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UNIDAD I. ESTATICA APLICADA
OBJETIVO TERMINAL: Al finalizar la
Unidad el estudiante estará en la
capacidad de Analizar la estabilidad y la
determinación estática y cinemática de
una forma resistente plana cualesquiera.
UNIDAD I. ESTATICA APLICADA
I.1. Generalidades.
I.2. Estabilidad.
I.2.3. Determinación e Indeterminación.
I.2.3.1. Estática (Externa, Interna y Total)
I.2.3.2. Cinemática.
I.2.4. Diagramas de Williot
I.1. Generalidades
Estructura : Es una forma resistente conformada
por un elemento o por un conjunto de elementos
relacionados entre sí y dispuestos en una forma
tal que permiten soportar de una manera
adecuada las cargas o solicitaciones a las cuales
se encuentra sometidas sin colapsar.
En la práctica de la Ingeniería Civil podemos
clasificar las estructuras de la siguiente forma:
 Según su geometría.
 Según el tipo de conexiones.
 Según el tipo de Sistema Constructivo.
I.1. Generalidades
Hipotesis Consideradas:
 La Estructura es elástica, por lo tanto cumple
con la Ley de Hooke, ( = E.).
 Se cumple el Principio de Superposición.
 Se conocen las propiedades de los materiales,
para lo cual se consideran isotropicos
homogéneos.
 Se conoce la geometría y el tipo de apoyos y
conexiones.
 Se consideran Estructuras Bidimensionales, es
decir, estructuras planas.
I.1. Generalidades
Modelo Matemático de la Estructura
Estructura Real


N
P1
A
P2
F H
I
G
D
E
B
C
J
K
L
M
Ñ
O
P1
P2
P2
P2 P2
L1 L1 L1 L1 L1 L1
L1 L1
L1 L1
Geometría = Área (A), Inercia (I), Momento Polar de Inercia (J)
Materiales = Modulo de Elasticidad (E), Modulo de Rigidez al Corte (G)
I.2. Generalidades. Estructuras
Modelos de Estructuras empleadas en Obras Civiles
Modelo Pórtico
Estructural

Estructura Real
P2
P
A
B C
D
L1 L1
L2
Parámetros Conocidos:
A, I, J, E, G
I.2. Generalidades. Estructuras
Modelos de Estructuras empleadas en Obras Civiles
Modelo Pórtico
Estructural

Estructura Real
I.2. Generalidades. Estructuras
Modelos de Apoyos en Estructuras empleadas en
Obras Civiles
a) Rodillo o Biela b) Apoyo articulado
c) Empotramiento
I.2. Generalidades. Estructuras
Modelos de Estructuras empleadas en Obras Civiles
a) Viga simplemente apoyada
b) Armadura o cercha
c) Pórtico estructural
I.2. Estabilidad. Definición
Una estructura ESTABLE es aquella capaz de
soportar las cargas actuantes de manera
inmediata y en el rango del comportamiento
elástico sin colapsar, en donde sus posibilidades
de movimiento o Grados de Libertad (G.D.L.) como
cuerpo rígido deben estar restringidos.
En este contexto, la estabilidad de una estructura
depende de sus características geométricas y
de la cantidad y disposición de las restricciones
(o vínculos) que posea.
I.2. Estabilidad. Vínculos
Se entiende por vínculo en términos estructurales,
a todo elemento físico que produzca restricción de
uno o más Grados de Libertad como Cuerpo
Rigido (G.D.L.CR) de una estructura. Estos pueden
clasificarse en forma general como vínculos
internos y vínculos externos
Los vínculos internos están representados por las
conexiones entre los elementos que conforman
la estructura y suelen llamarse “nodos o
juntas”, mientras que los vínculos externos
representan la interacción de la estructura con
el suelo y suelen ser llamados “apoyos”
I.2. Estabilidad. Vínculos
bielas
bielas
biela
bielas
bielas
Vínculos típicos empleados en estructuras
Vínculos Externos Vínculos Internos
RODILLO
(vinculo 1ER orden)
BIELA
(vinculo 1ER orden)
RODILLO
(vinculo 1ER orden)
BIELA
(vinculo 1ER orden)
ARTICULACIÓN
(Vinc. 2DO orden)
ARTICULACIÓN FICTICIA
(Vinc. 2DO orden)
ARTICULACIÓN
(Vinc. 2DO orden)
ARTICULACIÓN FICTICIA
(Vinc. 2DO orden)
EMPOTRAMIENTO
(vínculo de 3ER orden)
EMPOTRAMIENTO FICTICIO
(vínculo de 3ER orden)
EMPOTRAMIENTO
(vínculo de 3ER orden)
EMPOTRAMIENTO FICTICIO
(vínculo de 3ER orden)
I.2. Estabilidad. Teoría de Chapas
En la “Teoría de Chapas” se establece que todos
los puntos que conforman una estructura o forma
resistente cualesquiera que presentan los mismos
G.D.L.CR se encuentran contenidos en plano, en el
caso bidimensional, al cual denominaremos
“chapa”, siendo los G.D.L.CR de la Chapa
equivalentes a los del cuerpo rígido.
Luego entenderemos que una chapa contendrá el
o los elementos que están conectados de tal
forma que se comportan como un solo cuerpo
rígido.
I.2. Estabilidad. Teoría de Chapas
Estructuras consideradas como Chapas
a) Viga simplemente apoyada
b) Armadura o cercha
c) Pórtico estructural
CHAPA
CHAPA
CHAPA
d) Marco Estructural
CHAPA
CHAPA
I.2. Estabilidad. Teoría de Chapas
Si consideramos la chapa mas simple que puede
existir en el plano, definida por el triangulo ABC
de la Figura observaremos que presenta los
siguientes G.D.L. como cuerpo rígido
a) Traslación en x
(xA, yA)
(xC, yC)
(xB, yB)(x’A, yA) (x’B, yB)
(x’C, yC)
A
C
B A’ B’
C’
y
x
b) Traslación en y
(xC, yC)
(xA, y’A) (xB, y’B)
(xC, y’C)
(xA, yA) (xB, yB)
A
C
B
A’ B’
C’
y
x
c) Rotación
respecto al punto
A (xA, yA)
(xC, yC)
(xB, yB)
(x’B, y’B)
(x’C, y’C)
A
C
B
B’
C’
y
x
 G.D.L. 1 Chapa = 3
I.2. Estabilidad. Criterios una Chapa
Criterio de Estabilidad Nº 1: La chapa deberá
poseer una combinación de vínculos externos que
genere al menos tres restricciones. (Condición
necesaria pero no suficiente).
Número de Restricciones por Vínculos Externos
Existentes  Nº Rest. VEE
 Nº Rest. VEE ≥ Nº Rest. VEmin = 3
Número de Restricciones por Vínculos Externos
Mínimo  Nº Rest. VEmin
Nº Rest. VEE = 3 x Nº Emp. + 2 x Nº Art. + Nº Rod.
I.2. Estabilidad. Criterios una Chapa
Caso de Estudio
 Nº Rest. VEE = 3 ≥ Nº Rest. VEmin = 3 (Cumple)
Aplicando Teoría de Chapas
Nº Rest. VEE = 3 x Nº Emp. + 2 x Nº Art. + Nº Rod.
A B
CHAPA
A B
Nº Rest. VEE = 3 x 0 + 2 x 1 + 1 = 3
 Estructura Presumiblemente Estable
I.2. Estabilidad. Criterios una Chapa
Criterio de Estabilidad Nº 2: La chapa deberá
poseer un mínimo de tres CIR (No alineados ni
concurrentes) lo que equivale a decir que la chapa
posea un mínimo de tres direcciones de CIR no
concurrentes ni paralelos entre si.
Ubicación del CIR por los vectores de corrimiento
i
j
CHAPA
CIR
DIR CIR (vi)
DIR CIR (vj)
i
v
j
v
DIR CIR 1
DIR CIR 2
DIR CIR 3
CIR O1
CIR O2
CIR O3
CHAPA
I.2. Estabilidad. Criterios una Chapa
 Cumple el Criterio Nº 2  La Estructura es Estable
DIR CIR 1 DIR CIR 3
DIR CIR 2
CHAPA
CIR O1 CIR O2
CIR   O3
A B
1
B
v
3
B
v
Caso de Estudio
A B
Análisis del
Problema
I.2. Estabilidad. Criterios varias Chapas
Criterio de Estabilidad Nº 1: La estructura deberá
poseer una combinación de vínculos externos que
genere al menos un número de restricciones igual
al Nº de Rest. VEmin. (Condición necesaria pero
no suficiente).
 Nº Rest. VEE ≥ Nº Rest. VEmin
N = Número de Chapas que conforman la estructura
Nº Rest. VEE + Nº Rest. VIE ≥ G.D.L  (3 x N)
Nº Rest. VEmin = 3 x N - Nº Rest. VIE
CHAPA 1
CHAPA 2 CHAPA 3 CHAPA 4
CHAPA 5
I.2. Estabilidad. Criterios varias Chapas
n = Número de Chapas que se unen en el nodo
N° de Rest. VEmin = 3 x 5 – 2 x (2 – 1) x 3 – 1 = 8
Nº Rest. VI = [2 x (n – 1)] x c/Art. + [1] x c/Rod.
CHAPA 1
CHAPA 2 CHAPA 3 CHAPA 4
CHAPA 5
CHAPA 1
CHAPA 2 CHAPA 3 CHAPA 4
CHAPA 5
N° de Rest. VEE = 3 x 2 + 2 x 1 + 0 = 8 ≥ Nº Rest. VEmin
Solución
Propuesta

