ESTABILIDAD I A. Equilibrio de cuerpos vinculados

Transcripción

1 FACULTAD DE INGENIERIA ESTABILIDAD I A Equilibrio de cuerpos vinculados Equilibrio de una partícula Equilibrio de un cuerpo rígido 1

2 Grados de libertad de una partícula (o coordenadas libres) Partícula en el plano: 2 GL Partícula en el espacio: 3 GL Nota: una traslación es una rotación en torno de un punto (polo) impropio 2

3 Equilibrio de una partícula Condiciones de equilibrio de una partícula (equilibrio de fuerzas concentradas concurrentes) (1 Ley de Newton) Diagrama de cuerpo libre Poner en evidencia todas las fuerzas actuantes, activas y reactivas. fuerzas activas : tienden a poner la partícula en movimiento fuerzas reactivas: son el resultado de restricciones o soportes que tienden a impedir el movimiento. 3

4 Equilibrio de una partícula Sistemas de fuerzas coplanares (1 ecuación vectorial) (2 ecuaciones escalares) 4

5 Equilibrio de una partícula Sistemas de fuerzas coplanares 5

6 Equilibrio de una partícula Sistemas de fuerzas coplanares D A B C (ref: Russel C. Hibbeler) 6

7 Equilibrio de una partícula Sistemas de fuerzas coplanares (ref: Russel C. Hibbeler) 7

8 Equilibrio de una partícula Sistemas de fuerzas coplanares (ref: Russel C. Hibbeler) 8

9 Equilibrio de una partícula Sistemas de fuerzas coplanares Diagrama de cuerpo libre (ref: Russel C. Hibbeler) 9

10 Equilibrio de una partícula Sistema tridimensionales de fuerzas (1 ecuación vectorial) (3 ecuaciones escalares) 10

11 Equilibrio de una partícula Sistema tridimensionales de fuerzas (ref: Russel C. Hibbeler) 11

12 Equilibrio de una partícula Sistema tridimensionales de fuerzas (ref: Russel C. Hibbeler) 12

13 Equilibrio de una partícula Sistema tridimensionales de fuerzas (ref: Russel C. Hibbeler) 13

14 Grados de libertad (o coordenadas libres) de un cuerpo rígido En el plano: 3 GL En el espacio: 6 GL Nota: una traslación es una rotación en torno de un polo impropio 14

15 Equilibrio de un cuerpo rígido Condiciones de equilibrio del cuerpo rígido (equilibrio de fuerzas concentradas no concurrentes => sistema de fuerzas generalizado) (2 ecuaciones vectoriales) (6 ecuaciones escalares) Diagrama de cuerpo libre 15

16 Equilibrio de un cuerpo rígido Reacciones en los soportes Vínculo (ó soporte): toda condición geométrica que limite la posibilidad de movimiento de un cuerpo. Si un vínculo previene la traslación de un cuerpo en una dirección dada, entonces una fuerza es desarrollada sobre el cuerpo en esa dirección. Igualmente, si el vínculo impide una rotación, sobre el cuerpo se ejerce un momento. (ref: Russel C. Hibbeler) 16

17 4º Principio de la Estática, acción y reacción. Toda acción implica la existencia de una reacción, de igual intensidad y sentido contrario. 17

18 Fotografías de vínculos reales. 18

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25 FACULTAD DE INGENIERIA 25

26 FACULTAD DE INGENIERIA 26

27 FACULTAD DE INGENIERIA 27

28 FACULTAD DE INGENIERIA 28

29 Apoyos compuestos de Neopreno y de acero

30 FACULTAD DE INGENIERIA 30

31 FACULTAD DE INGENIERIA 31

32 FACULTAD DE INGENIERIA 32

33 San Rafael - Mendoza

34 Puente Gral. J. F. Uriburu (Pte. Alsina) Riachuelo 1938 Bs. Aires

35 Apoyos oscilantes para puentes En la actual ingeniería de construcción de autopistas generalmente hacen uso de estructuras curvas y soportes inclinados, por lo que generan problemas para el libre movimiento de sus apoyos. Esta circunstancia impulsó a diseñar los apoyos oscilantes, viables técnicamente al crearlos de materiales sintéticos como el PTFE (politetraflúor-etileno) y el elastómero.

