ESTRUCTURAS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADAS

INTRODUCCION

Cuando una estructura tiene más reacciones externa o fuerzas internas que las que pueden determinarse con las ecuaciones de la estática, la estructura es estáticamente indeterminada o hiperestática o continua producirá fuerzas cortantes, momentos flexionantes y deflexiones en las otras partes de la estructura. En otras palabras, cargas aplicadas a una columna afectan a las vigas, a las losas, a otras columnas y viceversa

ESTRUCTURAS ESTÁTICAMENTE INDETERMINADAS

Estructuras Hiperestáticas Y Sus Formas De Hiperestaticidad

Una estructura es internamente hiperestática, esto se da si las ecuaciones no son suficientes para determinar sus esfuerzos.

Una estructura es externamente hiperestática, esto se da si las ecuaciones no son suficientes para determinar las fuerzas de reacción que hay desde la estructura 5al suelo.

Una estructura es completamente hiperestática, esto requiere que la estructura sea interna y externamente hiperestática. Un problema que muestre estas características, tiene que resolverse tomando en cuenta la elástica del material en que está confeccionada la estructura, para así poder determinar y saber cuales son las ecuaciones adecuadas que se van a aplicar, con la finalidad de poder resolver el problema estructural y sus deformaciones.

Ventajas De Las Estructuras Hiperestáticas

Al comparar las estructuras hiperestáticas con las isostáticas, la primera consideración deberá corresponder al costo. Sin embargo, es imposible justificar económicamente la selección de uno u otro tipo de estructura sin ciertas reservas. Cada forma estructural presenta una situación diferente y, por tanto, deberán tenerse en cuenta todos los factores, ya sean de índole económica o de otro tipo. Las ventajas que se describen a continuación:

Ahorro de materiales

Los menores momentos flexionantes desarrollados en las estructuras estáticamente indeterminadas permiten la utilización de elementos de menor escuadría, con un ahorro de material posiblemente del orden de 10 a 20 % del acero utilizado en puentes ferroviarios, permite sólo ahorros o economías de un 10 por ciento.

Un elemento estructural de dimensiones dadas podrá soportar más carga si es parte de una estructura continua, que si estuviese simplemente apoyado. La continuidad permite el uso de elementos de menores dimensiones para las mismas cargas y claros, o bien, un mayor espaciamiento de los apoyos para elementos de iguales dimensiones. La posibilidad de utilizar menos columnas en edificios, o un menor número de pilares en el caso de puentes, puede ocasionar una reducción global de los costos.

Las estructuras continuas de concreto o acero son menos costosas al no tener las articulaciones, apoyos libres y demás elementos requeridos para que sean estáticamente determinadas, como era la practica en épocas pasadas. Las estructuras de concreto armado de tipo monolítico se erigen de manera que son naturalmente continuas y estáticamente indeterminadas. La instalación de articulaciones y otros mecanismos de apoyo necesarios para convertir tales sistemas estructurales en estructuras estáticamente determinadas, no sólo presentarían difíciles problemas de construcción sino que además, elevaría bastante los costos. Más aun, una construcción construida por columnas y vigas simplemente apoyadas, necesariamente tendría que ser reforzada utilizando elementos diagonales entre sus juntas, con el fin de tener una estructura estable y rígida.

Mayores factores de seguridad

Las estructuras estáticamente indeterminadas tienen con frecuencia mayores factores de seguridad que las estáticamente determinadas. El estudiante aprenderá en los cursos sobre estructuras de acero y de concreto reforzado que cuando parte esas estructuras resultan sobre fatigadas, éstas tienen la capacidad de redistribuir parte de esos sobreesfuerzos a zonas menos fatigadas. Las estructuras estáticamente determinadas no tienen generalmente esta capacidad.

Mayor rigidez y menores deflexiones

Las estructuras estáticamente indeterminadas son más rígidas que las estáticamente determinadas y sus deflexiones son menores. Gracias a su continuidad son más rígidas y tienen mayor estabilidad frente a todo tipo de cargas (horizontal, vertical, móvil, etc.).

Estructuras más atractivas

Es difícil imaginar a las estructuras estáticamente determinadas con la belleza arquitectónica de muchos arcos y marcos rígidos hiperestáticos que se construyen hoy en día.

Adaptabilidad al montaje en voladizo

El método de montaje en voladizo de puentes es de gran valor cuando las condiciones en el sitio de erección (tráfico naval o niveles muy profundos del agua) obstaculizan la erección de la obra falsa. Los puentes continuos estáticamente indeterminados y los de tipo en voladizo pueden erigirse convenientemente con el método de montaje en voladizo.

Desventajas De Las Estructuras Hiperestáticas

Un análisis comparativo de las estructuras estáticamente determinadas, respecto de las estáticamente indeterminadas, pone de relieve que estas últimas poseen ciertas desventajas que las hacen poco prácticas en muchas aplicaciones. Estas desventajas son:

Asentamiento de los apoyos

Las estructuras hiperestáticas no son convenientes en todos aquellos casos donde las condiciones de cimentación sean impropias, pues los asentamientos o ladeos que se presenten en los apoyos de la estructura por leves que parezcan, pueden causar cambios notables en los momentos flexionantes, fuerzas cortantes, esfuerzos totales y reacciones. En casos donde se realice la construcción de puentes con estructura hiperestática, a pesar de condiciones de cimentación deficientes, suele ser necesario modificar las reacciones debidas a carga muerta. Los puntos de apoyo se levantan o se bajan mecánicamente hasta un nivel en donde se presente la reacción calculada, después de lo cual los apoyos de la estructura se construyen hasta dicho nivel.

Aparición de otros esfuerzos

El hundimiento de los apoyos no es la única condición que altera los esfuerzos que se producen en estructuras estáticamente indeterminadas. Los cambios en la posición relativa de los elementos estructurales causados por variación de temperatura, fabricación deficiente o deformaciones internas por acción de la carga, pueden causar cambios graves en las fuerzas en toda estructura.

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