Armaduras, columnas y vigas curvas

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Si dos de las fuerzas desconocidas son paralelas, las otras fuerzas pueden sumarse en forma perpendicular a la dirección de esas incógnitas para determinar directamente la tercera fuerza desconocida.

Armaduras espaciales

Una armadura espacial consiste en elementos unidos en sus extremos para formar una estructura estable tridimensional. La forma más simple de una armadura espacial es un tipo de triangulo tridimensional. Una armadura espacial simple puede construirse a partir de este tetraedro básico agregando tres elementos adicionales y un nodo, y continuar de esta manera hasta formar un sistema de tetraedros muy concertados.

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Bastidores y máquinas

Los bastidores y las máquinas son dos tipos comunes de estructuras que a menudo están compuestas por elementos de varias fuerzas conectados mediante pasadores, es decir, elementos que están sometidos a más de dos fuerzas. Los bastidores se usan para soportar cargas, mientras que las máquinas contienen partes móviles y están diseñadas para transmitir y modificar el efecto de las fuerzas. Siempre que un bastidor o una máquina no contengan más soportes o elementos que los necesarios para evitar el colapso, las fuerzas que actúan en las uniones y soportes pueden determinarse si se aplican las ecuaciones de equilibrio a cada uno de sus elementos. Una vez obtenidas las fuerzas en las uniones, es posible diseñar el tamaño de los elementos, conexiones y soportes al aplicar la teoría de la mecánica de materiales y un código de diseño de ingeniería adecuado.

Para determinar las fuerzas que actúan en las uniones y soportes de un bastidor o de una máquina, la estructura debe desensamblarse y se deben trazar los diagramas de cuerpo libre de sus partes.

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Para diseñar un elemento estructural o mecánico es necesario conocer la carga que actúa dentro de él para asegurarnos de que el material puede resistir esta carga. Las cargas internas pueden determinarse por el método de secciones.[1,2,3]

Columnas

como un elemento esbelto relativamente largo cargado a compresión. Esta descripción se plantea en términos relativos y no es muy útil para el análisis.

Se divide en tres grandes tipos:

- Columna corta (falla por aplastamiento)

- Columna larga (falla por pandeo)

- Columna intermedia (falla por una combinación de aplastamiento y pandeo)

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RELACIÓN DE ESBELTEZ

El comportamiento de las columnas depende, en buena medida, de su esbeltez, es decir, de la relación entre su longitud y las dimensiones de las secciones transversales. Otro factor importante que define el comportamiento de columnas son las condiciones de apoyo de sus secciones extremas.

Se está considerando, que el pandeo local no es crítico. Los valores que se indican a continuación representan el coeficiente que separa el pandeo inelástico del elástico para diferentes tipos de aceros estructurales utilizados en miembros en compresión axial.

la resistencia de diseño en compresión de columnas cargadas axialmente que no fallan por pandeo local ni por pandeo por torsión a flexotorsión, depende del esfuerzo crítico de Euler, Fe.

El factor de esbeltez depende de la longitud libre de pandeo del elemento. Esta longitud está regida por el tipo de unión de los extremos del elemento a analizar. Elementos sin restricción a rotación se pandean en toda su longitud por lo tanto su longitud libre es igual a su longitud real. Elementos en voladizos tendrán una longitud efectiva de sufrir pandeo igual al doble de un elemento simplemente apoyado y elementos con arriostramiento total en sus extremos tendrán una longitud efectiva menor que la propia del elemento.

Para tener en cuenta el efecto de las restricciones de rotación en los extremos se trabaja con el factor K que multiplica a la longitud real del elemento.

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Las columnas con extremos fijos son mucho más rígidas que las columnas con extremos de pasador y, por consiguiente, son capaces de soportar cargas mayores antes de pandearse. Se debe entender que es muy difícil fijar los extremos de una columna a la perfección.

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La medida de esbeltez comúnmente utilizada es la relación de esbeltez, la cual se define como:

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L = longitud real de la columna entre los puntos de apoyo o de restricción lateral

K = factor de fijación de los extremos

Le = longitud efectiva, teniendo en cuenta la manera de fijar los extremos (observe que Le = KL )

r = radio de giro mínimo de la sección transversal de la columna

RELACIÓN DE ESBELTEZ DE TRANSICIÓN

Cuándo se considera larga una columna? Para ello se requiere la determinación de la relación de esbeltez de transición, o constante de columna Cc.

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PANDEO

Es un fenómeno llamado inestabilidad elástica que puede darse en elementos comprimidos esbeltos, y que se manifiesta por la aparición de desplazamientos importantes transversales a la dirección principal de compresión.