Acerca de este experimento
Construye un puente que tenga que soportar una carga. Inspecciona la fuerza axial de cada barra, elimina una diagonal y observa cuándo la estructura se convierte en un mecanismo. Cambia la altura, la luz y el área de las barras; después, aumenta gradualmente la carga mientras se desarrolla la forma deformada. El experimento resuelve una pequeña matriz de rigidez en lugar de determinar la resistencia por la apariencia del dibujo.
Objetivos de aprendizaje
- Distinguir entre tracción, compresión y un mecanismo geométrico
- Explicar por qué la triangulación estabiliza una estructura articulada
- Relacionar la rigidez de una barra con el módulo de elasticidad, el área y la longitud
- Comprobar el equilibrio de los apoyos frente a la carga total aplicada sobre el tablero
- Comparar la fluencia y el pandeo ideal de Euler como límites distintos de una barra
Cómo usarlo
- 1Ejecuta la prueba de carga predeterminada e inspecciona una barra naranja y otra azul. Anota sus fuerzas con signo.
- 2Elige «Alternar barra» y elimina una diagonal, o elige «Solo rectángulos». Explica por qué no se puede indicar un desplazamiento elástico para un mecanismo.
- 3Restablece la triangulación. Aumenta la altura de la celosía manteniendo constantes la luz y la carga, y compara el desplazamiento y las fuerzas en las barras.
- 4Duplica el área de las barras y repite la misma prueba de carga. Compara la rigidez, la masa y la capacidad a compresión.
- 5Mueve la carga a un apoyo y luego devuélvela al centro del vano. Comprueba el cambio en las reacciones y la deformación.
El modelo
Supuestos
- Dos celosías laterales planas idénticas comparten por igual la carga vertical de la cubierta. Su acoplamiento transversal es ideal; se excluyen la masa y la rigidez a flexión de la cubierta y las vigas transversales.
- Las barras son elementos axiales rectos con uniones articuladas. Se suponen desplazamientos pequeños, elasticidad lineal y ausencia de pretensado. El dibujo amplifica el desplazamiento y limita dicha amplificación para facilitar la lectura.
- Las secciones de las barras son círculos macizos. La densidad se mantiene en 7850 kg/m³ y el límite elástico nominal en 250 MPa, mientras que el módulo de elasticidad puede variarse de forma independiente. Se trata de un experimento de parámetros, no de un catálogo de materiales.
- La capacidad a compresión es el menor valor entre la capacidad axial de fluencia y la capacidad ideal de pandeo de Euler con ambos extremos articulados. Se excluyen las imperfecciones, el fallo de las conexiones, los detalles del arriostramiento lateral y la respuesta posterior al pandeo.
- Una matriz de rigidez inestable se indica como un mecanismo. Los cocientes de capacidad superiores a uno señalan una extrapolación elástica más allá del límite de una barra; no se simulan la fractura ni el colapso reales.
Pruébalo en clase
- Q1¿Por qué importa quitar una diagonal aunque todas las barras restantes sean muy rígidas?
- Q2¿Por qué puede pandear un elemento comprimido antes de que su material alcance el límite elástico?
- Q3¿Qué reacción en el apoyo cambia cuando la carga se desplaza a un extremo?
- Q4¿Es necesariamente el puente estable más ligero el que tiene el menor cociente de capacidad?
Preguntas frecuentes
¿Por qué siguen viéndose tenuemente las barras eliminadas?
Son guías de restauración. No aportan rigidez, masa ni fuerza hasta que se vuelvan a activar.
¿La forma ampliada cambia la solución de fuerzas?
No. Todas las fuerzas y lecturas en milímetros utilizan la solución de pequeños desplazamientos. La ampliación solo afecta al dibujo.
¿Es esta una herramienta para aprobar diseños de puentes?
No. Es un modelo ideal de celosía para el aula, con comprobaciones de fallo expresamente limitadas; no es una norma de diseño estructural ni una especificación de construcción.