Apoyos
Los apoyos definen cómo una estructura se conecta al suelo o a otros cuerpos rígidos. Restringen grados de libertad (GDL) específicos en un nodo, impidiendo desplazamiento y/o rotación en ciertas direcciones. Definir los apoyos correctamente es esencial — un modelo de apoyos incorrecto puede llevar a una estructura inestable (mecanismo) o excesivamente rígida.
Grados de Libertad (GDL)
En el espacio 3D, cada nodo tiene 6 grados de libertad independientes — 3 traslaciones y 3 rotaciones:
Traslación
- dx — desplazamiento a lo largo del eje X
- dy — desplazamiento a lo largo del eje Y (vertical)
- dz — desplazamiento a lo largo del eje Z
Rotación
- rx — rotación alrededor del eje X
- ry — rotación alrededor del eje Y
- rz — rotación alrededor del eje Z
Un GDL restringido significa que el nodo no puede moverse ni rotar en esa dirección. Un GDL libre permite movimiento. La combinación de GDL restringidos define el tipo de apoyo.
Tipos de Apoyo
Empotrado
Restringe los 6 GDL: dx, dy, dz, rx, ry, rz. El nodo no puede trasladarse ni rotar en ninguna dirección. Es el tipo de apoyo más restrictivo — crea una conexión rígida con el suelo, transmitiendo fuerzas y momentos en todas las direcciones.
Cuándo usar
Bases de columnas con placas gruesas y múltiples pernos de anclaje (conexión rígida), cimentaciones de hormigón armado, muros o cualquier conexión diseñada para resistir momento. Común en pórticos y marcos resistentes a momentos.
Base plate connection: steel column anchored to concrete foundation — typical fixed support detail.
Reacciones generadas
Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz
Articulado
Restringe solo traslaciones: dx, dy, dz. Las rotaciones son libres. El nodo no puede moverse pero puede rotar libremente alrededor de todos los ejes. Crea una conexión tipo bisagra — no se transmite momento a la fundación.
Cuándo usar
Conexiones de cerchas (idealizadas como pines sin fricción), bases de columnas con placas delgadas o un solo perno de anclaje, bases de marcos arriostrados o cualquier junta que permita rotación. Tipo de apoyo más común en estructuras metálicas.
Reacciones generadas
Fx, Fy, Fz
Rodillo
Restringe el desplazamiento en una sola dirección. El Rodillo Y estándar restringe dy (vertical), permitiendo que el nodo se deslice horizontalmente. CalcSteel también ofrece Rodillo X (solo dx) y Rodillo Z (solo dz).
Cuándo usar
Un extremo de una viga simplemente apoyada (el otro extremo es articulado), juntas de expansión en puentes y estructuras largas, conexiones deslizantes que permiten dilatación térmica.
Reacciones generadas
Rodillo Y → solo Fy | Rodillo X → solo Fx | Rodillo Z → solo Fz
Personalizado
Permite cualquier combinación de los 6 GDL restringidos o liberados independientemente. Úselo cuando ningún preset estándar coincida con el detalle de su conexión.
Presets Disponibles
CalcSteel ofrece 8 presets de aplicación rápida. Seleccione uno o más nodos y haga clic en un preset para asignar el apoyo instantáneamente:
| Preset | dx | dy | dz | rx | ry | rz |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Fixed (ENG) | ● | ● | ● | ● | ● | ● |
| Pinned (ART) | ● | ● | ● | ○ | ○ | ○ |
| Roller Y | ○ | ● | ○ | ○ | ○ | ○ |
| Roller X | ● | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
| Roller Z | ○ | ○ | ● | ○ | ○ | ○ |
| Fix XY | ● | ● | ○ | ○ | ○ | ○ |
| Fix YZ | ○ | ● | ● | ○ | ○ | ○ |
| Fix XZ | ● | ○ | ● | ○ | ○ | ○ |
Estabilidad Estática
Para que una estructura sea estable (no un mecanismo), los apoyos deben proporcionar reacciones suficientes para resistir todos los movimientos posibles. Los requisitos mínimos dependen del tipo de análisis:
Análisis 2D (marco plano)
Mínimo 3 componentes de reacción independientes (ej: un articulado + un rodillo = 2+1 = 3 reacciones). Las reacciones no deben ser concurrentes ni paralelas.
Análisis 3D (marco espacial)
Mínimo 6 componentes de reacción independientes. Un solo empotramiento proporciona exactamente 6 reacciones y es suficiente para estabilidad.
⚠ Error común
Colocar todos los apoyos en la misma línea — la estructura aún puede deslizarse horizontalmente. Siempre asegúrese de que al menos un apoyo restrinja cada dirección global (X, Y, Z).
Cómo Aplicar Apoyos en CalcSteel
- 1Seleccione uno o más nodos haciendo clic o usando selección rectangular (arrastre de izquierda a derecha).
- 2Abra el panel de Apoyos desde la barra de herramientas izquierda (ícono de triángulo) o desde el panel lateral derecho.
- 3Haga clic en un botón de preset (Empotrado, Articulado, Rodillo Y, etc.) o alterne GDL individuales en la sección personalizada.
- 4Haga clic en "Aplicar" para asignar el apoyo. El canvas 3D mostrará el símbolo del apoyo en el nodo.
Aplicando un apoyo Empotrado (Fixed) al nodo del extremo izquierdo de una cercha en CalcSteel.
Consejo: Puede cambiar el tipo de apoyo seleccionando el nodo y haciendo clic en un preset diferente. Solo se permite un apoyo por nodo.
Referencias
- Wikipedia — Structural Support — overview of support types in structural engineering
- Wikipedia — Degrees of Freedom (Mechanics) — DOF theory in mechanics
- Wikipedia — Statically Indeterminate Structures — hyperstatic vs. isostatic structures
- Engineering Toolbox — Support Reactions — practical guide with visual examples