Armaduras

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Figura 2. Placa de unión figura 3. Unión con perno

Se denomina armadura la estructura formada por un conjunto de piezas lineales (de madera o metálicas) ensambladas entre sí, que se utiliza para soportar la cubierta inclinada de algunos edificios. La disposición de la cubierta, a una dos, tres, cuatro o más aguas, influye lógicamente en la característica de la armadura que debe sostenerla. Frecuentemente las armaduras estructuralmente son celosías planas, aunque existen armaduras de otro tipo que no son celosías.

En un primer apartado se explica cómo se organizan las distintas piezas de la armadura para soportar los esfuerzos de tracción y compresión. A continuación se exponen algunos tipos de armadura, caracterizando cada caso el modo en que se sitúan o ensamblan entre sí las distintas piezas.

Armaduras de techo

En el caso de un techo, la carga del techo se transmite a los largueros, luego a los nodos de las armaduras laterales de soporte.

Armaduras para puentes

En el caso de un puente, la carga sobre la cubierta se transmite primero a los largueros, luego a las vigas de piso, y finalmente a los nodos de las armaduras laterales de soporte.

Hipótesis de diseño

El análisis de las armaduras se basa en las hipótesis siguientes.

1.-Todos los nudos o nodos están articulados.

Los miembros de cada nudos suelen estar roblonados, soldados o remachados a una placa común, llamada placa de unión.

Los miembros están conectados mediante un perno o pasador, alineados de manera que sus ejes centroidales se intersecan en un punto común.

2.- Las fuerzas o cargas aplicadas actúan en los nodos.

Como los miembros de una armadura suelen ser largos y esbeltos, pueden fallar por flexión cuando se someten a cargas aplicadas en ubicaciones diferentes a los nodos. Por tanto, las cargas deben estar aplicadas de manera que actúen en los nudos.

3. Los pesos de los miembros son despreciables.

Una armadura se puede clasificar como una estructura de peso ligero, lo que significa que el peso de sus miembros por lo general son mucho menores que las cargas para las que se diseña que soporte.

Considerando las hipótesis, el diagrama de cuerpo libre para cualquier miembro de una armadura contendrá sólo dos fuerzas que se ejercen en los extremos de los miembros. Por tanto, cada miembro de una armadura es un elemento de dos fuerzas.

Si las fuerza tiende a alargar el elemento, es una fuerza de tensión (T), mientras que si tiende a acortar el elemento es una fuerza de compresión (C).

Las fuerzas de tensión o compresión son fuerzas internas que siempre ocurren en pares iguales y opuestos sobre las dos caras de una sección transversal interna.

Las dos técnicas comunes para calcular las fuerzas internas en una armadura son el método de nodos y el método de secciones.

Tipos de armaduras

Armaduras planas.

Las armaduras planas se tienden un solo plano y a menudo son

usadas para soportar techos y puentes. La armadura mostrada en

la (figura 7). En esta figura, la carga del techo es transmitida a la

armadura en los nudos por medio de una serie de largueros. Como

la carga impuesta actúa en el mismo plano que la armadura, el

análisis de las fuerzas desarrolladas en los miembros de la

armadura es bidimensional. Cuando las armaduras de puente o de

techo se extienden sobre grandes distancias, comúnmente se usa

un soporte o rodillo para soportar un extremo. Este tipo de soporte

permite la expansión o la contracción de los miembros debidos a

los cambios de temperatura o a la aplicación de cargas.

Figura 7. Armadura tipica de techo

Cada miembro de armadura actúa como un miembro de dos

fuerzas, y por tanto, las fuerzas en los extremos del miembro

deben estar dirigidas a lo largo del eje del mismo. Si la fuerza

tiende a alargar el miembro, es una fuerza de tensión (T), (figura

8); mientras que si tiende a acortarlo, es una fuerza de

compresión (C), (figura 9). En el diseño real de una armadura, es

importante establecer si la fuerza en el miembro es de tensión o

de comprensión. A menudo, los miembros a comprensión deben

ser más robustos que los miembros a tensión debido al efecto de

pandeo o efecto de columna que ocurre cuando un miembro está

sujeto a comprensión.

Figura 8. Fuerza de tensión

Figura 9. Fuerza de compresión

Armadura simple.

Para prevenir el colapso, la forma de una armadura debe ser

rígida. Es claro que la forma ABCD de cuatro barras que

aparece en la (figura 10), se colapsara a menos que un

miembro diagonal, como la barra AC, se le agregue como

soporte. La forma más sencilla que es rígida o estable es un

triángulo. En consecuencia, una armadura simple es

construida comenzando con un elemento básico triangular,

como el ABC que se muestra en la (figura 11), y

conectando dos miembros (AD y BD) para formar un

elemento adicional. Con cada elemento adicional que

consista en dos miembros y un nudo colocado sobre la

armadura, es posible construir una armadura simple.

Figura 10. Figura 11.

Armaduras compuestas.

Si dos o más armaduras simples se unen para formar un

cuerpo rígido, la armadura así formada se denomina

armadura compuesta, de tal manera que cada par comparta

sus articulaciones y se añada alguna barra adicional entre

cada par de modo que cualquier movimiento de una

respecto de la otra esté impedido. Admiten una reducción al

caso anterior.

Armaduras de nodos rígidos.

Una armadura de nudos rígidos es un tipo de estructura

hiperestática que geométricamente puede ser similar a una

armadura estáticamente determinada pero estructuralmente tiene

barras trabajando en flexión.

Un nudo se llama rígido si una vez deformada la estructura el

ángulo formado inicialmente por todas las barras se mantiene a

pesar de que globalmente todo el nudo ha podido haber girado un

ángulo finito.

Puede probarse que dos armaduras de idéntica geometría, siendo

los nudos rígidos y los de los otros articulados, cumplen que:

La armadura de nudos articulados tiene esfuerzos axiales mayores

que la de nudos rígidos.

La armadura de nudos articulados es más deformable.

La armadura de nudos rígidos presenta mayores problemas en el

dimensionado de las uniones entre barras.