¡LA BIENVENIDA PARA TODOS!
En esta oportunidad compartiremos con ustedes información importante respecto al equilibrio y estabilidad de las estructuras
EQUILIBRIO
El Equilibrio es el estado en que se encuentra un cuerpo o estructura cuando la suma
de todas las fuerzas y momentos que actúan en el se contrarrestan. Las estructuras pueden comportarse con respecto al equilibrio de distintas maneras:
Hay estructuras que estando en reposo, poseen una estructura que les permiten permanecer erguidos sin volcarse. Este tipo de estructura se encontrara en Equilibrio Estático.
Por otra parte hay estructuras que permiten a los cuerpos u objetos permanecer en equilibro aunque estos se encuentren en movimiento. A esto se le conoce como Equilibrio Dinámico.
Y por ultimo tenemos casos donde las estructuras que siendo estáticas no solo soportan su propio peso, sino que pueden soportar fuerzas exteriores a las que pueden ser sometidas. Estas son las que permiten el conocido Equilibrio Hiperestático.
VÍNCULOS
Un Vínculo consiste en una imposición a un elemento o punto de permanecer inmóvil (restringir todos sus grados de libertad: apoyo triple) o de realizar una trayectoria específica (restringir algunos de sus grados de libertad: apoyo simple o apoyo doble), y se materializan a través de apoyos externos o internos (nudos).
Vínculos en el Plano
el estudio de las vinculaciones o conexiones entre los distintos elementos de un sistema estructural se realiza fundamentalmente en el plano, esto facilita la comprensión y el análisis de las mismas.
Vínculos externo
vínculos que restringen el movimiento de un cuerpo respecto al sistema tierra, estos vínculos se denominan vínculos externos. los cuales restringen total o parcialmente el movimiento relativo entre dos cuerpos. Según Hernández (1998), los vínculos externos en el plano se clasifican en tres categorías según su grado de restricción:
Vínculos Externos de primera especie
Son vínculos que poseen un grado de restricción, es decir añaden una unidad de vinculación al sistema. El cual puede representarse ya sea mediante una articulación móvil (patín) o un rodillo pero cabe destacar que aunque restrinjan el mismo movimiento, no hacen exactamente lo mismo.
Vínculos externos de segunda especie
La articulación a tierra o articulación fija es uno de los vínculos más comunes. Restringe el desplazamiento en cualquier dirección del plano (generalizadas mediante dos direcciones ortogonales cualesquiera) por lo que tiene dos unidades de vinculación, permitiendo solo la rotación de la chapa respecto a tierra.
Vínculos externos de tercera especie
Cuando se restringe tanto el desplazamiento en cualquier dirección como la rotación estamos en presencia de un empotramiento. Su colocación añade tres unidades de vinculación o lo que es equivalente decir reduce tres grados de libertad al sistema. Su aplicación en una chapa libre en el plano anula todo su movimiento.
Vínculos Internos
los vínculos internos se observa que restricciones presenta un cuerpo respecto a otro cuerpo al cual está vinculado. Para conocer el grado de vinculación interna basta con fijar o restringir el movimiento de uno de los dos cuerpos y analizar qué sucede con el otro, que movimiento se restringe y que movimiento es libre de realizarse. Teóricamente se puede decir que los vínculos externos son un caso particular de los vínculos internos.
Vínculos internos de primera especie
un apoyo simple interno, que puede ser representado de dos maneras: patín interno o el rodillo interno. Restringen solo una dirección de desplazamiento la cual va a depender de la posición del vínculo. Esta vez encontramos que ambos cumplen exactamente la misma función, no hay diferencias, permiten la rotación relativa y una dirección de desplazamiento.
Vínculos internos de segunda especie
Articulación o rótula: su función es permitir la rotación relativa entre chapas restringiendo cualquier desplazamiento relativo Si una de dos chapas vinculadas entre sí por una articulación se restringe de todo movimiento la articulación pasa a ser un punto fijo sobre el cual la otra chapa puede rotar, es decir, se convierte en un polo para esta chapa.
Empotramiento móvil interno o par de bielas paralelas: cuando se restringe la rotación relativa y solo una dirección de desplazamiento entre dos chapas, estamos en presencia de este vínculo, el cual es muy temido por los estudiantes por su dificultad para el análisis tanto en el estudio de la estabilidad de sistemas materiales como para el cálculo de reacciones externas e internas mediante ecuaciones de equilibrio.
Vínculos internos de tercera especie
Cuando se vincula al sistema tierra un cuerpo imposibilitando todo su movimiento se suele representar mediante un vínculo externo de empotramiento las restricciones que el cuerpo posee. Esta restricción también puede suceder entre dos o más cuerpos mediante una junta rígida o nodo rígido.
Movimientos Infinitésimos
Como ya se mencionó, los desplazamientos en estructuras son muy pequeños en comparación a las dimensiones de las mismas, por ello debemos pensar en los vínculos como condiciones restrictivas que pueden admitir cierto grado de desplazamiento y/o rotación y no como mecanismos diseñados para permitir grandes desplazamientos.
Aplicación a Sistemas Estructurales en la Realidad
Según expresa Hibbeler (2012): “Al seleccionar un modelo concreto para cada soporte o junta, el ingeniero debe estar consciente de cómo afectarán los supuestos al desempeño real de los elementos y si los supuestos son razonables para el diseño estructural”. (p. 35). Por consiguiente el ingeniero estructural debe seleccionar un modelo que se corresponda con la realidad y obtener resultados que garanticen la seguridad y un buen desempeño de la estructura durante su vida útil.
CHAPAS
Se entiende por chapa al plano simetría de una estructura en la cual actúan las resultantes de fuerzas iguales y simétricas, respecto de dicho plano de simetría.
Chapa Rígida: Es aquella que no sufre deformaciones bajo la acción de las fuerzas exteriores. La distancia entre dos puntos cuales quiera permanece constante bajo la acción de las fuerzas.
Chapa Rígida Libre: Es aquella que se puede desplazar en cualquier dirección, pudiendo ocupar cualquier ubicación en el plano. Cualquier punto de la chapa tiene libertad de moverse en cualquier dirección y sentido.
Chapa Rígida Vinculada: Es aquella que en uno o mas de sus puntos se encuentra limitada en sus posibles desplazamientos.
Video explicativo de Vínculos y Chapas
ESTABILIDAD CINEMATICA DE UN SISTEMA
Los sistemas considerados se definen como cinemáticamente estables, cuando cumpliendo con la condición necesaria, se encuentren fijos o estabilizados. Si el sistema está formado por una sola chapa, se considera fijo si tiene dos polos de rotación. Por consiguiente, si se trata de una cadena de chapas, para que sea estable todas y cada una de sus chapas, deben tener dos polos rotación, o sea, todas deben estar fijas. Esta representa la condición suficiente para la
estabilidad del sistema.
Todo lo expuesto, permite en forma general establecer algunos pasos que deben seguirse para determinar la estabilidad cinemática de las estructuras:
- Identificar el sistema (chapa o cadena de chapas), tratando de configurar el menor
- Número de chapas, y clasificar el tipo de formación de acuerdo ésta configuración.
- Determinar los grados de libertad g del sistema, haciendo uso de la ecuación
- Contar las restricciones impuestas por la vinculación externa y calcular la
diferencia g – r.
- Clasificar cinemáticamente el sistema a la diferencia g-r