 Estructura Presumiblemente Estable
I.2. Estabilidad. Criterios una Chapa
Criterio de Estabilidad Nº 2: Cada una de las
chapas que conforman la estructura deberá
poseer un mínimo de tres CIR (No alineados ni
concurrentes) lo que equivale a decir que cada
chapa posea un mínimo de tres direcciones de
CIR no concurrentes ni paralelos entre si.
 Cumple el Criterio Nº 2  La Estructura es Estable
 DIR O1
O3
O1’ = O2
v4
v3
DIR O2 = DIR O3
O4 = O5’
CHAPA 1
CHAPA 2
CHAPA 3
CHAPA 4
CHAPA 5
 DIR O5
O’3 = O4’
Estable
Estable
Estable
Estable
Estable
biela
Determinar si la estructura de la Figura es estable. Explique y
Justifique su respuesta.
I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
Identificación de las chapas que conforman la estructura.
biela
1
2
3
4
5
I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
Verificar el Criterio de Estabilidad Nº 1 para la
estructura.
Nº de Rest. VEE = 3 x Nº Emp. + 2 x Nº Art. + 1 x Nº Rod.
Nº de Rest. VEE = (3 x 1) + (2 x 0) + (1 x 5) = 8
N° de Rest. VEmin = 3 x 5 – 2 x (2 – 1) x 3 – 1 = 8
Nº de Rest. VEE = 8 ≥ N° de Rest. VEmin = 8 (Cumple)
 La Estructura es presumiblemente ESTABLE
I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
Verificar el Criterio de Estabilidad Nº 2 para todas las
chapas que conforman la estructura.
biela
1
2
3
4
5
 DIR CIR O1
DIR CIR O’2
O’1=O’’2
DIR CIR O’5
DIR CIR O’’5
O5
DIR CIR O’4
DIR CIR O’’4
DIR CIR O'2 = DIR CIR O3
O’’’5=O4
O’’4=O3
I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
O4
v4
v5
 Cumple el Criterio Nº 2  La Estructura es Estable
Determinar si la estructura de la Figura es estable. Explique y
Justifique su respuesta.
I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
biela
biela
biela
biela
Identificación de las chapas que conforman la estructura
1
2
3
I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
biela
biela
biela
biela
Verificar el Criterio de Estabilidad Nº 1 para la
estructura.
Nº de Rest. VEE = 3 x Nº Emp. + 2 x Nº Art. + 1 x Nº Rod.
Nº de Rest. VEE = (3 x 0) + (2 x 2) + (1 x 3) = 7
N° de Rest. VEmin = 3 x 3 – 2 x (2 – 1) – 1 = 6
Nº de Rest. VEE = 7 ≥ N° de Rest. VEmin = 6 (Cumple)
 La Estructura es presumiblemente ESTABLE
I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
Verificar el Criterio de Estabilidad Nº 2 para todas las
chapas que conforman la estructura.
O3
O’3
biela
biela
biela
biela
1
2
3
DIR CIR O’2
DIR CIR O’1
DIR CIR O’’1
O1 = O'2
I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
DIR CIR O’’2 = DIR CIR O3
O2
 No Cumple el Criterio Nº 2  La Estructura es
Inestable
Determinar si la estructura de la Figura es estable. Explique y
Justifique su respuesta.
biela
biela
I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
Identificación de las chapas que conforman la estructura.
2 4
biela
biela
1
3 5
6
I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
Verificar el Criterio de Estabilidad Nº 1 para la
estructura.
Nº de Rest. VEE = 3 x Nº Emp. + 2 x Nº Art. + 1 x Nº Rod.
Nº de Rest. VEE = (3 x 0) + (2 x 4) + (1 x 3) = 11
N° de Rest. VEmin = 3 x 6 – 2 x (2 – 1) x 3 – 2 x (3 – 1) = 8
Nº de Rest. VEE = 11 ≥ N° de Rest. VEmin = 8 (Cumple)
 La Estructura es presumiblemente ESTABLE
I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
Verificar el Criterio de Estabilidad Nº 2 para todas las
chapas que conforman la estructura.
biela
biela
1
3
5
DIR CIR O’1
DIR CIR O1
O’1
O5
O6
O'6
4
6
2
O’5=O’’6=O4
O3
O’3=O’2
O1=O’’2
DIR CIR O4
O2= O’’4
I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
v3
v2
 Cumple el Criterio Nº 2  La Estructura es Estable
Determinar si la estructura de la Figura es estable. Explique y
Justifique su respuesta.
I.2. Estabilidad. Ejercicio Propuesto
biela
biela
biela
biela
biela
I.3. Determinación e Indeterminación
Un sistema será DETERMINADO cuando el
número de incógnitas existentes, es igual al
número de ecuaciones disponibles
 Número de Incógnitas = Número de Ecuaciones
Determinación o
Indeterminación
Si el Nº Incog. > Nº Ec.  Sistema Indeterminado
Si el Nº Incog. < Nº Ec.  Sistema Inconsistente
Interna (N,V,M,T)
Estática
(Fuerzas)
Externa (Reacciones)
Cinemática
(Desplazamientos)
I.3. Determinación e Indeterminación
Grado de Indeterminación Estática (GIE): Es el
numero fuerzas (internas y externas) que no
pueden determinarse por las ecuaciones de la
Estática de cuerpos rígidos.
Si el GIE = 0  Estructura Determinada
 GIE = Nº Incog. - Nº Ec. Estatica C.R.
Si el GIE < 0  Estructura Inestable
Si el GIE > 0  Estructura Indeterminada
Interna (GIEI)
GIE
Externa (GIEE)
Total (GIEE + GIEI)
I.3.1. Indeterminación Estática
Ecuaciones de Condición del nodo (Sn): Son
ecuaciones de estática adicionales que se
generan en las uniones articuladas (vínculos de
2DO orden) y en los rodillos (vínculos de 1ER orden)
debido a la posibilidad de separar los elementos
alli conectados.
Sn = N – 1 en donde N es el Nº de elementos
conectados en el nodo considerado
Interna (Si)
Sn
Externa (Se)
Total (Se + Si) a) Estructura para
analisis
A
B
C
b) Despiece de la estructura
en B
RCx
C
A
B B
RAx
RCy
RCy
RBx RBx
RBy RBy
I.3.1. Indeterminación Estática
Se = Ne – 1 en donde Ne es el Nº de “chapas” o
cuerpos rigidos conectados a tierra que pueden
separarse en el nodo a estudiar considerando
que el resto de las uniones permanecen
conectadas.
A
C
B
D E
F
Se = 1
Ne
Ne
Se = 1 Ne
Ne
Se = 1
Caso de
Estudio 
A
C
B
D E
F
A
C
B
D E
F
I.3.1. Indeterminación Estática
Si = Ni – 1 en donde Ni es el Nº de elementos
que pertenecen a un cuerpo rigido que forman
áreas cerradas en el nodo a estudiar.
A
C
B
D E
F
Caso de
Estudio 
Si = 1 Ni
Ni
A1
Si = 1 Ni Ni
A1 A2
Ni
A
C
B
D E
F
A
C
B
D E
F
Si = 2
I.3.1. Indeterminación Estática
Para el GIEE el numero total de componentes de
reacción (R) generados por los vínculos
externos existentes en la estructura representa
las incógnitas estáticas, mientras que el número
de ecuaciones disponibles viene dado por las
tres Ecuaciones del Equilibrio Estático global
mas las Se de todos los nodos articulados
existentes en la estructura, según la expresión
GIEE = R – (3 + Se)
GIEE = Nº Incognitas Ext. - Nº Ec.Eq.Ext
Nº Incognitas Ext.= Reacciones Nº Ec.Eq.Ext.= 3 + Se
I.3.1. Indeterminación Estática
A
C
B
D
E F


