Sistemas estructurales

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SISTEMAS ESTRUCTURALES

Una estructura está formada generalmente por un arreglo de elementos básicos. Sus características estructurales más importantes son su resistencia, rigidez y ductilidad. El sistema debe poder resistir de manera eficiente las diversas condiciones de carga a las que puede estar sometida la estructura y poseer rigidez para las diferentes direcciones en que las cargas puedenactuar, tanto verticales como horizontales. Dúctil en el sentido de que no baste que se alcance un estado límite de resistencia en una sola sección para ocasionar el colapso brusco de la estructura, sino que posea capacidad para deformarse sosteniendo su carga máxima y, de preferencia, posea una reserva de capacidad antes del colapso.

Un sistema en serie es el que está formado por elementosconectados de manera que las cargas se transmiten sucesivamente de uno a otro y basta la falla de un solo elemento para producir el colapso del sistema. La probabilidad de que falle el sistema es igual a la mayor de las probabilidades de falla de los elementos componentes.

Un sistema en paralelo está formado por elementos conectados de manera que la capacidad del sistema es la suma de lasresistencias individuales. La probabilidad de falla del conjunto es menor que las probabilidades de falla de los elementos componentes.

Sistemas formados por barras

Con arreglos de barras pueden formarse esquemas estructurales muy diversos, tales como arreglos triangulares, tipo armadura y arreglos tipo marco.

La armadura plana es un sistema formado por barras rectas articuladas en sus extremosy arregladas de manera que formen triángulos cuya alta rigidez para fuerzas en su plano hace que las cargas exteriores se resistan exclusivamente por fuerzas axiales en los elementos. El sistema sirve para transmitir a los apoyos cargas transversales en que el momento flexionante en cada sección se equilibra por medio de fuerzas de tensión y compresión concentradas en las cuerdas inferior ysuperior. La fuerza cortante se equilibra por fuerzas axiales en los elementos diagonales y verticales. Todos sus elementos están sujetos a cargas axiales que son uniformes en toda su longitud que aunado a su ligereza hace muy conveniente el empleo de armaduras para cubrir claros muy grandes.

El tipo de conexión que se emplea para la mayoría de los materiales y procedimientos constructivos es máscercano a un nudo rígido que a una articulación.

La triangulación es el aspecto clave de una armadura; del arreglo apropiado de los elementos depende la eficiencia de la transmisión de cargas. Conviene evitar que los lados de los triángulos formen ángulos muy agudos para lograr alta rigidez (entre 30° y 60° son apropiados). La longitud de los elementos a compresión debe limitarse de manera que laresistencia no se vea reducida sustancialmente por efectos de pandeo.

Las armaduras son generalmente sistemas isostáticos, aunque ocasionalmente se emplean armaduras hiperestáticas.

Aunque su empleo común es de viga de gran claro en techos y en puentes, la armadura plana se puede usar también como elemento vertical para resistir cargas laterales en torres y edificios.

Entre los arreglosde barras que no son triangulares el más elemental es el que se obtiene por la simple superposición de vigas sobre postes: las vigas trasladan las cargas hacia sus apoyos y los postes las bajan hacia la cimentación. Este arreglo denominado comúnmente poste y dintel, es la forma más elemental de marco. En este sistema no existe transmisión de momentos entre vigas y columnas.

En un marcopropiamente dicho la transmisión de esfuerzos de una a otra barra no se realiza por simple sobreposición sino que existe una conexión entre ellas que proporciona capacidad para transmitir no solo compresiones, sino también tensiones y cortantes. La conexión puede ser un nudo rígido con capacidad de transmitir, además de las fuerzas internas ya mencionadas, momentos flexionantes. Se obtiene así el...
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