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Mecánica de Solidos I/ UCA-Nicaragua/ Ing. Jimmy Vanegas S. Página 1

Universidad Centroamericana Coordinación de Ingeniería Civil.

Trabajo experimental #1

“Modelamiento de Vigas Resistentes a Cargas de Cortante directo”

1. Introducción.

Con este Trabajo se pretende que logren modelar vigas a escala natural y que estas a su vez, sean capaces de resistir las fuerza de diseño y además de verificar cual será la carga máxima resistente de corte variables aplicada a través de la máquina, Prensa Hidráulica. Para realizar este experimento deberá de tener en cuenta los conocimientos básicos del comportamiento de este tipo de elementos (vigas) ante el actuar de cargas gravitacionales. Este experimento se llevara a cabo en las instalaciones del laboratorio Julio y Adolfo López de la Fuente, S.J. de la Universidad Centroamericana. En la construcción de edificaciones se usan una serie de materiales para formar las distintas secciones o elementos estructurales que resistirán dichas cargas. Estas secciones pueden ser del mismo material o distintas combinaciones de materiales como madera-acero, concreto-acero, etc. Como referencia a estas situaciones se muestran una serie de imágenes de diferentes tipos de vigas que se usan en los distintos proyectos, las cuales tendrán que ser tomadas como guía o punto de partida para la elaboración de sus propuestas.

Imagen. No.1 Secciones metálicas armadas.


Las secciones metálicas armadas pueden ser diversas y en diferentes combinaciones de las secciones ya existentes. En la Imagen 1 se ven una serie de combinaciones (no las únicas) que se pueden fabricar utilizando las secciones metálicas comerciales o simplemente mandar a fabricarlas según sea nuestra necesidad en cuanto a espesor y forma de la misma para el diseño correspondiente. Las secciones de madera que se utilizan en la obras de infraestructura vertical, tiende a ser menos que las secciones de concreto y acero estructural por la limitante en el tamaño de las piezas solidas o macizas. La madera, difícilmente se consigue, comercialmente, piezas de gran tamaño y de los largos sugeridos por el proyecto arquitectónico, a menos que se utilicen secciones compuestas. En la Imagen No.2 se puede apreciar una serie de combinaciones con los distintos tipos de elementos de madera como piezas macizas y maderas laminadas como el plywood. Las dimensiones de estas estarán de acuerdo a los requerimientos de resistencia demandados.

Imagen. No.2 Secciones sólidas y armadas de madera.

Las secciones de madera a diferencia de las secciones metálicas, parten de una sola pieza maciza (solida cuadrada o solida rectangular), por lo que la variante o combinación de estas, es aún más reducida, en comparación con las secciones metálicas. La madera contrachapada o laminada encolada son las soluciones más efectivas cuando se está en la necesidad de cubrir claros muy largos y mantener las deflexiones dentro del límite de seguridad requerido.


2. Objetivo

General

Diseñar adecuadamente una viga de madera para que resista las cargas de cortante puro inducida mecánicamente con el fin de comprobar su correcto dimensionamiento.

Específicos

Dimensionar adecuadamente la sección de madera según los criterios de diseño estudiados en el aula de clase para verificar visualmente su comportamiento ante las cargas aplicadas.

Modelar físicamente la viga diseñada a escala natural con el fin de tener resultados reales durante el proceso de sometimiento de cargas o ensayo de resistencia a cortante directo.

Ensayar maqueta real para obtener su carga de trabajo seguro y su carga de resistencia máxima antes de la falla.

3. Materiales Los materiales a utilizar para la fabricación de estos elementos, deberá de ser materiales livianos y de fácil comercialización en el mercado, con el fin de no incurrir en costos excesivos a cada grupo de trabajo. Los materiales básicos para la fabricación de este elemento podrán ser los siguientes:

a) madera, b) cartón espuma, c) cartón creset, d) plywood, e) papel piedra, f) etc. (solo materiales livianos)

Como materiales de fijación de las piezas se podrán utilizar clavos, pegamento de contacto (pega de zapato), pegamento instantáneo (súper glue), cola blanca (Resistol), tachuelas, etc.