Area (A)
D.C.L. de la sección a la
izquierda del corte 1 - 1
A
C N
V
E
M
N
M
V
Estructura para analisis de
Indeterminación Estática Interna
GIEI = Fint. – 3 = 6 – 3 = 3
GIEI = Nº Incognitas Int. - Nº Ec.Eq.Int
Nº Incognitas Int.= Fuerzas Internas Nº Ec.Eq.Ext.= 3
Se observa que para un área cerrada, la cual esta formada
por los elementos CDEF genera un total de fuerzas
internas indeterminadas de 3.
I.3.1. Indeterminación Estática
Se evidencia que para el GIEI las incógnitas
estáticas son función de las áreas cerradas,
observándose que por cada una se generan 6
incógnitas internas menos 3 ecuaciones de la
estática de cuerpos rígidos igual a 3 por Area (3 x A).
Si consideramos las Ecuaciones de Condición
Interna (Si) de todos los nodos articulados
existentes en la estructura, se deriva la siguiente
expresión
GIEI = 3 x A – Si
GIEI = b - 2 x n + 3
Para Armaduras se tiene la expresión particular
en donde b es el Nº de barras y n el Nº de nodos
Determinar el grado de indeterminación estática
interna, externa y total de la estructura estable
indicada en la Figura.
biela
I.3.1. Indeterminación Estática
Identificar los nodos articulados que representan
unión entre chapas para determinar los Se.
biela
1
2
3
4
5
Se=1
Se=1
Se=1
Se=1
I.3.1. Indeterminación Estática
Se=1
Identificar los nodos articulados que representan unión
entre elementos de una misma chapa que forman áreas
cerradas para determinar los Si.
Si=1
Si=1
Si=1
Si=1
Si=3
Si=1
Si=2
Si=2
Si=2
Si=2 Si=3 Si=3
Si=3
Si=4
Si=2
Si=2
Si=2
Si=2
Si=4
Si=4
(1)
(2)
(3)
(4) (5)
(11)
(10)
(9)
(8)
(7)
(6)
(12)
(15)
(14)
(13)
biela
I.3.1. Indeterminación Estática
Calculamos la Indeterminación Estática Interna,
Externa y Total.
0
0
0
0
45
)
15
3
(
3
0
5
3
8
3



















GIEE
GIEI
GIET
S
A
GIEI
S
R
GIEE
i
e
 Estructura Estáticamente Determinada
I.3.1. Indeterminación Estática
Determinar el grado de indeterminación estática
interna, externa y total de la estructura indicada en la
Figura.
I.3.1. Indeterminación Estática
biela
biela
biela
biela
Identificar los nodos articulados que representan
unión entre chapas para determinar los Se.
1
2
3
Se=1
Se=1
I.3.1. Indeterminación Estática
Se=1
biela
biela
biela
biela
Identificar los nodos articulados que representan
unión entre elementos de una misma chapa que
forman áreas cerradas para determinar los Si.
(7)
(6)
(5)
(4)
(3)
(2)
(1)
(9)
(8)
(10)
Si=3 Si=2 Si=3
Si=3
Si=2
Si=2
Si=2
Si=2
Si=1
Si=3
Si=1
Si=1
Si=1
Si=2 Si=5
I.3.1. Indeterminación Estática
(11)
biela
biela
biela
biela
Calculamos la Indeterminación Estática Interna,
Externa y Total.
1
1
0
0
33
)
11
3
(
)
3
(
1
3
3
7
3



















GIEE
GIEI
GIET
S
A
GIEI
S
R
GIEE
i
e
 Estructura Estáticamente Indeterminada
de 1ER grado
I.3.1. Indeterminación Estática
Determinar el grado de indeterminación estática
interna, externa y total de la estructura estable
indicada en la Figura.
biela
biela
I.3.1. Indeterminación Estática
2 4
biela
biela
1
3 5
6
Identificar los nodos articulados que representan
unión entre chapas para determinar los Se.
Se=1
Se=2
Se=1
Se=1
I.3.1. Indeterminación Estática
Identificar los nodos articulados que representan
unión entre elementos de una misma chapa que
forman áreas cerradas para determinar los Si.
biela
biela
(8) (9)
(6)
(7)
(5)
(4)
(3)
(1)
(2)
Si=1
Si=2
Si=3
Si=3
Si=2
Si=3
Si=1
Si=1
Si=1
Si=1
Si=3
I.3.1. Indeterminación Estática
Calculamos la Indeterminación Estática Interna,
Externa y Total.
9
3
6
6
21
)
9
3
(
)
3
(
3
5
3
11
3



















