vinculos

Arq. Pío Luna Cáceres

VINCULOS

ESTRUCTURAS ISOSTATICAS E HIPERESTATICAS

DISEÑO ESTRUCTURAL II

Arq. Pio Luna Cáceres


El proyecto estructural Es un proceso creativo, que permite encontrar la solución óptima entre las posibles soluciones que puedan dar respuesta a un determinado problema estructural.

la estructura a adoptar.

Resultado final


Un sistema estructural debe satisfacer la función estructural, logrando la inmovilidad espacial y temporal de la construcción frente a las fuerzas que actúan sobre la misma, proporcionando un equilibrio estático a la construcción, teniendo en cuenta las propiedades mecánicas de los materiales a utilizar. en la misma, este equilibrio además debe ser equilibrio elástico

El proyecto estructural


Para definir el proyecto estructural se deben tener en cuenta distintos factores que la estructura debe satisfacer.

• Capacidad para resistir la acción de cargas exteriores, entendida como la capacidad de no romperse.

• Estabilidad , entendida como la capacidad de la estructura de mantener el equilibrio como un conjunto, para cualquiera de los estados de cargas que pueden actuar sobre la misma.

• Rigidez, es la capacidad de la estructura de no deformarse

Además debe satisfacer requerimientos:• Funcionales: el proyecto estructural debe respetar el objetivo

concreto que tiene la edificación.• Económicos: buen aprovechamiento de los materiales, de la

mano de obra, equipos, etc.• Estéticos: la solución estructural debe visualizarse como un

conjunto armónico.

Proyecto estructural


Se trata de estudiar el efecto de las cargas activas sobre una estructura, su transmisión hacia los apoyos, el análisis de los mecanismos de vinculación y las condiciones que aseguran el equilibrio de los elementos componentes.

Condiciones de equilibrio

Vinculo = Apoyo

Vínculo: elemento que relaciona la estructura con el suelo mediante las fundaciones o cimentaciones.

Equilibrio

Lo que llamamos estructura resistente está destinada a permanecer siempre en una situación de reposo que llamamos de equilibrio estático.


Dado un cuerpo, sometido a un sistema de fuerzas exteriores, algunas de las cuales son desconocidas, se quiere determinar:

Si el cuerpo está en equilibrio o no En caso afirmativo, determinar el valor de las cargas incógnitas

que hacen posibles dicho equilibrio.

Para entender el estudio de tensiones de las estructurases necesario comprender la diferencia fundamental entre :

Condiciones de equilibrio

1. una estructura inestable (mecanismo)2. una estructura estáticamente determinada (isostática)3. una estructura estáticamente indeterminada (hiperestática).


Estructura que necesita más elementos de los necesarios para mantenerse estable; la supresión de uno de ellos no conduce al colapso, pero modifica sus condiciones de funcionamiento estático. También llamada estructura hiperestática.

Estructura que puede ser analizada mediante los principios de la estática; la supresión de cualquiera de sus ligaduras conduce al colapso. También llamada estructura isostática.

Estructura estáticamente determinada = Isostática

Estructura estáticamente indeterminada = Hiperestática

Mecanismo

Es un sistema inestable. Experimenta excesivas deformaciones

Estructura isostática


La mayoría de las estructuras son hiperestáticas.

Economía del material, a igualdad de solicitaciones requieren menor sección estructural en sus elementos constitutivos.

Mayor margen de seguridad ya que si eliminamos el o los vínculos superabundantes se convierte primero en isostática y luego se produce el colapso de la misma.

La continuidad permite materializar elementos de mayores luces y por tanto menor cantidad de apoyos a igualdad de sección, o el uso de menores secciones para luces iguales.

Estructuras hiperestáticas

Ventajas

Presentan mayor rigidez , porque experimentan menores deformaciones.

El comportamiento ante sismos, mejora notablemente.


Elemento estructural: unidad componente de las estructuras planas. Este elemento tiene libertad de movimientos que podemos sintetizar en relación a tres parámetros:

El número de parámetros de movimiento libres que posee un elemento estructural se llama grados de libertad del mismo

X

Y

Un desplazamiento horizontal ( δx ) según el eje de referencia de las X.

Un desplazamiento vertical ( δy ) según el eje de referencia de las Y

Una rotación ( θ ) alrededor de un punto llamado polo.

Movimientos permitidos Elemento estructural

Grados de Libertad


Para restringir estos posibles movimientos, se colocan los VINCULOS.

Llamaremos VÍNCULO a toda condición que limite alguna posibilidad de movimiento del elemento.

Se asocia:

VINCULO

GRADO DE LIBERTAD

UNIDAD DE RESTRICCION AL MOVIMIENTO (URM)

UNIDAD DE POSIBILIDAD DE MOVIMIENTO (UPM)

Los apoyos o vínculos son los soportes sobre los cuales descansa elextremo de un elemento estructural y/o parte del sistema estructuralque conforma dicho elemento.

VINCULOS

APOYOS O VÍNCULOS

1.- RODILLO:

El apoyo tipo Rodillo tiene traslación libre en unadirección (Fh), traslación restringida en la otradirección (Fv) y rotación sin restricción.

2.- APOYO FIJO O ARTICULACION:

El vinculo apoyo fijo presenta dos restricciones (Fh yFv) y un grado de libertad (M)

CLASIFICACION

3.- EMPOTRAMIENTO:

El apoyo tipo Empotramiento presenta tres restricciones(Fv, Fh y M)


Vínculo de rodillo. Permite traslacion libre en una dirección y rotación sin restricción. Restringe desplazamiento en la otra dirección.

Vínculo fijo o rótula. Permite giro en una dirección. Restringe desplazamiento en dos direcciones.

Empotramiento. Restringe desplazamiento y giro en todas las direcciones.

APOYOS O VÍNCULOS

CLASIFICACION


Todo elemento estructural debe tener restringidas las posibilidadesde rotación y de traslación en su plano (en dos ejes ortogonales)“Todo cuerpo rígido en el plano tiene 3 grados de libertad”.

Para estar en estado de equilibrio, requiere de 3 apoyos, o sea3 restricciones al movimiento.”

Esto es equivalente a decir que un sistema esta en equilibrio cuando se cumple:

ΣFx = 0 ΣFy = 0 ΣM= 0

Ley geométrica de la estática


Recordamos: una estructura es ESTABLE cuando:

nºGL = nºV

Ahora la estructura tiene dos elementos estructurales unidos entre sí mediante una articulación ó rótula.

La articulación permite que un elemento puede rotar alrededor del otro.

Trataremos de “fijar” al conjunto con la cantidad de “vínculos” necesarios para que sea estable bajo cualquier estado de cargas


Se tiene que:

Cada elemento estructural tiene 3GL y se necesitan 3V para fijarlo

Tratándose de dos elementos estructurales, entonces:

3GL + 3GL = 6 GL

Pero al estar ambos elementos unidos mediante una articulación (vínculo interno de 2º rango), y ésta restringir2GL, las posibilidades de movimiento se reducen a 4GL

nº elementos x 3 –nº articulaciones x 2 = GL del conjuntoEn nuestro caso: 2 x 3 –1 x 2 = 4 GL

NECESITAMOS 4 VÍNCULOS PARA FIJAR LA ESTRUCTURA


simpleTriple o empotramientodoble

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