Estructuras determinadas de ingeniería civil.
Las estructuras del tipo de muro de carga son muy usadas en almacenes, edificios industriales, talleres, y otras estructuras con bajas relaciones H/ W. En una estructura de muro de carga, gran parte de la carga de techo la soportan los muros del perímetro (y a veces los muros interiores). Las viguetas del techo pueden salvar todo el espacio cubierto y descansar sobre los muros exteriores, o apoyarse en el muro exterior y en un sistema interior de viga de techo y columna, como se ilustra en la figura 2-4. En cualesquiera de los casos, las viguetas son vigas simplemente apoyadas. La viga interior de techo puede apoyarse simplemente en las columnas, o constituir un sistema continuo sobre las mismas.
Las conexiones de viga a columna no pueden transmitir momento alguno en los marcos simples. En la práctica, casi todas las conexiones de vigas y columnas pueden, y lo hacen, transmitir tanto cortantes como momentos. Si la conexión fuese flexible, se hará la suposición común de que sólo se transmite el cortante. En el capítulo 8 se tratarán las conexiones con mayor detalle. Las estructuras pueden ser determinadas o indeterminadas, dependiendo de que se suministren más barras de las necesarias para completar exactamente una serie de triángulos. Expresado en forma de ecuación, el número de barras para producir una armadura determinada es n = 2) – r dondej = Número de juntas n = Número de barras R =Número de reacciones Si n’ >n, la armadura es indeterminada; si n’ <n la armadura es inestable. Las armaduras determinadas se optimizan con facilidad para el peso mínimo ya que las fuerzas en los miembros dependen sólo de la geometría de la armadura.
Las armaduras indeterminadas no son tan fáciles de optimizar, puesto que las fuerzas en los miembros dependerán tanto de la geometría como del tamaño de los miembros. Las armaduras indeterminadas se usan comúnmente en donde ocurren inversiones de esfuerzos, donde se encuentran condiciones asimétricas de carga, y cuando se usan miembros extra para reducir la relación L/r de los miembros principales que conducen la carga. Al controlar la relación L/r es posible dictar la geometría de muchas clases de estructuras. En los casos en que la relación L/r controla el diseño, es muy dificil obtener la optimización para el peso mínimo. Sin embargo, el lector debe tener presente que la armadura óptima (o cualquier estructura), será aquélla que equilibra el peso, la fabricación, y la seguridad total contra el costo total que pagará el cliente. El peso mínimo por sí solo no satisface los criterios de «optimización».
Las armaduras determinadas se resuelven con facilidad en forma manual usando el método de equilibrio de las juntas, o el alternativo del equilibrio de la porción a la derecha o a la izquierda de un corte en la sección. Tanto las armaduras determinadas como las indeterminadas se resuelven fácilmente con cualquier programa de computadora del gran número de que se dispone actualmente. El programa de computadora que se encuentra en el Apéndice de esta obra puede ser usado lo mismo para resolver armaduras determinadas o indeterminadas. En este programa se utiliza el método matricial de análisis de la rigidez, como se indica más adelante. Se supone que el alumno ha tomado o tomará pronto un curso avanzado de análisis estructural, por lo que sólo se incluye un estudio breve del método de la rigidez que se usa en el programa de computadora que aparece en el Apéndice.
Haciendo referencia, la codificación de un elemento típico de la armadura será como se indica, en donde el código P-X se refiere a los efectos nodales en un sistema de armadura en el que solamente las fuerzas PI hasta P4 inclusive son las que aparecen afectando al miembro designado con la letra i. La fuerza interna en el miembro i es F I , Yexiste para esta fuerza un correspondiente desplazamiento axial el’ Se define la pendiente del miembro como: cos a=HIL; sen a= VIL; y L =(H2 + V2) -} . La matriz P se basa en las cargas reales aplicadas a la estructura en los puntos nodales. Estos puntos nodales pueden ser juntas de la armadura o puntos a lo largo de una viga o de un marco. La matriz S es una matriz de propiedades de los miembros, y la matriz A es el puente entre las fuerzas nodales y las de los miembros y considera la geometría de la armadura (o del marco).
Gracias al señor Ángel Ariel Portorreal por enviarnos este material.
