Los armazones se utilizan para soportar techos, reforzar puentes o torres de apoyo. La pregunta básica es por qué deberíamos analizar un armazón. Esto se debe a que si queremos diseñar los miembros de un armazón y sus uniones correctamente, debemos tener un conocimiento claro de la carga que lleva cada miembro del armazón bajo cualquier condición de carga dada.
Antes de analizar el armazón, veamos las principales suposiciones detrás de él. Los miembros del armazón están conectados solo en sus extremos y están unidos por pasadores sin fricción, por lo que no es necesario considerar ningún momento de flexión secundario inducido debido a la fuerza de fricción. Otra suposición es que el armazón solo se carga en las uniones, y la última es que el peso de los miembros del armazón se puede despreciar en comparación con la carga que actúa sobre el armazón.
La fuerza desarrollada en un miembro del armazón es siempre axial y puede ser tanto de tracción como de compresión. Si un miembro está bajo carga de tracción, esta será la dirección de la fuerza interna desarrollada. De manera similar, en caso de una fuerza compresiva, la fuerza interna desarrollada en el miembro se dirige hacia la unión.
Método de las juntas
La forma más común de determinar las fuerzas dentro de un armazón es el método de las juntas. El concepto básico del método de las juntas es que, dado que el armazón está en equilibrio, cada unión del armazón también estará en equilibrio.
El procedimiento para el método de las juntas es el siguiente:
- Paso 1: Determinación de las fuerzas de reacción. Para ello, se pueden utilizar tres ecuaciones de equilibrio del armazón: suma de las fuerzas horizontales igual a cero, suma de las fuerzas verticales igual a cero y momento actuando en cualquier punto del armazón igual a cero.
- Paso 2: Aplicación del concepto de equilibrio en las juntas. Se considera una junta donde no haya más de dos miembros cuyas fuerzas sean desconocidas. Dado que tenemos solo dos ecuaciones de equilibrio, podemos resolver las fuerzas desconocidas en la dirección x e y en la unión.
- Ten en cuenta que no podemos utilizar el equilibrio de momento en una junta, porque el momento producido por las fuerzas de los miembros en una junta es cero, ya que todas las fuerzas pasan por el mismo punto.
- Una vez que hayas resuelto una junta, puedes pasar a la siguiente y hacer el mismo análisis allí. El procedimiento se repite hasta que hayamos resuelto todas las fuerzas desconocidas en el armazón.
Ejemplo de análisis estructural utilizando el método de las juntas
Analizaremos un problema de estrés en la siguiente estructura, que se utiliza para levantar peso. Un extremo está conectado a un rodillo y el otro extremo a un pasador.
Paso 1: Determinación de las fuerzas de reacción a partir del diagrama de cuerpo libre. Dado que un extremo está conectado por un rodillo, la fuerza de reacción será puramente vertical. En el otro extremo, tanto las fuerzas de reacción vertical como horizontal están presentes. Dado que toda la estructura está en equilibrio estático, podemos utilizar tres ecuaciones de equilibrio para resolver las tres componentes de las fuerzas de reacción.
Análisis en cada junta: asumamos que todos los miembros están bajo tensión y que las fuerzas se alejan de la unión al desarrollarse la fuerza interna. El número de fuerzas desconocidas alrededor de cada unión se muestra aquí.
Está claro que podríamos comenzar nuestro análisis desde la unión A o desde la unión D, ya que ambas tienen dos fuerzas desconocidas. Las demás uniones tienen tres fuerzas desconocidas. Comencemos con la unión A. Las fuerzas en ambos miembros se pueden resolver utilizando la fórmula de equilibrio. Si el seno de alguna fuerza es negativo, eso significa que el miembro está bajo compresión.
Ahora podemos pasar al punto B, donde hay dos incógnitas. Utilizando el mismo concepto, podemos resolver las fuerzas en los miembros 3 y 5. Ahora la única fuerza desconocida que queda es la del miembro 4, que se puede resolver fácilmente considerando el equilibrio en el punto C o punto D y utilizando una ecuación de equilibrio.
Espero que ahora tengas una buena comprensión del análisis estructural utilizando el método de las juntas. Gracias.