GIEE
GIEI
GIET
S
A
GIEI
S
R
GIEE
i
e
 Estructura Estáticamente Indeterminada
de 9NO grado
I.3.1. Indeterminación Estática
I.2. Estabilidad. Ejercicio Propuesto
biela
biela
biela
biela
biela
Determinar el grado de indeterminación estática
interna, externa y total de la estructura estable
indicada en la Figura.
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Grado de Indeterminación Cinemática (GIC): Si el
número de componentes de desplazamiento o
Grados de Libertad Cinematicos (G.D.L.C.) debido
a la deformación elástica que posea la estructura
es diferente de cero entonces la estructura será
INDETERMINADA CINEMATICAMENTE.
Rotaciones   Traslaciones  
Si el GIC = Nº Rotaciones + Nº Traslaciones
 GIC = Nº  + Nº 
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Análisis Cinemático Directo: Consiste en definir
sobre la estructura sus Grados de Libertad
Cinemáticos (G.D.L.C.) en función de su geometría
y formas de vinculación de sus elementos.
Caso de Estudio

A
B
 GIC = Nº  + Nº  = 1 + 2 = 3
A
B
vB
B’ B
G.D.L.C
B
Bv
B’
A
B
Bh
B’
A
A
B
B
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Caso de Estudio

GIC = 2 + 4 = 6
C
A D
B
vB
hC
hB
B
C
vC
A D
B
B’
C
C’
Caso de Estudio GIC = 2 + 2 = 4

C
A D
B
hB
B C
A D
B
B’
C
vB
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Caso de Estudio

 GIC = Nº  + Nº  = 2 + 1 = 3
G.D.L.C
C
A D
B C’
A D
Ch
B’
B
C
B
C
Bh
A
B C
D
B
A
B
C
D
C
C’
A D
Ch
B’
B
C
Bh
Sin Deformación
axial EA = ∞
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Caso de Estudio

GIC = 4 + 1 = 5
Caso de Estudio GIC = 5 + 1 = 5

Sin Deformación
axial EA = ∞
D
B
C
A D
B
C
A D
Ch
’B
B
C
B
A
C
A
C
A D
Ch
’B
B
C
B
A
’C
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Imagen Cinemática (IC): Es un sistema equivalente
que consiste en reemplazar todos los apoyos
empotrados y los nodos internos rígidos de la
estructura en estudio por articulaciones,
permitiéndole a la estructura libertad de
movimiento, haciéndola “Inestable”.
Caso de Estudio

Imagen Cinemática
A
D
B
C
E
F
A
D
E
B
C
F
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Entonces el Nº de  o desplazabilidad de la
estructura es igual al numero mínimo de rodillos
ficticio que se requiere para restringir todos los
posibles G.D.L. de traslación de la Imagen
Cinemática de la estructura, haciéndola “Estable”.

Desplazabilidad del pórtico
CIR
E’
C’ D’
F’
A
D
E
B
C
F
CIR
  = 2
CIR
F’
A
D
E
B
C
F
E’
CIR
Posible ubicación del 1ER
rodillo ficticio
CIR
A
D
E
B
C
F
CIR
CIR
Posible ubicación del 2DO
rodillo ficticio

Determinar el GIC por análisis directo de la estructura
indicada.
A
C
D
G
H
F
E
b
a
g
B
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Determinamos las rotaciones en los nodos de la estructura
A
C
D
G
H
F
E
b
a
g
B
 = 12
I.3.2. Indeterminación Cinemática
A
C
D
G
H
F
E
b
a
g
B
 = 2
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Determinamos las traslaciones a partir de la imagen
cinemática de la estructura
H I
G
E F
C
D
J
g
g
a
b
a
b
B
A
Determinar el GIC por análisis directo de la estructura
indicada.
I.3.2. Indeterminación Cinemática
H I
G
E F
C
D
J
g
g
a
b
a
b
B
A
Determinamos las rotaciones en los nodos de la estructura
I.3.2. Indeterminación Cinemática
 = 19
I
G
E F
C
J
g
g
a
b
a
b
B
A
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Determinamos las traslaciones a partir de la imagen
cinemática de la estructura
 = 3
D
H
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Diagramas de Williot: Es un método grafico que
permite conocer la deformación elástica
producida para cada desplazamiento de traslación
de la estructura.
Desplazabilidad 
Caso de Estudio
a
A
D
B
C
b
 = 1
A
D
B
C
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Al liberar el rodillo ficticio empleado para
restringir la desplazabilidad existente se obtiene la
configuración deformada elásticamente, en donde
las letras con apostrofe (’) corresponden a los
puntos desplazados.
Diagrama de Williot
para la traslación 
Estructura
Deformada
B’
C’
B
a
A
D
B
C
b
C
C = sen b
sen 2a
 = B
A’ = D’ B’
b
C
C’
b
a a
POLO
BC DC
 = 2
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Determinamos las traslaciones a partir de la imagen
cinemática de la estructura
A
C
D
G
H
F
E
b
a
g
B
I

B’=C’=G’=H’
I’
D’
E = F = D
b
sen
i



i
 b
DF =
BI
FG =
G
A
C
D
H
F
E
b
a
g
B
I E’
D’
F’
I’
A’

I.3. Determinación e Indeterminación
Trazamos el Diagrama de Williot Liberando el
Rodillo en F
= F’ = E’
FG
ED
EI
g
sen
E



a
cos


G
b
g
sen
I
tan
/



A’=B’=C’=D’=H’
E’
F’
G’
I’
b
g
a
F


 G

I

EF
GH
DE
BI
FG
EI
E
I.3. Determinación e Indeterminación
Trazamos el Diagrama de Williot Liberando el
Rodillo en G
A
C
D
G
H
F
E
b
a
g
B
I
I’
G’
E’
F’
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Determinamos las traslaciones a partir de la imagen
cinemática de la estructura
I
G
E F
C
J
g
g
a
b
a
b
B
A
 = 3
D
H
B

C

g
A’=G’=J’=H’=J’ F’=
B’
g
sen
B



I.3.2. Indeterminación Cinemática
Trazamos el Diagrama de Williot Liberando el
Rodillo en F
C’
EF=
EG=
E’= D’=
FD=
DE
CE
CD=
AB
BC
H I
G
E F
C D
J
g
g
a
b
a
b
B
A
B’
C’ D’
F’
E’
H
A’=B’=C’=D’=
E’=G’=J’
H’
I’
g
I

H

g
sen
H
I



I.3.2. Indeterminación Cinemática
Trazamos el Diagrama de Williot Liberando el
Rodillo horizontal en H
H
I
G
E F
C D
J
g
g
a
b
a
b
B
A
H’
I’
HI
IJ


F
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Trazamos el Diagrama de Williot Liberando el
Rodillo vertical en H
H I
G
E F
C D
J
g
g
a
b
a
b
B
A
C’
D’
F’
E’
H
H’
F

H
D 

 a
A’=G’=J’=B’
=C’= I’
F’
EG=
CD=
D’= H’
HI=
DF
FH
CF
EF
E
 E’
a
cos




 H
D
a
sen
E 


Determinar el GIC por análisis directo de la estructura
indicada.
I.3.2. Indeterminación Cinemática
F
C
D E
B
A
a
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Determinamos las traslaciones a partir de la imagen
cinemática de la estructura
 = 3
F
C
D
E
B
A
a
a
a
I.3.2. Indeterminación Cinemática
Trazamos el Diagrama de Williot Liberando el
Rodillo en B
a
cos


