estructuras trianguladas - flexion

3 - ESTRUCTURAS TRIANGULADAS - FLEXION
ESTRUCTURAS TRIANGULADAS
En la clase anterior vimos como un cable como el del gráfico, sometido a una
carga P, desarrolla esfuerzos axiales de tracción y provoca sobre los apoyos una
reacción vertical y un empuje horizontal hacia adentro, tendiendo a acercar dichos
apoyos.
Si invertimos el esquema tenemos un arco, desarrollando esfuerzos axiales de
compresión y un empuje horizontal, esta vez hacia adentro
Si vinculamos dichos apoyos con un tercer elemento, se configura un
TRIANGULO INDEFORMABLE que transmite esfuerzos sólo por Compresión y
Tracción, tal como el siguiente gráfico muestra en secuencia:
Como se observa en la última figura, uniendo una serie de estos triángulos se
pueden cubrir grandes luces con elementos de pequeña sección. Por su Esbeltez,
los elementos comprimidos pueden pandear.
Las uniones de estas barras deben ser teóricamente consideradas como
ARTICULADAS (sin transmitir Momentos) aunque en la práctica desarrollan
pequeñas tensiones de flexión y corte debido a la rigidez de sus uniones (cartelas)
LA FLEXION
En las clases anteriores hemos visto como a partir de contar solo con material
de compresión (piedra, ladrillo, etc.) conducimos las cargas al suelo
mediante “la forma” de la estructura”: EL ARCO Y SUS DERIVADOS.
-
(El sistema “Trilítico” del Partenón, en realidad respondía más a
necesidades de tipo arquitectónico que Estructural, en su afán de relacionar
el interior con el exterior)
En estas estructuras, las cargas de son “axiales” (de compresión ó de
tracción), es decir, se desarrollan en la dirección del eje de la estructura, lo cual
siempre es más eficiente ya que involucra a todo el material.
Desde un punto de vista más arquitectónico, estas estructuras ocupaban
proporcionalmente un gran porcentaje de la obra total –tanto de material como de
espacio- dotando al artefacto arquitectónico de una escala importante, que
trascendía la escala individual.
Pero paralelamente se ha venido desarrollando desde siempre otra forma de
conducir cargas al suelo: la “humilde” FLEXIÓN.
ESTRUCTURALMENTE, la flexión es la transmisión en horizontal de cargas
verticales con el fin de salvar una determinada distancia entre apoyos.
En principio limitadas por la poca disponibilidad de materiales de tracción (Sólo
maderas naturales de medidas limitadas), las estructuras de flexión son las
habituales en la arquitectura anónima, popular.
Este mecanismo no opera mediante la “Forma” sino aprovechando los
“esfuerzos internos”que, combinando Tracción con Compresión.
se oponen a la Deformación.
Es decir, depende de :
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La RESISTENCIA molecular del material ante los esfuerzos de Tracción y
Compresión
La RIGIDEZ aportada por Las dimensiones y forma de la sección
No confundamos “Resistencia” con “Rigidez”:
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La RESISTENCIA se opone al “ESFUERZO” (acortamiento, alargamiento)
La RIGIDEZ se opone a la “DEFORMACIÓN”
La rigidez flexional de la pieza dependerá mucho más de la “altura” que de la
cantidad de materia, ya que aumenta al cuadrado de la distancia entre la fibra
más alejada y el eje neutro.
Se comprende así la importancia de la sección para la utilización racional del
material.
Por lo tanto, una pieza capaz de trabajar a la Flexión tiene que tener
Resistencias de tracción muy similares, lo que explica el predominio de la
madera para cumplir ese rol entre los materiales naturales, y del acero y el
Hormigón Armado entre los artificiales.
LA DEFORMACION
Las estructuras de flexión se comprenden mejor si se analiza “LA
DEFORMACIÓN”
Todo elemento sometido a flexión se Deforma según una determinada curva
o “Elástica de deformación”, de la cual se pueden deducir los tipos de
esfuerzos requeridos a la pieza.
-
Analicemos “el Gusanito” que han construido:
¿Cuáles son las consecuencias de este análisis?
-
Máxima compresión y tracción en las fibras más alejadas del Eje
Neutro
Ahora, a la luz de esta constatación, analicemos una viga en voladizo
sometida a una carga P
-
¿Qué se ha producido en el interior de la pieza deformada?
Se ha producido un “PAR INTERNO DE FUERZAS” que se opone a la
deformación
Par de Compresión y Tracción que será tanto mayor cuanto mayor sea su
brazo de palanca, en función de la altura de la sección.
EL CORTE
Pero al mismo tiempo se pone en acción el ESFUERZO DE CORTE,
mecanismo por el cual dos secciones infinitamente próximas tienden a
deslizarse entre sí.
El corte también podría considerarse como una combinación de tracción sobre
una diagonal y de compresión sobre la otra.
(Esta es la razón por la cual un material con baja resistencia a la tracción no
puede ser resistente al corte.)
LOS APOYOS
El otro elemento que influye decisivamente en la forma de la Elástica de
deformación es el Tipo de Apoyo de la pieza flexada
Hay tres tipos de apoyos, según la cantidad de movimientos que restringen:
TIPOS ESTRUCTURALES DE FLEXION
A partir de estos conocimientos básicos es posible intentar intuir la deformación
y analizar los esfuerzos a los que son sometidas las piezas estructurales.
La correspondencia entre la “Elastica de deformación” y el “Diagrama de
Momentos” permite comprender la relación que hay entre la Deformación”
producida por las fuerzas exteriores, y las resistencias internas suscitadas en
el material.
Vamos a empezar viendo algunos ejemplos de piezas flexadas SOBRE UNA
LÍNEA DE ACCIÓN, denominadas VIGAS.
VIGA SIMPLEMENTE APOYADA
VIGA EMPOTRADA
VIGA CONTINUA
VIGA EN VOLADIZO
PORTICO