ESTRUCTURAS ISOSTATICAS PARTE 2

16 años 4 meses antes #11888 por evelynguerrero
A partir de la definición del concepto de estructura (como el conjunto de elementos con forma geométrica que, unidos a través de nodos soportan cargas que son transmitidas a su sistema de apoyos a través de los elementos que la conforman);
las clasifique por:
su forma geométrica, por su sistema de cargas y por su sistema de apoyos; de la misma forma, por sus condiciones de isostaticidad, identificando a:
las estructuras hipostáticas (inestables), cuando el número de las incógnitas del sistema es menor a las condiciones del equilibrio estático; estructuras isostáticas (estables) cuando el número de las incógnitas del sistema es igual al número de las ecuaciones de equilibrio estático; estructuras hiperestáticas, cuando el número de las incógnitas es mayor al número de las ecuaciones del equilibrio estático.
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:: 1.1 Conceptos básicos y definiciones ::
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el concepto de estructura se encuentra referido a un conjunto de elementos que la conforman; empero, ésta aseveración no demuestra una definición para entenderlo en toda la extensión de su significado. al plantearse la pregunta de que es una estructura, la respuesta puede darse un tanto subjetiva. Por lo que, para entenderlo y asimilarlo es necesario considerar como premisa el entorno que la rodea.
En nuestras actividades cotidianas si tuviéramos curiosidad de ser observadores teniendo únicamente nuestro medio ambiente como límite, o en otras palabras, el límite de nuestra vista y razonamiento; nos daríamos cuenta que podemos identificar diferentes estructuras, diferenciándolas por su utilización para lo que fueron diseñadas; así, en el ámbito científico de la ingeniería civil, en forma natural discriminaríamos: Casas habitación, edificios de oficinas, escuelas, puentes, tanques, edificios departamentales, anuncios espectaculares, aeropuertos, presas, distrito de riego, carreteras, alcantarillado, líneas de conducción y distribución de agua potable, entre otras, todas ellas cumpliendo un propósito particular para lo que fueron diseñadas.

En ocasiones no se hace referencia de las relaciones que existen entre su forma geométrica, su tipo de cargas y sus apoyos que la sustentan. Para ello, como es de suponerse, requerimos de conocimientos científicos que nos permitan entender el comportamiento de las estructuras en su totalidad, desde su concepción como proyecto, hasta ser utilizadas para lo que fueron diseñadas al través de un proceso de análisis estructural que es inducido.
la teoría de la estática y de las matemáticas, dominando entre otros conceptos:
Algebra, trigonometría, cálculo diferencial e integral, álgebra vectorial, etc. y de la teoría de la estática: Identificación y clasificación de fuerzas y sistema de fuerzas, momento de una fuerza respecto de un punto y de una línea, equivalencia y resultante de sistemas de fuerzas, equilibrio de sistemas de fuerzas, ejes y planos de simetría, centroides, momentos estáticos o de primer orden, momentos de inercia o de segundo orden, etc. Por ello, los conocimientos deben de tener una continuidad que liguen o conecten los previos con los nuevos que se pretenden adquirir.
En el contexto de lo anteriormente expresado, al tomar de referencia la siguiente pregunta: ¿Qué es una estructura?, la respuesta en ocasiones la abordamos sin entender su comportamiento integralmente, sobre todo cuando se trata de identificar los elementos que la conforman, ya sea por su forma geométrica, por las cargas que soporta, por sus apoyos que la sustentan, por los materiales utilizados o por el uso para lo que fue diseñada.
En éste orden de ideas, una estructura vista como una generalidad está compuesta por particularidades representadas por sus elementos que la integran y que son analizados independientemente dentro del entorno de la generalidad de la estructura.
Con el propósito de ser mas explícito; el conjunto de elementos que en lo particular forman parte de una estructura, los identificaremos si tomamos como ejemplo una casa habitación; como la cimentación, las trabes, los muros, las losas, los castillos, etc., elementos que sin perder de vista el concepto global de la estructura, requieren ser analizados en lo particular.
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Por lo tanto:
UNA ESTRUCTURA, ES UN CONJUNTO DE ELEMENTOS CON FORMA GEOMÉTRICA QUE, UNIDOS ENTRE SÍ POR MEDIO DE NODOS, SOPORTAN CARGAS QUE SON TRANSMITIDAS A SUS APOYOS A TRAVÉS DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES QUE LA INTEGRAN.
De ser aceptada la definición, el conjunto de elementos que integran una estructura debe de contener simultáneamente: Forma geométrica, sistema de cargas y sistema de apoyos, referencias que facilitan tener elementos de análisis para plantear una clasificación en función de su geometría, de sus apoyos y de sus cargas.


