la estructura sea segura y estable en todos los sentidos. El comportamiento de las estructuras ante cargas dinámicas se conoce como respuestas dinámicas.
· Las estructuras pueden ser discretas o continuas. Celosías, vigas, pórticos planos, emparrillados planos y arcos son ejemplos de estructuras discretas. Por otro lado, las membranas planas, placas y sólidas son ejemplos de estructuras continuas.
· Por lo tanto, la ingeniería estructural es un campo importante que tiene un gran impacto tanto en la vida de las personas como en el medio ambiente. Los ingenieros estructurales son esenciales para el análisis, diseño y construcción de estructuras eficientes y seguras. Las estructuras deben cumplir con las condiciones de resistencia, rigidez, estabilidad y respuesta dinámica para funcionar y ser seguras.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Coluccio, E. (2017, 24 de febrero). Fuerza. ENCICLOPEDIA HUMANIDADES. https://humanidades.com/fuerza/
Rafael. E(2019,09 de marzo) .equilibrio de fuerza. SEMINARIO UNIVERCITARIO
https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/secretarias/sac/ingreso/archivos/Unidad_3_fisica.pdf
Orientanet. (2023). Orientanet. Recuperado el 2023, de ¿Qué condiciones debe cumplir una estructura metálica?. https://www.orientanet.es/que-condiciones-debe-cumplir-una-estructura-metalica/
María Escobar. (2016). Revisión del estado del arte de las fórmulas de periodo fundamental aproximado. http://www.facultad.efn.uncor.edu/webs/departamentos/estruct/ae/apuntes/METODO%20DE%20RIGIDEZ-CAP10-VERSION2016.pdf
 
Luis Navarro. (4 de noviembre de 2021). Tipos de vigas y funciones. https://hierrosmoral.com/2021/11/04/tipos-de-vigas-y-sus-funciones/#:~:text=Las%20vigas%20son%20elementos%20estructurales,techos%20y%20asegurar%20la%20estructura
René Alderliesten. (s.f.). Introducción a las estructuras y materiales Aeroespaciales.
https://online-learning.tudelft.nl/instructors/rene-alderliesten/
 
Basset L. y Guardiola, A. (s.f.). Celosías.
https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/12712/Celos%C3%ADas.pdf
Constructor Civil. (26 de julio de 2019). Clasificación de estructuras.
https://www.elconstructorcivil.com/2019/07/clasificacion-de-las-estructuras.html
ANEXOS: