Magdalena Friedrichs Lagos - Ficha 07/07082014
Casos constructivos y Estructurales: Clase nº7.
Materia de la clase.
Uniones y servicio en una estructura.
En una estructura, la función de las uniones o vínculos es transmitir la carga de un componente de la estructura a otro, es decir, que las tensiones deben de alguna forma salir de una de las piezas del material e introducirse en la pieza contigua. Este proceso puede producir grandes concentraciones de tensiones que conllevan el debilitamiento de la unión.
Hay uniones flexibles y rígidas, según si desde el cálculo, no puede o sí pueden transmitir un momento apreciable, respectivamente. Los vínculos establecen restricciones a los desplazamientos, y se pueden clasificar en tres grupos básicos:
- Deslizantes: cumple la función de impedir uno de los dos desplazamientos posibles en el plano en el que actúa. Quita sólo un grado de libertad de movimiento al elementos que fija, por lo tanto, genera sólo una fuerza como reacción.
- Rótula o articulación: impide ambos deslizamientos en el planos, vertical y horizontalmente. Deja, sin embargo, libre el potencial giro que se puede realizar con respecto a la rótula. Este vínculo quita dos grados de libertad de movimiento, por lo tanto genera nos reacciones asociadas a los ejes en los que ocurren las restricciones.
- Empotramiento: equivale a la fijación total del elemento a la estructura unido a él. Restringe el movimiento en el plano horizontal y en el vertical y también la rotación, es decir, quita tres grados de libertad de movimiento y genera tres componentes de reacción.
Las uniones también influyen sobre el “servicio” de la obra, el cual tiene relación con la percepción que tienen los usuarios de esta. Los vínculos tienen que ver con cómo responde el servicio.
CASO: HOSPEDERÍA COLGANTE.
La estructura de esta hospedería consta de tres tipos de cerchas con vínculos móviles.
La viga maestra es una viga cajón que soporta la continuidad del edificio. Las vigas secundarias tienen relación con la estabilidad del edificio.
Esta viga maestra tiene un sistema de rótulo con a losa que se basa en el cardán de los automóviles, el cual es un componente mecánico que permite unir dos ejes no colineales. Transmite el movimiento de rotación de un eje a otro a pesar de la no colinealidad. En los vehículo a motor se suele utilizar para llevar la fuerza desde el motor situado en la parte delantera del vehículo hacia las ruedas traseras.
Mientras más rígidas sean las uniones, mejor será e servicio de la estructura.
Desde la ingeniería.
El ‘’’diseño estructural’’’ consta de tres grandes etapas:
- Análisis de la estructura: a través del modelado en computador.
- Diseño de la estructura: por medio de planos.
- Construcción del proyecto.
Los vínculos, qué carga se transmitirá y en qué unión, es un aspecto que se ve desde el inicio del proyecto, desde el análisis. Por ejemplo, las dilataciones de las partes.
Hay vínculos entre elementos –uniones- y hacia la tierra –fundaciones-.
Transmisión de esfuerzos.
A una estructura se le pueden aplicar, principalmente, tres tipos de esfuerzos:
- Carga axial: acortamiento o alargamiento.
- Flexión o momento: hace que un lado se acorte mientras el opuesto se alarga.
- Corte: separa una sección de otra, disloca dos partes.
ESTADOS DE SOLICITACIÓN SIMPLE.
Las fuerzas exteriores –cargas –dan origen a fuerzas interiores –esfuerzos –dentro del material. Estos esfuerzos tiendes a estabilizar a las fuerzas exteriores. Según la forma de actuar de las cargas se producen distintos tipos de solicitación.
Las solicitaciones son esfuerzos básicos que puedes resistir lo materiales estructurales, según su forma, posición, vínculos y tipos de carga. De esto se deduce que las uniones influyen directamente en cómo resiste una estructura un esfuerzo.
Son las uniones las encargadas de transmitir estos esfuerzos. Es más, cuando vinculo dos elementos es que aparecen los esfuerzos, de forma que es posible elegir qué esfuerzo se quiere transmitir y cuál no.
Por ejemplo:
No quiero que la viga A le haga momento o flexión al pilar B, de forma que se hace un vínculo que sólo transmita el corte. Se restringe el corte pero se permite la rotación.
Las ‘’’dilataciones’’’ impiden que aparezcan esfuerzos no deseados.
Existen dos agrupaciones de solicitaciones simples:
- SOLICITACIONES NORMALES: (sigma): la fuerza actúa en forma normal o perpendicular a la sección (corte perpendicular al eje longitudinal de material).
- SOLICITACIONES TANGENCIALES (tau): la fuerza actúa en un plano tangente a la sección.
Existen estados de solicitación producidos por fuerzas (tracción, compresión y corte) y otros producidos por pares de fuerzas (flexión y torsión). Combinando estos tipos de solicitaciones resultan solicitaciones compuestas: la flexión plana (flexión + corte), flexión compuesta (flexión + esfuerzo normal, ya sea tracción o compresión) y la flexo-torsión.
Tipos de solicitaciones.
TRACCIÓN.
Actúa de forma perpendicular a la sección, tendiendo a separar dos secciones. Se produce cuando hay dos fuerzas iguales y divergentes actuando sobre un mismo cuerpo.
Produce el alargamiento de la dirección de la carga, disminuyendo su sección.
COMPRESIÓN.
Su línea de acción es perpendicular a la sección del elemento y tiende a acercar dos secciones próximas, disminuyendo así la distancia molecular entre ambas.
Es producida por dos fuerzas iguales y convergentes actuando sobre el mismo eje, generando un acortamiento longitudinal del cuerpo, aumentando la sección transversal del mismo.
CORTE.
Fuerzas iguales y de sentido contrario contenidas en el plano transversal de la sección causan esta solicitación. Tiende a producirse combinado con la flexión o la torsión.
Tiende a producir el deslizamiento relativo de ambas secciones. Las moléculas se deslizan entre sí.
TORSIÓN.
Es producto de la acción de dos fuerzas iguales y de sentido contrario en torno al eje longitudinal de un cuerpo. Hace que dos secciones próximas tiendan a girar una con respecto a la otra alrededor de un eje común a ambas, manteniendo la distancia entre ellas.
El efecto que se produce es el giro de las secciones en torno a un eje central, produciendo el giro relativo de ambas secciones respecto al eje de la pieza.
FLEXIÓN.
Se produce cuando se aplican cargas en el plano perpendicular a la sección transversal y su recta no coincide con los apoyos donde se dará la reacción, haciendo que la pieza se curve.
Hace que dos secciones próximas y paralelas tiendan a girar una con respecto a la otra, de modo que la distancia relativa entre ellas se acorta en un punto y se alarga en el otro. Produce compresión en una cara de la pieza y tracción en la otra.
El efecto de la solicitación es el acortamiento de la cara sobre la cual se aplica la carga y el alargamiento de la cara opuesta. La deformación que se produce es la curvatura de la pieza.
Grados de restricción de un cuerpo.
Un cable sólo puede trasmitir un esfuerzo axial, por ejemplo. Cada vez que yo restrinjo un desplazamiento, aparece un esfuerzo.
Los grados de libertad de un sistema son sus posibilidades de movimiento, y en número coinciden con las coordenadas necesarias para definir la posición en el espacio de un cuerpo, es decir, tres.
Aplicación al caso de una viga.
Cuando se calcula una viga, es importante que resista, lógicamente, pero también lo es el hecho que se deforme dentro de los parámetros preestablecidos. No se debe deformar en un ángulo que sea menor al largo total de la viga, dividido por 360 (grados).