B
B

E
D
C 




a
A’
C’ = D’=E’
AB
DE
B’






 E
D
C
C
D
E
B
A
a
B’
C’
D’
a
F
E’
F’
F’
EF
F

a
a
tan


F

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  • 1. UNIDAD I. ESTATICA APLICADA OBJETIVO TERMINAL: Al finalizar la Unidad el estudiante estará en la capacidad de Analizar la estabilidad y la determinación estática y cinemática de una forma resistente plana cualesquiera.
  • 2. UNIDAD I. ESTATICA APLICADA I.1. Generalidades. I.2. Estabilidad. I.2.3. Determinación e Indeterminación. I.2.3.1. Estática (Externa, Interna y Total) I.2.3.2. Cinemática. I.2.4. Diagramas de Williot
  • 3. I.1. Generalidades Estructura : Es una forma resistente conformada por un elemento o por un conjunto de elementos relacionados entre sí y dispuestos en una forma tal que permiten soportar de una manera adecuada las cargas o solicitaciones a las cuales se encuentra sometidas sin colapsar. En la práctica de la Ingeniería Civil podemos clasificar las estructuras de la siguiente forma:  Según su geometría.  Según el tipo de conexiones.  Según el tipo de Sistema Constructivo.
  • 4. I.1. Generalidades Hipotesis Consideradas:  La Estructura es elástica, por lo tanto cumple con la Ley de Hooke, ( = E.).  Se cumple el Principio de Superposición.  Se conocen las propiedades de los materiales, para lo cual se consideran isotropicos homogéneos.  Se conoce la geometría y el tipo de apoyos y conexiones.  Se consideran Estructuras Bidimensionales, es decir, estructuras planas.
  • 5. I.1. Generalidades Modelo Matemático de la Estructura Estructura Real   N P1 A P2 F H I G D E B C J K L M Ñ O P1 P2 P2 P2 P2 L1 L1 L1 L1 L1 L1 L1 L1 L1 L1 Geometría = Área (A), Inercia (I), Momento Polar de Inercia (J) Materiales = Modulo de Elasticidad (E), Modulo de Rigidez al Corte (G)
  • 6. I.2. Generalidades. Estructuras Modelos de Estructuras empleadas en Obras Civiles Modelo Pórtico Estructural  Estructura Real P2 P A B C D L1 L1 L2 Parámetros Conocidos: A, I, J, E, G
  • 7. I.2. Generalidades. Estructuras Modelos de Estructuras empleadas en Obras Civiles Modelo Pórtico Estructural  Estructura Real
  • 8. I.2. Generalidades. Estructuras Modelos de Apoyos en Estructuras empleadas en Obras Civiles a) Rodillo o Biela b) Apoyo articulado c) Empotramiento
  • 9. I.2. Generalidades. Estructuras Modelos de Estructuras empleadas en Obras Civiles a) Viga simplemente apoyada b) Armadura o cercha c) Pórtico estructural
  • 10. I.2. Estabilidad. Definición Una estructura ESTABLE es aquella capaz de soportar las cargas actuantes de manera inmediata y en el rango del comportamiento elástico sin colapsar, en donde sus posibilidades de movimiento o Grados de Libertad (G.D.L.) como cuerpo rígido deben estar restringidos. En este contexto, la estabilidad de una estructura depende de sus características geométricas y de la cantidad y disposición de las restricciones (o vínculos) que posea.
  • 11. I.2. Estabilidad. Vínculos Se entiende por vínculo en términos estructurales, a todo elemento físico que produzca restricción de uno o más Grados de Libertad como Cuerpo Rigido (G.D.L.CR) de una estructura. Estos pueden clasificarse en forma general como vínculos internos y vínculos externos Los vínculos internos están representados por las conexiones entre los elementos que conforman la estructura y suelen llamarse “nodos o juntas”, mientras que los vínculos externos representan la interacción de la estructura con el suelo y suelen ser llamados “apoyos”
  • 12. I.2. Estabilidad. Vínculos bielas bielas biela bielas bielas Vínculos típicos empleados en estructuras Vínculos Externos Vínculos Internos RODILLO (vinculo 1ER orden) BIELA (vinculo 1ER orden) RODILLO (vinculo 1ER orden) BIELA (vinculo 1ER orden) ARTICULACIÓN (Vinc. 2DO orden) ARTICULACIÓN FICTICIA (Vinc. 2DO orden) ARTICULACIÓN (Vinc. 2DO orden) ARTICULACIÓN FICTICIA (Vinc. 2DO orden) EMPOTRAMIENTO (vínculo de 3ER orden) EMPOTRAMIENTO FICTICIO (vínculo de 3ER orden) EMPOTRAMIENTO (vínculo de 3ER orden) EMPOTRAMIENTO FICTICIO (vínculo de 3ER orden)
  • 13. I.2. Estabilidad. Teoría de Chapas En la “Teoría de Chapas” se establece que todos los puntos que conforman una estructura o forma resistente cualesquiera que presentan los mismos G.D.L.CR se encuentran contenidos en plano, en el caso bidimensional, al cual denominaremos “chapa”, siendo los G.D.L.CR de la Chapa equivalentes a los del cuerpo rígido. Luego entenderemos que una chapa contendrá el o los elementos que están conectados de tal forma que se comportan como un solo cuerpo rígido.
  • 14. I.2. Estabilidad. Teoría de Chapas Estructuras consideradas como Chapas a) Viga simplemente apoyada b) Armadura o cercha c) Pórtico estructural CHAPA CHAPA CHAPA d) Marco Estructural CHAPA CHAPA
  • 15. I.2. Estabilidad. Teoría de Chapas Si consideramos la chapa mas simple que puede existir en el plano, definida por el triangulo ABC de la Figura observaremos que presenta los siguientes G.D.L. como cuerpo rígido a) Traslación en x (xA, yA) (xC, yC) (xB, yB)(x’A, yA) (x’B, yB) (x’C, yC) A C B A’ B’ C’ y x b) Traslación en y (xC, yC) (xA, y’A) (xB, y’B) (xC, y’C) (xA, yA) (xB, yB) A C B A’ B’ C’ y x c) Rotación respecto al punto A (xA, yA) (xC, yC) (xB, yB) (x’B, y’B) (x’C, y’C) A C B B’ C’ y x  G.D.L. 1 Chapa = 3
  • 16. I.2. Estabilidad. Criterios una Chapa Criterio de Estabilidad Nº 1: La chapa deberá poseer una combinación de vínculos externos que genere al menos tres restricciones. (Condición necesaria pero no suficiente). Número de Restricciones por Vínculos Externos Existentes  Nº Rest. VEE  Nº Rest. VEE ≥ Nº Rest. VEmin = 3 Número de Restricciones por Vínculos Externos Mínimo  Nº Rest. VEmin Nº Rest. VEE = 3 x Nº Emp. + 2 x Nº Art. + Nº Rod.
