Resistencia de materiales armaduras

Física. EUAT. Armaduras

Pilar Aceituno Cantero

5. Armaduras
5.1.- Definición de armadura Una estructura de barras unidas por sus extremos de manera que constituyan una unidad rígida recibe el nombre de armadura. Algunos ejemplos son los puentes, los soportes de cubiertas o las grúas. Aquí nos limitaremos al estudio de armaduras planas, es decir, aquellas en que todos los miembros que laforman se encuentran en un mismo plano. Entonces, consideramos que todas las fuerzas están en el plano xy, y que los momentos de las fuerzas están en la dirección z. Ésto nos permite omitir el carácter vectorial en las ecuaciones del equilibrio, que quedan reducidas a tres: la suma de las componentes x e y de las fuerzas, junto con la suma de los momentos de las fuerzas con respecto a algún punto dela armadura. También suponemos que las armaduras son estructuras estáticamente determinadas o isostáticas: que solamente tienen las ligaduras necesarias para mantener el equilibrio. El objetivo será la determinación de las fuerzas internas en la armadura, es decir, las fuerzas de acción y reacción entre los elementos o barras que la forman. Nos basaremos en la hipótesis de que todos los miembrosde una armadura son miembros de dos fuerzas, es decir, que cada uno se encuentra en equilibrio bajo la acción de dos únicas fuerzas, aplicadas en sus extremos, que serán iguales, opuestas y colineales. Para ello, tendremos en cuenta que todas las fuerzas externas deben aplicarse en las uniones entre las barras (en los nudos).

5.2.- Método de los nudos Las ecuaciones del equilibrio se aplican alos pasadores de las uniones. En cada nudo se consideran las fuerzas C externas aplicadas junto con las fuerzas de reacción correspondientes a las FAC fuerzas internas en las barras. Dado que las fuerzas son B concurrentes, no hay que considerar la FAC suma de momentos sino sólo la suma FAC de componentes x e y de las fuerzas. Estas ecuaciones se aplican en primer lugar a un nudo que contenga sólodos FAB FAB A FAB incógnitas y después se van aplicando a los demás nudos, sucesivamente. Figura 5.1

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Convencionalmente, se consideran positivas las fuerzas internas en las barras cuando salen hacia afuera (tracción) y negativas si van hacia el interior (compresión).

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5.3.- Barras de fuerza nula Las barras de fuerza nula sonaquellas en que las fuerzas internas son cero. En algunos casos se pueden identificar sin necesidad de realizar ningún cálculo, como por ejemplo en las uniones con forma de T (Figura 5.2). En este tipo de uniones tenemos dos barras en la misma dirección y una tercera barra formando un ángulo α con la dirección de las otras dos. Al analizar el nudo de la FBD D unión, encontraremos dos fuerzas en lamisma dirección y con α sentidos opuestos, y una tercera fuerza formando un ángulo α con A B C FAB B FBC la dirección de las otras dos. No debe haber más fuerzas aplicadas Figura 5.2 en el nudo considerado. Mediante las ecuaciones del equilibrio podemos comprobar que, en este caso, la tercera fuerza debe ser nula. ΣFx = − FAB + FBC + FBD x cosα = 0 ΣFy = FBD x senα = 0 de donde FBD = 0 / senα. Comosenα es distinto de cero, FBD debe ser nula y la barra BD es una barra de fuerza nula.

5.4.- Método de las secciones Las ecuaciones del equilibrio se aplican a una parte de la armadura. Se corta la armadura por las barras cuya fuerza nos pide el problema, o por las barras más próximas a ellas. En el diagrama de sólido libre de la sección considerada se tienen en cuenta las fuerzas externasaplicadas en esa parte de la armadura, y las reacciones correspondientes a las fuerzas internas de las barras que se han partido. En este caso sí hace falta considerar las tres ecuaciones del equilibrio: la suma de los momentos de las fuerzas con respecto a algún punto, junto con la suma de componentes x e y de las fuerzas. Debe tenerse en cuenta que si se Figura 5.3 cortasen más de tres barras...