Unidad 3 Estructuras Isostáticas IPN

3.1 Definición. Hipótesis para el cálculo de armaduras.

Las armaduras son estructuras utilizadas para salvar claros grandes mediante soluciones ligeras y económicas, generalmente en la construcción de puentes y cubiertas de grandes espacios sin columnas intermedias o muy pocas columnas.

El mejor comportamiento de la armadura se presenta cuando se utiliza el triángulo como forma geométrica básica y se van uniendo triángulos hasta formar una celosía. Se dice que el triángulo constituye una armadura rígida por que no se colapsa, como el cuadrilátero, el rectángulo y otros polígonos con más lados.

El principio general consiste en ligar con elementos ligeros dos fibras más resistentes, una que trabaja a tensión y la otra a compresión. Los elementos de unión hacen trabajar conjuntamente a las fibras resistentes y la mayor separación entre ellas eleva la resistencia a la flexión de la estructura.

Las barras de una armadura se nombran biarticuladas, lo que significa que se unen a otras mediante dos articulaciones, una en cada extremo. Pero también significa que las fuerzas actuantes solo se aplican en los nudos, es decir, no puede haber cargas que actúan en posiciones intermedias de la barra.

Así, una armadura se ha de diseñar para que las fuerzas para que las fuerzas actuantes lo hagan sólo en los nudos y el peso de las barras debe ser lo suficientemente pequeño con respecto al resto de las cargas como para suponer que la mitad del peso de la barra se aplica en cada uno de sus extremos o que es despreciable.

Una armadura es un sistema estructural reticular de barras rectas interconectadas en nudos articulados formando triángulos. Los elementos conforman, comúnmente, uno o varios triángulos en un solo plano y se disponen de forma tal que las cargas externas se aplican a los nudos, por lo que en teoría, sólo causan efectos de tensión o de compresión. En la realidad, algunos esfuerzos de flexión pueden ocurrir como resultado de la fricción en las uniones y de cargas distribuidas aplicadas a los miembros entre las juntas (como el peso propio, por ejemplo); generalmente, estos esfuerzos son menores comparados con las fuerzas axiales y, por lo común, se ignoran para propósitos analíticos. Una armadura se puede considerar como la sumatoria de una o varias veces el sistema estructural cinemáticamente invariable (estable) más sencillo: el triángulo. Este es el criterio usado como método analítico para hacer el análisis cinemático de sistemas reticulares: A partir del primer triángulo se obtiene un sistema cinemáticamente invariable por la adición de dos barras en un nudo.

Para los miembros de una armadura suelen usarse en su construcción: puntales de madera, barras metálicas, ángulos, canales e incluso elementos de sección rectangular de concreto armado y/o pretensado. Es ideal la combinación de concreto para los elementos que trabajen a compresión y pretensado para los tensionados. Las uniones de los nudos se logran, normalmente, atornillando o soldando los extremos de los miembros en una placa común.

Las armaduras (también llamadas celosías o cerchas) están compuestas por:

• Cuerda Superior: formada por los elementos unidos en toda la parte superior de la armadura, y que generalmente soportan las cargas de la cubierta del techo, que para un trabajo eficiente deben estar concentradas en los nudos.

• Cuerda Inferior: formada por los elementos unidos en toda la parte inferior de la armadura, y que generalmente soportan las cargas de las instalaciones eléctricas, hidrosanitarias, aire acondicionado, o de los vehículos en el caso de los puentes.

• Elementos Secundarios: formada por los elementos unidos en toda la parte interior de la armadura, y que generalmente ayudan a soportan las cargas de la cuerda superior e inferior, e inclusive muchas veces algunos elementos tienen fuerza interna axial de valor cero, que se colocan, por simetría, rigidez, estética y construcción.

Se denomina armaduras o estructuras reticulares, a las estructuras formadas por barras, las cuales son elementos cuya sección transversal es pequeña en comparación con su longitud.

Las armaduras se generan agregando sucesivamente dos barras a la armadura básica de tres barras que forman un triángulo, unidas entre sí por pasadores sin fricción que constituyen articulaciones ideales. Las barras se diferencian unas con otras al asignar una letra o número a cada una. Las uniones entre las barras se denominan nudos, a los cuales se les asigna también un número o letra.

3.2 Armaduras simples.

Una armadura es una estructura compuesta de miembros esbeltos unidos entre sí en sus puntos extremos. Los miembros usados comúnmente en construcción consisten en puntales de madera o barras metálicas. Las conexiones en los nudos están formadas usualmente por pernos o soldadura en los extremos de los miembros unidos a la placa en común, llamada placa de unión, o simplemente pasando un gran perno o pasador a través de cada uno de los miembros.

La configuración básica de los miembros de una armadura es un triángulo. El triángulo mantendrá su forma bajo una carga externa, aun cuando se retiren sus soportes. Se fijan las longitudes de los lados del triángulo y esta armadura no colapsará aun si se desprenden las conexiones del pasador.

Formadas por barras dispuestas en forma de triángulos unidas entre sí por articulaciones, comportándose como sólidos rígidos.

Ejemplo:

3.3 Estabilidad estructural.

La estabilidad estructural es la resistencia que un suelo opone a ser destruido por la acción del agua.

La estabilidad de la estructura determina la distribución del tamaño de los poros. El laboreo presenta una alteración importante puesto que provoca una fragmentación. Un epipedión labrado en condiciones de exceso de humedad dará lugar a terrones de gran tamaño. Si la capacidad estructural es alta, al secarse el suelo irán apareciendo fisuras, con lo que los agregados se rehacen espontáneamente, recuperándose unas condiciones físicas favorables para el crecimiento de plantas.

La estabilidad de los agregados puede evaluarse:

• Métodos indirectos:

Permeabilidad al agua y aire.

Porosidad.

Infiltración

• Métodos directos: Determinan el grado de estabilidad de la fracción de un agregado o terrón, o suelo que conserva su integridad bajo la acción de distintos tratamientos arbitrarios, pero reproducibles.

La estabilidad estructural se refiere a la capacidad de una estructura bajo las fuerzas que actúan sobre

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