36 Bola de apoyo Receptáculo de la bola de apoyo

37 Cuerpos Rígidos Vinculados. Clasificación de los vínculos: Absolutos Relativos Bilaterales ó reversibles Unilaterales (ej: contacto) 37

38 Cuerpos Rígidos Vinculados. Clasificación de los vínculos según los GL sistemas planos: Móvil (1 GL : 1 especie) Fijo (2 GL : 2 especie) Empotramiento (3 GL : 3 especie) Biela (1 GL : 1 especie) Clasificación de los vínculos según los GL sistemas espaciales: Móvil (1 ó 2 GL) Fijo (3 GL) Empotramiento (6 GL) Biela (1 GL : 1 especie) 38

39 2 D: soportes para cuerpos sometidos a sistemas coplanares de fuerzas (ref: Russel C. Hibbeler) 39

40 2 D: soportes para cuerpos sometidos a sistemas coplanares de fuerzas (ref: Russel C. Hibbeler) 40

41 3 D: soportes para cuerpos sometidos a sistemas espaciales de fuerzas 3D 41

42 3 D: soportes para cuerpos sometidos a sistemas espaciales de fuerzas 3D 42

43 Modelización 43

44 Modelización Vínculos (en sistemas planos) Apoyo móvil (1 GL) Apoyo fijo (2 GL) Empotramiento (3 GL) (ref: Russel C. Hibbeler) 44

45 Modelización (ref: Russel C. Hibbeler) 45

46 Modelización: viga puente Dilatación de una viga a causa del calor, y grietas que aparecen en los muros Viga con sustentación fija y móvil 46

47 Modelización Losa en Voladizo (Balcón) Losa sobre vigas Viga en Voladizo (Ménsula) Viga Modelo Columna Nota: cortesía cátedra Hormigón I 47

48 Modelización (ref: Russel C. Hibbeler) 48

49 Análisis estructural: Resolución de sistemas vinculados Según la vinculación, los sistemas se clasifican como: Isostáticos : GL=V Hiperestáticos : GL < V Hipostáticos : GL > V Dónde: GL:Grados libertad V : número de Vínculos 49

50 Análisis estructural: Resolución de sistemas vinculados 1. Análisis cinemático Verificar que el número de vínculos sea igual al número de grados de libertad V=GL Verificar que el sistema sea cinemáticamente estable 50

51 Análisis estructural: Resolución de sistemas vinculados 2. Análisis Estático Diagrama de cuerpo libre. Planteo de las ecuaciones de equilibrio Resolución de las ecuaciones de equilibrio Verificar resultados 51

52 Análisis estructural: Resolución de sistemas vinculados De las reacciones de vínculo conocemos punto de aplicación y dirección, pero no conocemos módulo ni sentido. 52

53 Vínculos aparentes Repasemos: movimiento de un punto A de un cuerpo rígido en torno a un punto fijo B B X f dab X A da= f. dab da La intersección de las direcciones de 2 apoyos móviles constituyen un punto fijo. 53

54 Vínculos aparentes 1. Vínculo aparente en sistemas planos Las reacciones de los vínculos móviles son concurrentes a un punto 54

55 Vínculos aparentes 2. Vínculo aparente en sistemas tridimensionales Las reacciones de los vínculos móviles intersecan un eje común (ref: Russel C. Hibbeler) 55

56 Equilibrio de un cuerpo rígido Sistemas planos (2 ecuaciones vectoriales) (3 ecuaciones escalares) 56

57 Equilibrio de un cuerpo rígido Sistemas planos (ref: Russel C. Hibbeler) 57

58 Equilibrio de un cuerpo rígido Sistemas planos 58

59 Principio de superposición de efectos Sólo aplicable a sistema lineales: proporcionalidad entre causa y efecto 59

60 a) 100 KN b) 100 KN 5 m 1000 KN-m 200 KN 50 KN 5 m 1000 KN-m 5 m 5 m 5 m 5 m 60

61 Diagrama cuerpo libre 61