PALABRAS CLAVE:

• Segunda ley de Newton – la relación entre la masa y la aceleración.
  
• Estructura y materiales de la vivienda en Quito.
• Fuerza sísmica.

Primero, revisa con los estudiantxs la sección de Newton, dedicada a la relación
que existe entre
la segunda ley de Newton
y la vivienda segura.

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Diagrama

Paso 1- Las columnas

En primer lugar, vamos a realizar un diagrama (plano) de tu casa. Para eso es necesario que ubiques cuántas columnas (elementos verticales) tiene tu casa, y qué dimensiones tiene. Si te es difícil encontrarlas sube a tu terraza, ahí es más fácil reconocerlas.

Paso 2- Las vigas

Después, ubica las vigas, lo cual es fácil ya que son los elementos horizontales que normalmente están uniendo a las columnas. Esta unión de dos columnas y una viga se llama pórtico, los cuales pueden estar hechos con hormigón armado y suelen ser el elemento estructural que brinda soporte a la casa en el caso de un sismo.

Al finalizar esta etapa, debes tener un esquema o dibujo parecido a este que incluya las distancias y grosor en metros o centímetros entre columna y columna:

Los materiales

Es necesario que identifiques de qué material está conformada tu losa, es decir, el piso de la segunda planta si tienes una casa de más de un piso o el techo de tu casa si es de un solo piso. En construcciones con pórticos de hormigón armado la losa suele ser del mismo material. Es necesario que averigües el espesor de la misma.

Las paredes de una casa, no son consideradas elementos estructurales excepto en el caso que la pared sea de hormigón armado, si tu casa tiene paredes de bloque o de ladrillo, tu pared no es estructural.
Al finalizar esta etapa, debes tener un dibujo o esquema parecido a este:

Calcular la masa

Aquí puedes encontrar una guía de todos los cálculos necesarios para hacer este ejercicio con base al ejemplo de los diagramas anteriores:

A empezar

Ahora vamos a proceder a calcular la masa de tu casa, que no es lo mismo que el peso; para eso vamos a valernos del Peso específico que es:

En el caso del hormigón armado, el peso específico es de

2400 kg/m3,

como ya tenemos las dimensiones de las columnas, vigas y losa, calculemos el volumen total de todos estos elementos.

Una vez que tengas el volumen en metros cúbicos, lo multiplicamos por el peso específico y tendremos el valor de la masa de nuestra casa.

No te olvides de las paredes, aunque no sean elementos estructurales, sí aumentan la masa de tu vivienda (el peso específico de las paredes en promedio puede ser de 1800 kg/m3).

Calcular la fuerza

Como lo dice la segunda ley de Newton, para calcular la fuerza nos hace falta la aceleración. Y ese valor lo vamos a sacar de la NEC (Norma Ecuatoriana de la Construcción), puedes encontrar el documento en el siguiente enlace:

Si te fijas en el mapa de la página 27, Quito se encuentra en una zona con una aceleración máxima en roca de

0.4 g,

para un período de retorno de 475 años (que es el lapso de tiempo o número de años que en promedio, se cree que será igualado o excedido un evento, en este caso un sismo).

Convertir

Como estamos trabajando en el sistema internacional, debemos transformar el valor de aceleración de g a m/s2.

Considera que

1 g = 9.81 m/s2

Aplicar la Segunda
Ley de Newton

F = m a

F= fuerza que se mide en Newtons (N)
m= masa que se mide en kilogramos (kg)
a= aceleración en metros por segundo al cuadrado (m/s2)

Los resultados

Para que puedan darse cuenta del valor que acaban de obtener, la fuerza que ejerce la luna sobre la tierra y viceversa es de aproximadamente

2×10^20

(esto es 2 por 10 elevado a la 20),

¡que significa 2 más 20 ceros!

Reflexiones

Una vez que cada uno de los estudiantes ha encontrado el valor que posiblemente deberá resistir su casa cuando exista un sismo fuerte en la ciudad de Quito, sería bueno hacer algunas precisiones:

• Noten que para el cálculo de la masa solo se ha tomado en cuenta, lo que los ingenieros llaman “carga muerta”, es decir aquellos elementos que no pueden moverse por sí solos. En esta “carga muerta” no hemos considerado la masa de aquellos elementos que vienen contigo cada vez que llegas a vivir en algún lugar, es decir muebles, libros, etc. ¿Te animas a calcularla?
• Noten que para el valor de la aceleración se ha tomado un valor probable calculado para tipos de suelo duro como una roca, la sismología es una ciencia en construcción, y este valor expresado en la NEC del año 2015 está siendo hoy actualizado, si deseas saber más puedes encontrar un valor de aceleración con un cálculo un poco más exacto en este Mapa digital interactivo de peligro sísmico para Ecuador del Instituto Geofísico:

Discute con tus compañeros de clase:

• ¿Quién obtuvo el valor más alto, a qué creen que se debe?
• ¿Pueden hacer algo para que la masa de su casa disminuya?
• ¿Qué pasaría si eso sucede?
• ¿Cómo es el tipo de suelo en la zona de Quito dónde vives?

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