Por ningún momento se deberá de hacer uso de materiales peligrosos que puedan poner el peligro su salud o dejar algún tipo de discapacidad motora en algunos de los miembros del equipo.


4. Equipo a utilizar. Para proceder a la realización de este experimento, se hará uso de los siguientes equipos:

a) Balanza electrónica. b) Cinta métrica. c) Lápiz de grafito (mecánico). d) Prensa hidráulica. e) Micrómetros para medir deflexiones. f) Maqueta de viga.

5. Procedimiento de Practica.

A continuación se deberán de tener en cuenta algunas consideraciones básicas antes de empezar a la realización de este experimento, tales como:

· Configuración Geométrica: La viga tendrá que tener la configuración necesaria para resistir las cargas que se le aplicaran con la prensa hidráulica. El diseño deberá de ser lo más lógico e ingenieril posible, debiendo cumplir los requerimientos de diseño por flexión y corte.

· Resistencia: La resistencia de diseño a corte de la viga deberá de

considerarse según el material a utilizar y de cómo se construirá. La resistencia de la viga dependerá de la configuración geométrica de dicho elemento. Deberá de tenerse en cuenta que la carga mínima aplicada a cada una de estas secciones será de 2 Ton.

· La resistencia de este elemento deberá de obtenerse con los cálculos

respectivos, previamente estudiados en el aula de clases, de los cuales también se puede tomar como referencias básicas, los ejemplos 6.01 (flujo cortante) y del problema modelo 6.2 del libro Mecánica de Materiales, sexta edición, Ferdinad P. Berr, E. Russell Johnston, Jr, et al.

· La resistencia de cada clavo, según sus dimensiones (diámetro) deberá de

ser tomada de la tabla siguiente:

Tabla. No.1 Resistencia de Clavos.

·


· Tamaño: El tamaño de la viga a considerar, no deberá de ser mayor a 30 cm de altura, ni a 15 cm de ancho. El largo de dicho elemento será de 60cm como máximo.

Con lo previamente explicado se deberá de proceder de la siguiente manera:

i. Obtener el Peso de la sección modelada a través del uso de la balanza electrónica

ii. Especificar el centro de la sección con el fin de colocar los medidores de deformación en el punto exacto donde se dará la máxima deflexión. Esto se hará en la parte inferior del patín de la sección.

iii. Colocar la viga sobre apoyos de rodillo. Esto con el fin que la viga se deslice y no se rompa en sus apoyos (viga simplemente apoyada).

iv. Colocar los micrómetros en puntos estratégicos a lo largo de toda la viga.

v. Proceder con la aplicación de la carga muy lentamente (procedimiento manual).

vi. Hacer las lecturas respectivas de carga y desplazamiento vertical de la misma.

vii. Calcular la eficiencia de la viga, haciendo la relación entre la carga soportada y el peso de la misma (e=Vaplicada/Wviga).

6. Formas básicas de vigas.

A continuación se muestran algunos modelos de vigas o modelos de secciones que se pueden fabricar o considerar para este experimento. Las imágenes no tienen por qué limitar su imaginación en cuanto al uso de otro tipo de secciones o combinación de elementos para formar, en este caso, vigas de madera. El estudiante deberá de hacer uso de todos los recursos disponibles que tenga a su alcance para lograr un buen resultado.


7. Entrega de Informe. El informe requerido deberá de cumplir con lo estipulado en los manuales de estilo de informes de laboratorio que dicta la Universidad. Los resultados, conclusiones y recomendaciones respectivas, deberán estar de acuerdo a los resultados obtenidos y al análisis respectivo de estos. Por ningún motivo deberá de considerarse en este trabajo temas ajenos a la práctica (flexión, combinada con corte).

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