  • 17. I.2. Estabilidad. Criterios una Chapa Caso de Estudio  Nº Rest. VEE = 3 ≥ Nº Rest. VEmin = 3 (Cumple) Aplicando Teoría de Chapas Nº Rest. VEE = 3 x Nº Emp. + 2 x Nº Art. + Nº Rod. A B CHAPA A B Nº Rest. VEE = 3 x 0 + 2 x 1 + 1 = 3  Estructura Presumiblemente Estable
  • 18. I.2. Estabilidad. Criterios una Chapa Criterio de Estabilidad Nº 2: La chapa deberá poseer un mínimo de tres CIR (No alineados ni concurrentes) lo que equivale a decir que la chapa posea un mínimo de tres direcciones de CIR no concurrentes ni paralelos entre si. Ubicación del CIR por los vectores de corrimiento i j CHAPA CIR DIR CIR (vi) DIR CIR (vj) i v j v DIR CIR 1 DIR CIR 2 DIR CIR 3 CIR O1 CIR O2 CIR O3 CHAPA
  • 19. I.2. Estabilidad. Criterios una Chapa  Cumple el Criterio Nº 2  La Estructura es Estable DIR CIR 1 DIR CIR 3 DIR CIR 2 CHAPA CIR O1 CIR O2 CIR   O3 A B 1 B v 3 B v Caso de Estudio A B Análisis del Problema
  • 20. I.2. Estabilidad. Criterios varias Chapas Criterio de Estabilidad Nº 1: La estructura deberá poseer una combinación de vínculos externos que genere al menos un número de restricciones igual al Nº de Rest. VEmin. (Condición necesaria pero no suficiente).  Nº Rest. VEE ≥ Nº Rest. VEmin N = Número de Chapas que conforman la estructura Nº Rest. VEE + Nº Rest. VIE ≥ G.D.L  (3 x N) Nº Rest. VEmin = 3 x N - Nº Rest. VIE CHAPA 1 CHAPA 2 CHAPA 3 CHAPA 4 CHAPA 5
  • 21. I.2. Estabilidad. Criterios varias Chapas n = Número de Chapas que se unen en el nodo N° de Rest. VEmin = 3 x 5 – 2 x (2 – 1) x 3 – 1 = 8 Nº Rest. VI = [2 x (n – 1)] x c/Art. + [1] x c/Rod. CHAPA 1 CHAPA 2 CHAPA 3 CHAPA 4 CHAPA 5 CHAPA 1 CHAPA 2 CHAPA 3 CHAPA 4 CHAPA 5 N° de Rest. VEE = 3 x 2 + 2 x 1 + 0 = 8 ≥ Nº Rest. VEmin Solución Propuesta   Estructura Presumiblemente Estable
  • 22. I.2. Estabilidad. Criterios una Chapa Criterio de Estabilidad Nº 2: Cada una de las chapas que conforman la estructura deberá poseer un mínimo de tres CIR (No alineados ni concurrentes) lo que equivale a decir que cada chapa posea un mínimo de tres direcciones de CIR no concurrentes ni paralelos entre si.  Cumple el Criterio Nº 2  La Estructura es Estable  DIR O1 O3 O1’ = O2 v4 v3 DIR O2 = DIR O3 O4 = O5’ CHAPA 1 CHAPA 2 CHAPA 3 CHAPA 4 CHAPA 5  DIR O5 O’3 = O4’ Estable Estable Estable Estable Estable
  • 23. biela Determinar si la estructura de la Figura es estable. Explique y Justifique su respuesta. I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
  • 24. Identificación de las chapas que conforman la estructura. biela 1 2 3 4 5 I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
  • 25. Verificar el Criterio de Estabilidad Nº 1 para la estructura. Nº de Rest. VEE = 3 x Nº Emp. + 2 x Nº Art. + 1 x Nº Rod. Nº de Rest. VEE = (3 x 1) + (2 x 0) + (1 x 5) = 8 N° de Rest. VEmin = 3 x 5 – 2 x (2 – 1) x 3 – 1 = 8 Nº de Rest. VEE = 8 ≥ N° de Rest. VEmin = 8 (Cumple)  La Estructura es presumiblemente ESTABLE I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
  • 26. Verificar el Criterio de Estabilidad Nº 2 para todas las chapas que conforman la estructura. biela 1 2 3 4 5  DIR CIR O1 DIR CIR O’2 O’1=O’’2 DIR CIR O’5 DIR CIR O’’5 O5 DIR CIR O’4 DIR CIR O’’4 DIR CIR O'2 = DIR CIR O3 O’’’5=O4 O’’4=O3 I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos O4 v4 v5  Cumple el Criterio Nº 2  La Estructura es Estable
  • 27. Determinar si la estructura de la Figura es estable. Explique y Justifique su respuesta. I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos biela biela biela biela
  • 28. Identificación de las chapas que conforman la estructura 1 2 3 I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos biela biela biela biela
  • 29. Verificar el Criterio de Estabilidad Nº 1 para la estructura. Nº de Rest. VEE = 3 x Nº Emp. + 2 x Nº Art. + 1 x Nº Rod. Nº de Rest. VEE = (3 x 0) + (2 x 2) + (1 x 3) = 7 N° de Rest. VEmin = 3 x 3 – 2 x (2 – 1) – 1 = 6 Nº de Rest. VEE = 7 ≥ N° de Rest. VEmin = 6 (Cumple)  La Estructura es presumiblemente ESTABLE I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
  • 30. Verificar el Criterio de Estabilidad Nº 2 para todas las chapas que conforman la estructura. O3 O’3 biela biela biela biela 1 2 3 DIR CIR O’2 DIR CIR O’1 DIR CIR O’’1 O1 = O'2 I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos DIR CIR O’’2 = DIR CIR O3 O2  No Cumple el Criterio Nº 2  La Estructura es Inestable
  • 31. Determinar si la estructura de la Figura es estable. Explique y Justifique su respuesta. biela biela I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
  • 32. Identificación de las chapas que conforman la estructura. 2 4 biela biela 1 3 5 6 I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
  • 33. Verificar el Criterio de Estabilidad Nº 1 para la estructura. Nº de Rest. VEE = 3 x Nº Emp. + 2 x Nº Art. + 1 x Nº Rod. Nº de Rest. VEE = (3 x 0) + (2 x 4) + (1 x 3) = 11 N° de Rest. VEmin = 3 x 6 – 2 x (2 – 1) x 3 – 2 x (3 – 1) = 8 Nº de Rest. VEE = 11 ≥ N° de Rest. VEmin = 8 (Cumple)  La Estructura es presumiblemente ESTABLE I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos
  • 34. Verificar el Criterio de Estabilidad Nº 2 para todas las chapas que conforman la estructura. biela biela 1 3 5 DIR CIR O’1 DIR CIR O1 O’1 O5 O6 O'6 4 6 2 O’5=O’’6=O4 O3 O’3=O’2 O1=O’’2 DIR CIR O4 O2= O’’4 I.2. Estabilidad. Ejercicios Resueltos v3 v2  Cumple el Criterio Nº 2  La Estructura es Estable
  • 35. Determinar si la estructura de la Figura es estable. Explique y Justifique su respuesta. I.2. Estabilidad. Ejercicio Propuesto biela biela biela biela biela
  • 36. I.3. Determinación e Indeterminación Un sistema será DETERMINADO cuando el número de incógnitas existentes, es igual al número de ecuaciones disponibles  Número de Incógnitas = Número de Ecuaciones Determinación o Indeterminación Si el Nº Incog. > Nº Ec.  Sistema Indeterminado Si el Nº Incog. < Nº Ec.  Sistema Inconsistente Interna (N,V,M,T) Estática (Fuerzas) Externa (Reacciones) Cinemática (Desplazamientos)
