• Categories
• Plasticidad (Física)
• Elasticidad (Física)
• Inclinarse
• Física aplicada e interdisciplinaria
• Ingeniería mecánica

Citation preview

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ESTRUCTURAS METALLICAS

INVESTIGACIÓN BIBLIOGRAFICA #1 TEMA:

ROTULA PLÁSTICA

Estudiante:  Marín Aguilar Bryan Oswaldo

Docente: Ing. José Luis Ordoñez Fernández

Curso:

Fecha:

8to Semestre “B” 08 de Mayo del 2017

Definición Una rótula plástica es un dispositivo de amortiguación de energía, que permite la rotación de la deformación plástica de la conexión de una columna, de manera rígida. En la teoría estructural, la viga de ingeniería o rótula plástica se usa para describir la deformación de una sección en una viga donde se produce la flexión de plástico. Al ser sometida una estructura de concreto armado a movimientos sísmicos severos, ésta generalmente responde no linealmente. Esto es atribuible a que el concreto armado es un material no homogéneo y su comportamiento es altamente no lineal. Una rótula plástica es un dispositivo de amortiguación de energía, que permite la rotación de la deformación plástica de la conexión de una columna, de manera rígida. En la teoría estructural, la viga de ingeniería o rótula plástica se usa para describir la deformación de una sección en una viga donde se produce la flexión de plástico.

Con la constitución de esa rótula plástica en el centro de la viga, queda formado un mecanismo con un grado de libertad, al existir -incrementalmente- tres rótulas alineadas. Aquí la estructura se ha transformado en mecanismo y corresponde a la definición de uno de los Estados Límites Últimos o de Colapso. La carga ´ultima o de colapso qu será, por tanto:

qu = qp Se usa el término rótula plástica para referirse a la sección central en ese estado. La rótula plástica, permite rotaciones relativas a ambos lados de la sección indefinidamente grandes, y tiene asociado un momento flector igual al momento Mp. El diagrama momento-curvatura es lineal hasta alcanzar el momento de fluencia My. A aprtir de allí es no lineal y se hace completamente plástico con el momento de plastificación Mp.

Formación de rotulas plásticas Sea el pórtico biarticulado e hiperestático sometido a una carga puntual P en el dintel.

Pórtico biarticulado sometido a carga puntual en el dintel

Pórtico biarticulado sometido a carga puntual en el dintel. Diagrama de momentos flectores

El momento máximo (MC) se produce en la sección C donde actúa la carga P. En los nudos B y D, los momentos son iguales (MB = MD), aunque se siguen nombrando con el subíndice indicando la sección donde actúan. Si MC es inferior al momento que agota la sección en régimen elástico (Me) la distribución de deformaciones y de tensiones en la sección en estudio es la mostrada en la Figura 12.17. Al incrementar el valor de P hasta que la sección C se agote en régimen elástico, la ley de momentos flectores y la distribución de tensiones en la sección C son las mostradas en la Figura. Si se sigue incrementando P, comenzará la plastificación de la sección C, llegando un momento en que toda la sección plastificará; se ha alcanzado la deformación en rotura de la fibra más deformada, formándose una rótula plástica. En este momento,

Pórtico biarticulado sometido a carga puntual en el dintel. Diagrama de momentos flectores y distribución de tensiones en la sección C al Alcanzarse

σe

en dicha

Entonces la estructura inicialmente hiperestática, ha pasado a ser isostática:

Formación de una rótula plástica en la sección C Simultáneamente, en las secciones B y D también aumenta el momento llegando estas a agotarse elásticamente. Al seguir incrementando el valor de P, seguirá aumentando el momento flector en B y D. En la sección C el momento plástico que agotó la sección se mantiene constante.

Pórtico biarticulado sometido a carga puntual en el dintel. Redistribución de momentos en B y D

Habrá un valor de P para el que las secciones extremas B y D se agotan, formándose sendas rótulas plásticas, que provocan el colapso de la estructura al transformarse está en un mecanismo.

Colapso de la estructura por transformación en mecanismo por la Formación de rótulas plásticas Para entrar de lleno en la concepción del cálculo plástico de pórticos, vamos a ilustrar el caso de una viga biapoyada de acero blando (Fig. 2.1-a) sometida a una carga uniforme w escalada por

un factor de carga λ, que va a crecer desde cero hasta el momento del colapso. En la Fig. 2.1-b se representa cualitativamente la evolución del factor de carga conforme crece la deflexión en un punto, por ejemplo el central.

Figura 2.1: a) Viga biapoyada con carga uniforme λw. b) Evolución del factor de carga deflexión, y la distribución de tensiones en la sección central para cada instante. Conforme la carga crece, la distribución de tensiones en la sección central va pasando por diversos estadios, representados sobre la Fig. 2.1-c. La zona plástica dentro de la viga se distribuye espacialmente según lo indicado en la Fig. 2.1-d. Fase elástica lineal. Se produce mientras la tensión máxima en todos los puntos de la viga no alcance la de plastificación Ys. Durante el comportamiento elástico lineal, la distribución de tensiones a lo largo del canto de la sección es lineal (bajo la hipótesis de Bernouilli de sección plana). Ello se debe a que la tensión es linealmente proporcional a la elongación, que a su vez es proporcional al brazo hasta la fibra neutra debido al giro de la sección que rige la deformación a flexión. Ello implica que el diagrama de factor de carga - deflexión también es lineal, mientras λ < λy. Fase de plastificación parcial. Cuando la elongación en cualquier punto de la viga supera la correspondiente a la plastificación, la tensión deja de crecer proporcionalmente, y la distribución de tensiones toma la forma descrita en la figura. En ésta sección se forma la rótula plástica. Esto

sucede para λy < λ < λc. Si asumimos que la ley de comportamiento (diagrama de tensióndeformación, véase Fig.2.5-b) es bilineal, la tensión en los puntos con plastificación es constantemente igual a Ys. Colapso. En el momento extremo en el que todos los puntos de la sección de la rótula plastifican, dicha sección pierde su capacidad para seguir absorbiendo más carga y se deforma indefinidamente bajo carga constante (curva horizontal). Esto significa el colapso de la viga. Comportamiento plástico En el análisis de los miembros sometidos a flexión, se supone que una transición abrupta de elástico con el comportamiento ideal de plástico, se produce a un cierto valor del momento, conocido como el momento plástico (Mp). El comportamiento entre los miembros del PAI y Mp se considera elástico. Cuando se alcanza el Mp, una rótula plástica se forma en el miembro, en contraste con una fricción de la bisagra que permite la rotación libre y ocurre en el momento plástico Mp de forma constante. Las bisagras de plástico se extienden en los tramos cortos de las vigas, pero los análisis detallados han demostrado que es que necesario considerar que las vigas rígidas cuentan con unas bisagras con plasticidad limitada en los puntos. Mediante la inserción de una rótula plástica en un límite de carga y una viga estáticamente determinada, un mecanismo cinemático permite un desplazamiento sin límites que se pueden formar en el sistema, esto es conocido como el mecanismo de colapso. Para cada grado de indeterminación estática de la viga, se debe agregar un plástico a la bisagra adicional para formar un mecanismo de colapso. Bibliografía [1] I. H. ANA, «ROTULAS PLÁSTICAS,» Trujillo-Peru, 2013. [2] G. R. Carlborg, CÁLCULO PLÁSTICO DE ESTRUCTURAS, Granada: Tercera Edicion, 2008. [3] ARQHYS, «ARQHYS Arquitectura,» 2017. [En línea]. Available: http://www.arqhys.com/arquitectura/rotulas-plasticas.html.