TEMA 1.2. La modelización de una estructura

La modelización de una estructura consiste en obtener un modelo ideal o simplificado de la estructura real. Comprende dos etapas, la discretización de la estructura en barras y nudos para obtener un diagrama lineal y la idealización de las conexiones.
I. Discretización en barras y nudos: diagrama lineal


La estructura real está formada por elementos  en volumen que representamos por una línea y por uniones, en ocasiones complejas, que representamos por puntos. En la Fig. 3 se observa cómo un pórtico acartelado (unión pilar-dintel engrosada) a dos aguas de hormigón armado, con pilares de sección variable  se modeliza como unión de 4 líneas rectas (barras) dibujadas entre 5 puntos (nudos).


Fig. 1: Pórtico a dos aguas de hormigón armado, a) y su diagrama lineal para el análisis, b).

 

II. Idealización de las conexiones

Las conexiones se materializan en los nudos de la estructura. Los nudos actúan como elementos de unión entre barras de la estructura y como elementos de unión entre la estructura y el exterior, como ocurre en los apoyos. Desde esta doble vertiente, para la modelización de las conexiones debemos considera tanto las uniones entre barras y nudos como las uniones entre los nudos y el exterior.

  • Uniones barra-nudo:
    Desde el punto de vista de la unión entre la barra y sus nudos adyacentes podemos distinguir 4 tipos de barra:

    1. Barras biarticuladas: con articulaciones en ambos extremos

    2. Barras biempotradas: con empotramientos en sus dos extremos.

    3. Barras articuladas-empotradas:

    4. Barras empotradas-articuladas:



    Barras biarticuladas
     

    Barras biempotradas


  • Uniones nudo-exterior:
    Las uniones de la estructura con el exterior a las que se llaman habitualmente apoyos, se materializan siempre a través de los nudos. Estas uniones impiden determinados movimientos del nudo (desplazamientos o giros) por lo que reducen sus grados de libertad. Como consecuencia, en esas uniones aparecen unas reacciones (fuerzas y/o momentos). En función de los movimientos que tiene impedido el nudo debido a su vinculación con el exterior (coacciones) podemos distinguir los siguientes tipos de nudos:

    1. Nudo libre: no están unidos al exterior por lo que sus movimientos no están coaccionados.

    2. Nudo deslizante (apoyo simple): Tiene impedido su movimiento en la dirección vertical (y), tanto hacia abajo com hacia arriba. Aparece una reacción en esa dirección.

    3. Nudo articulado (articulación): Tiene impedido su movimiento en dos direcciones, vertical (y) y horizontal (x). Aparecen por tanto dos reacciones.

    4. Nudo empotrado o fijo (empotramiento): Tiene impedido el movimiento en vertical y horizontal y también el giro.

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    Aunque estos son los tipos básicos de nudos, existen otros tipos menos comunes como los empotramientos deslizantes que tienen el giro impedido pero no el desplazamiento. En estructuras en 3D la tipologia de nudos se amplia debido al aumento de direcciones y de giros que se pueden impedir.

    NOTA IMPORTANTE: Como las palabras articulación y empotramiento se utilizan tanto para describir uniones barra-nudo como uniones nudo-exterior que se dan en un mismo nudo, hay que indicar siempre con claridad a qué tipo de unión nos estamos refiriendo. Por ejemplo, podemos tener unas barras que se unan a un nudo mediante articulaciones y que la unión de ese nudo con el exterior sea empotrada.