  • 37. I.3. Determinación e Indeterminación Grado de Indeterminación Estática (GIE): Es el numero fuerzas (internas y externas) que no pueden determinarse por las ecuaciones de la Estática de cuerpos rígidos. Si el GIE = 0  Estructura Determinada  GIE = Nº Incog. - Nº Ec. Estatica C.R. Si el GIE < 0  Estructura Inestable Si el GIE > 0  Estructura Indeterminada Interna (GIEI) GIE Externa (GIEE) Total (GIEE + GIEI)
  • 38. I.3.1. Indeterminación Estática Ecuaciones de Condición del nodo (Sn): Son ecuaciones de estática adicionales que se generan en las uniones articuladas (vínculos de 2DO orden) y en los rodillos (vínculos de 1ER orden) debido a la posibilidad de separar los elementos alli conectados. Sn = N – 1 en donde N es el Nº de elementos conectados en el nodo considerado Interna (Si) Sn Externa (Se) Total (Se + Si) a) Estructura para analisis A B C b) Despiece de la estructura en B RCx C A B B RAx RCy RCy RBx RBx RBy RBy
  • 39. I.3.1. Indeterminación Estática Se = Ne – 1 en donde Ne es el Nº de “chapas” o cuerpos rigidos conectados a tierra que pueden separarse en el nodo a estudiar considerando que el resto de las uniones permanecen conectadas. A C B D E F Se = 1 Ne Ne Se = 1 Ne Ne Se = 1 Caso de Estudio  A C B D E F A C B D E F
  • 40. I.3.1. Indeterminación Estática Si = Ni – 1 en donde Ni es el Nº de elementos que pertenecen a un cuerpo rigido que forman áreas cerradas en el nodo a estudiar. A C B D E F Caso de Estudio  Si = 1 Ni Ni A1 Si = 1 Ni Ni A1 A2 Ni A C B D E F A C B D E F Si = 2
  • 41. I.3.1. Indeterminación Estática Para el GIEE el numero total de componentes de reacción (R) generados por los vínculos externos existentes en la estructura representa las incógnitas estáticas, mientras que el número de ecuaciones disponibles viene dado por las tres Ecuaciones del Equilibrio Estático global mas las Se de todos los nodos articulados existentes en la estructura, según la expresión GIEE = R – (3 + Se) GIEE = Nº Incognitas Ext. - Nº Ec.Eq.Ext Nº Incognitas Ext.= Reacciones Nº Ec.Eq.Ext.= 3 + Se
  • 42. I.3.1. Indeterminación Estática A C B D E F   Area (A) D.C.L. de la sección a la izquierda del corte 1 - 1 A C N V E M N M V Estructura para analisis de Indeterminación Estática Interna GIEI = Fint. – 3 = 6 – 3 = 3 GIEI = Nº Incognitas Int. - Nº Ec.Eq.Int Nº Incognitas Int.= Fuerzas Internas Nº Ec.Eq.Ext.= 3 Se observa que para un área cerrada, la cual esta formada por los elementos CDEF genera un total de fuerzas internas indeterminadas de 3.
  • 43. I.3.1. Indeterminación Estática Se evidencia que para el GIEI las incógnitas estáticas son función de las áreas cerradas, observándose que por cada una se generan 6 incógnitas internas menos 3 ecuaciones de la estática de cuerpos rígidos igual a 3 por Area (3 x A). Si consideramos las Ecuaciones de Condición Interna (Si) de todos los nodos articulados existentes en la estructura, se deriva la siguiente expresión GIEI = 3 x A – Si GIEI = b - 2 x n + 3 Para Armaduras se tiene la expresión particular en donde b es el Nº de barras y n el Nº de nodos
  • 44. Determinar el grado de indeterminación estática interna, externa y total de la estructura estable indicada en la Figura. biela I.3.1. Indeterminación Estática
  • 45. Identificar los nodos articulados que representan unión entre chapas para determinar los Se. biela 1 2 3 4 5 Se=1 Se=1 Se=1 Se=1 I.3.1. Indeterminación Estática Se=1
  • 46. Identificar los nodos articulados que representan unión entre elementos de una misma chapa que forman áreas cerradas para determinar los Si. Si=1 Si=1 Si=1 Si=1 Si=3 Si=1 Si=2 Si=2 Si=2 Si=2 Si=3 Si=3 Si=3 Si=4 Si=2 Si=2 Si=2 Si=2 Si=4 Si=4 (1) (2) (3) (4) (5) (11) (10) (9) (8) (7) (6) (12) (15) (14) (13) biela I.3.1. Indeterminación Estática
  • 47. Calculamos la Indeterminación Estática Interna, Externa y Total. 0 0 0 0 45 ) 15 3 ( 3 0 5 3 8 3                    GIEE GIEI GIET S A GIEI S R GIEE i e  Estructura Estáticamente Determinada I.3.1. Indeterminación Estática
  • 48. Determinar el grado de indeterminación estática interna, externa y total de la estructura indicada en la Figura. I.3.1. Indeterminación Estática biela biela biela biela
  • 49. Identificar los nodos articulados que representan unión entre chapas para determinar los Se. 1 2 3 Se=1 Se=1 I.3.1. Indeterminación Estática Se=1 biela biela biela biela
  • 50. Identificar los nodos articulados que representan unión entre elementos de una misma chapa que forman áreas cerradas para determinar los Si. (7) (6) (5) (4) (3) (2) (1) (9) (8) (10) Si=3 Si=2 Si=3 Si=3 Si=2 Si=2 Si=2 Si=2 Si=1 Si=3 Si=1 Si=1 Si=1 Si=2 Si=5 I.3.1. Indeterminación Estática (11) biela biela biela biela
  • 51. Calculamos la Indeterminación Estática Interna, Externa y Total. 1 1 0 0 33 ) 11 3 ( ) 3 ( 1 3 3 7 3                    GIEE GIEI GIET S A GIEI S R GIEE i e  Estructura Estáticamente Indeterminada de 1ER grado I.3.1. Indeterminación Estática
  • 52. Determinar el grado de indeterminación estática interna, externa y total de la estructura estable indicada en la Figura. biela biela I.3.1. Indeterminación Estática
  • 53. 2 4 biela biela 1 3 5 6 Identificar los nodos articulados que representan unión entre chapas para determinar los Se. Se=1 Se=2 Se=1 Se=1 I.3.1. Indeterminación Estática
  • 54. Identificar los nodos articulados que representan unión entre elementos de una misma chapa que forman áreas cerradas para determinar los Si. biela biela (8) (9) (6) (7) (5) (4) (3) (1) (2) Si=1 Si=2 Si=3 Si=3 Si=2 Si=3 Si=1 Si=1 Si=1 Si=1 Si=3 I.3.1. Indeterminación Estática
  • 55. Calculamos la Indeterminación Estática Interna, Externa y Total. 9 3 6 6 21 ) 9 3 ( ) 3 ( 3 5 3 11 3                    GIEE GIEI GIET S A GIEI S R GIEE i e  Estructura Estáticamente Indeterminada de 9NO grado I.3.1. Indeterminación Estática