:: 1.2.1 Por su forma geométrica ::
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La primer clasificación en el entorno de las estructuras, se da en función de la ubicación de sus elementos, que pueden estar localizados en el plano o en el espacio; en consecuencia, las estructuras se dividen en:



Estructuras planas:
Son aquellas cuando sus elementos se encuentran en un plano; una representación de éstas se ejemplifica idealizando una viga simplemente apoyada que se encuentra localizada sobre el plano XY.


Estructuras en el espacio:
Se identifican como tales cuando al menos, uno de sus elementos se encuentra en el espacio.En la figura, elmarco AB-OE se encuentra en el plano XY; y perpendicular a éste, sobre el eje Z se ubica el marco GH-KL resultando en consecuencia una estructura en el espacio.

Tomando de referencia el alcance que se pretende en el análisis de las estructuras isostáticas, se abordan únicamente las estructuras planas; identificando entre ellas la siguiente clasificación:

1.2.1 CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS POR SU FORMA GEOMÉTRICA:

Las estructuras por su forma geométrica en el contexto de sus elementos que las integran se clasifican en rectas, curvas y de contacto; para su identificación se indicarán en algunas las cargas y apoyos únicamente para su identificación, ya que para su definición.

Estructuras rectas: Vigas o barras, columnas, marcos simples y armaduras:






Columnas:
Es un elemento estructural vertical o inclinado. se esquematiza una columna vertical AB con carga concentrada axial.
Marcos:
Estan constituidos por un conjunto de elementos rectilíneos, horizontales, verticales y/o inclinados. Elementos que soportan cargas concentradas o distribuidas Armaduras:

Las integran un conjunto de elementos rectilíneos relativamente esbeltos que está unidos rígidamente en sus extremos que soportan cargas concentradas directamente sobre las uniones o nodos

Arcos:
Estan integradas por un conjunto de elementos curvos de forma circular, elíptica o parabólica.
Cables:

Rectilíneos en cuyos puntos de inflexión soportan cargas concentradas.



Parabólicos que soportan cargas repartidas.






Cables que soportan su peso propio.




Estructuras de contacto:
Se representa la idealización de un muro que soporta en su parte superior la losa de concreto; que a su vez éste se apoya sobre la corona de la cimentación; y ésta es previamente soportada por el terreno.
:: 1.2.2 Por su sistema de cargas ::
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Una primer clasificación de las estructuras por su sistema de cargas se identifican:
Las cargas externas: actúan sobre la superficie del elemento estructural.
Las cargas internas: actúan dentro del elemento estructural (
Con base en lo anterior, cuando la estructura soporta un sistema de cargas externo se identifican: Por el tipo de carga, por su permanencia y por la forma en que actúa.
Por el tipo de carga:

Cargas concentradas:
Son aquellas que tienen un solo punto de aplicación
Cargas Axiales:
Son aquellas que están actuando en el centro geométrico de una sección transversal.


Cargas no axiales:

Son aquellas que actúan fuera del centro geométrico de una sección transversal, generando una excentricidad (e).


Cargas repartidas:
Es un sistema de fuerzas que actúa sobre una unidad de longitud.




Carga uniformemente distribuida:

La variación de la carga es constante sobre el claro "L" donde esta actuando
Carga no uniforme:
La variación de la carga no es constante sobre el claro "L" donde esta actuando. Por ejemplo, una carga de variación lineal sobre el tramo "a" y con una variación cuadrática sobre el tramo "b".
Por su permanencia:
Las cargas vivas, las cargas muertas y las cargas accidentales.
Cargas vivas: Para una simple identificación y un tanto coloquial, se definen como aquellas que se mueven; por ejemplo en un salón de clases la carga viva esta representada por el peso de los alumnos que se expresan en unidades de longitud al cuadrado.
Cargas muertas: Están representadas por el peso propio del elemento estructural
Cargas accidentales: Son aquellas que están representadas por la fuerza sísmica, por la fuerza del viento, por el peso de la nieve, etc.
Por la forma en que actúan:
Las cargas activas, las cargas reactivas y las cargas internas.
Cargas activas:
Están representadas por el sistema de cargas externo (y = mx; y = mx²) que están actuando sobre el elemento estructural.
Cargas reactivas:
Están representadas por las componentes de cada uno de los apoyos que soportan al elemento estructural (RA; RB) identificándose también como vínculos o reacciones.
Cargas internas: Son las que actúan dentro del elemento estructural, mismas que se oponen a la acción de las cargas externas. Dentro de ésta clasificación se distinguen: La fuerza normal, es una fuerza interna que esta actuando perpendicularmente a la sección transversal del elemento estructural. La fuerza cortante, es una fuerza interna que esta actuando paralelamente a la sección transversal del elemento estructural. Por los efectos que generan éstas fuerzas internas, se les asocia con los elementos mecánicos del elemento estructural.

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