  • 56. I.2. Estabilidad. Ejercicio Propuesto biela biela biela biela biela Determinar el grado de indeterminación estática interna, externa y total de la estructura estable indicada en la Figura.
  • 57. I.3.2. Indeterminación Cinemática Grado de Indeterminación Cinemática (GIC): Si el número de componentes de desplazamiento o Grados de Libertad Cinematicos (G.D.L.C.) debido a la deformación elástica que posea la estructura es diferente de cero entonces la estructura será INDETERMINADA CINEMATICAMENTE. Rotaciones   Traslaciones   Si el GIC = Nº Rotaciones + Nº Traslaciones  GIC = Nº  + Nº 
  • 58. I.3.2. Indeterminación Cinemática Análisis Cinemático Directo: Consiste en definir sobre la estructura sus Grados de Libertad Cinemáticos (G.D.L.C.) en función de su geometría y formas de vinculación de sus elementos. Caso de Estudio  A B  GIC = Nº  + Nº  = 1 + 2 = 3 A B vB B’ B G.D.L.C B Bv B’ A B Bh B’ A A B B
  • 59. I.3.2. Indeterminación Cinemática Caso de Estudio  GIC = 2 + 4 = 6 C A D B vB hC hB B C vC A D B B’ C C’ Caso de Estudio GIC = 2 + 2 = 4  C A D B hB B C A D B B’ C vB
  • 60. I.3.2. Indeterminación Cinemática Caso de Estudio   GIC = Nº  + Nº  = 2 + 1 = 3 G.D.L.C C A D B C’ A D Ch B’ B C B C Bh A B C D B A B C D C C’ A D Ch B’ B C Bh Sin Deformación axial EA = ∞
  • 61. I.3.2. Indeterminación Cinemática Caso de Estudio  GIC = 4 + 1 = 5 Caso de Estudio GIC = 5 + 1 = 5  Sin Deformación axial EA = ∞ D B C A D B C A D Ch ’B B C B A C A C A D Ch ’B B C B A ’C
  • 62. I.3.2. Indeterminación Cinemática Imagen Cinemática (IC): Es un sistema equivalente que consiste en reemplazar todos los apoyos empotrados y los nodos internos rígidos de la estructura en estudio por articulaciones, permitiéndole a la estructura libertad de movimiento, haciéndola “Inestable”. Caso de Estudio  Imagen Cinemática A D B C E F A D E B C F
  • 63. I.3.2. Indeterminación Cinemática Entonces el Nº de  o desplazabilidad de la estructura es igual al numero mínimo de rodillos ficticio que se requiere para restringir todos los posibles G.D.L. de traslación de la Imagen Cinemática de la estructura, haciéndola “Estable”.  Desplazabilidad del pórtico CIR E’ C’ D’ F’ A D E B C F CIR   = 2 CIR F’ A D E B C F E’ CIR Posible ubicación del 1ER rodillo ficticio CIR A D E B C F CIR CIR Posible ubicación del 2DO rodillo ficticio 
  • 64. Determinar el GIC por análisis directo de la estructura indicada. A C D G H F E b a g B I.3.2. Indeterminación Cinemática
  • 65. Determinamos las rotaciones en los nodos de la estructura A C D G H F E b a g B  = 12 I.3.2. Indeterminación Cinemática
  • 66. A C D G H F E b a g B  = 2 I.3.2. Indeterminación Cinemática Determinamos las traslaciones a partir de la imagen cinemática de la estructura
  • 67. H I G E F C D J g g a b a b B A Determinar el GIC por análisis directo de la estructura indicada. I.3.2. Indeterminación Cinemática
  • 68. H I G E F C D J g g a b a b B A Determinamos las rotaciones en los nodos de la estructura I.3.2. Indeterminación Cinemática  = 19
  • 69. I G E F C J g g a b a b B A I.3.2. Indeterminación Cinemática Determinamos las traslaciones a partir de la imagen cinemática de la estructura  = 3 D H
  • 70. I.3.2. Indeterminación Cinemática Diagramas de Williot: Es un método grafico que permite conocer la deformación elástica producida para cada desplazamiento de traslación de la estructura. Desplazabilidad  Caso de Estudio a A D B C b  = 1 A D B C
  • 71. I.3.2. Indeterminación Cinemática Al liberar el rodillo ficticio empleado para restringir la desplazabilidad existente se obtiene la configuración deformada elásticamente, en donde las letras con apostrofe (’) corresponden a los puntos desplazados. Diagrama de Williot para la traslación  Estructura Deformada B’ C’ B a A D B C b C C = sen b sen 2a  = B A’ = D’ B’ b C C’ b a a POLO BC DC
  • 72.  = 2 I.3.2. Indeterminación Cinemática Determinamos las traslaciones a partir de la imagen cinemática de la estructura A C D G H F E b a g B I
  • 73.  B’=C’=G’=H’ I’ D’ E = F = D b sen i    i  b DF = BI FG = G A C D H F E b a g B I E’ D’ F’ I’ A’  I.3. Determinación e Indeterminación Trazamos el Diagrama de Williot Liberando el Rodillo en F = F’ = E’ FG ED EI
  • 74. g sen E    a cos   G b g sen I tan /    A’=B’=C’=D’=H’ E’ F’ G’ I’ b g a F    G  I  EF GH DE BI FG EI E I.3. Determinación e Indeterminación Trazamos el Diagrama de Williot Liberando el Rodillo en G A C D G H F E b a g B I I’ G’ E’ F’
  • 75. I.3.2. Indeterminación Cinemática Determinamos las traslaciones a partir de la imagen cinemática de la estructura I G E F C J g g a b a b B A  = 3 D H
  • 76. B  C  g A’=G’=J’=H’=J’ F’= B’ g sen B    I.3.2. Indeterminación Cinemática Trazamos el Diagrama de Williot Liberando el Rodillo en F C’ EF= EG= E’= D’= FD= DE CE CD= AB BC H I G E F C D J g g a b a b B A B’ C’ D’ F’ E’ H
  • 77. A’=B’=C’=D’= E’=G’=J’ H’ I’ g I  H  g sen H I    I.3.2. Indeterminación Cinemática Trazamos el Diagrama de Williot Liberando el Rodillo horizontal en H H I G E F C D J g g a b a b B A H’ I’ HI IJ
  • 78.   F I.3.2. Indeterminación Cinemática Trazamos el Diagrama de Williot Liberando el Rodillo vertical en H H I G E F C D J g g a b a b B A C’ D’ F’ E’ H H’ F  H D    a A’=G’=J’=B’ =C’= I’ F’ EG= CD= D’= H’ HI= DF FH CF EF E  E’ a cos      H D a sen E   
  • 79. Determinar el GIC por análisis directo de la estructura indicada. I.3.2. Indeterminación Cinemática F C D E B A a
  • 80. I.3.2. Indeterminación Cinemática Determinamos las traslaciones a partir de la imagen cinemática de la estructura  = 3 F C D E B A a a a
  • 81. I.3.2. Indeterminación Cinemática Trazamos el Diagrama de Williot Liberando el Rodillo en B a cos   B B  E D C      a A’ C’ = D’=E’ AB DE B’        E D C C D E B A a B’ C’ D’ a F E’ F’ F’ EF F  a a tan   F