05 / Febrero / 2015 Jason Chacón – Mariana Castro – Ma José Vargas

Informe

Sistemas de Estructuras El libro comienza con una explicación sobre como diseñar una estructura, primero se debe saber la

función, luego se escoge la forma de transmisión de las cargas al suelo. Para clasificar los tipos de

estructuras portantes, se sistematiza las características de las estructuras para agruparlas de

acuerdo a su funcionamiento. Tenemos 5 tipos principales clasificados de acuerdo a su acción en;

la forma, vectores de fuerza, sección, superficie y altura. Existen también diversas combinaciones

de los tipos de estructuras para formar híbridos o también se pueden superponer o acoplar

estructuras.

Forma Activa

Este tipo de estructuras surge de la forma natural, o más sencilla, en que las fuerzas se transmiten.

Solo existen esfuerzos de compresión y tracción, no existen esfuerzos cortantes. El cable

suspendido funciona a tracción mientras que el arco funicular responde a la compresión. Este tipo

de estructuras permite alcanzar grandes luces con un uso mínimo de materiales. Se dice que una

forma activa es la expresión material de las direcciones naturales de las fuerzas.

Son sistemas portantes de un material no rígido y flexible, en los que la transmisión de cargas es

atreves de la forma. Desvían las fuerzas exteriores a través de fuerzas normales.

Existen varios sistemas portantes de Forma Activa:

-1) Estructuras de Cables

-2) Estructuras de tienda

-3) Estructuras neumáticas

-4) Estructuras de Arcos

ESTRUCTURAS DE CABLES Son estructuras especialmente apropiadas para cubiertas de grandes

luces con materiales livianos donde el elemento estructural esencial es el cable y el esfuerzo

fundamental es el de tracción. Los antecedentes de las estructuras de cables pueden encontrarse

en las velas de los barcos

Resisten únicamente esfuerzos de tracción pura y la forma responde a las cargas

Carecen de rigidez transversal y las cargas pueden ser muy grandes en relación al peso propio

No constituye una estructura auto portante: el diseño exigirá estructuras auxiliares que sostengan

los cables a alturas importantes. Esto conlleva a una combinación de sistemas estructurales

diferentes.

Es la estructura a tensión típica

Son muy flexibles y cambian de forma bajo la acción de cargas concentradas

No poseen rigidez a la flexión, ni resisten fuerzas de compresión.

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Bajo la acción de fuerzas concentradas grandes, se deforma, pierde su perfil original y alcanza el

denominado polígono funicular.

CABLES RADIALES

Se observa la presencia de un anillo perimetral comprimido (generalmente de hormigón).

Requiere un anillo o tambor central donde anclan los cables, fraccionado, (generalmente de acero)

y el cable puede ser exclusivo para cada carga o bien puede pasar por varias cargas sucesivamente.

9. CABLES BIAXIALES

• El cable estará trabajando en tracción pura.

• Estructuras ligeras aptas para cubrir grandes luces.

• No constituye una estructura auto portante, el diseño exigirá estructuras auxiliares.

•Pueden tener un estado de tensión-unidimensional: en su forma recta se encuentra el cable

tensado, y en los curvos la forma catenaria.

Las estructuras en cables biaxiales requieren de elementos tales como: arcos perimetrales de

apoyo - viga perimetral - cable

ESTRUCTURAS DE ARCOS El arco es una estructura comprimida utilizada para cubrir grandes y

pequeñas luces empleando la mínima cantidad de material posible. Es capaz de resistir cargas

determinadas por un estado de compresión simple.

Los arcos generan fuerzas horizontales que se deben absorber en los apoyos mediante tensores.

La línea de presiones está asociada a un estado de cargas, el eje de dicho arco coincidirá con el

estado de carga correspondiente a los pesos propios. Cualquier variación en las condiciones de

carga modifica la forma del arco funicular y crea una nueva forma.

Podemos considerar a los arcos cuyo eje coincide con la línea de presiones, llamados arcos

“funiculares”.

RELACIÓN ENTRE EL CABLE SUSPENDIDO Y EL ARCO FUNICULAR

Compresión pura (arcos), y el fenómeno del pandeo dará formas diferentes. La flexibilidad

permitirá la adaptación a la forma necesaria, en el otro, la rigidez del arco llevará a que no lo

pueda hacer, el arco será “funicular “solo para un estado de carga particular

ARCOS LINEALES Estructuras de grandes luces con arcos biarticulados y arcos alineados a tierra

con una cubierta curva apoyada encima.

Capítulo 2 Piezas lineales: componentes estructurales, se someten a tensiones lineales, comprimidos o

extendidos.

Piezas ensambladas triangularmente son más estables y completas

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Piezas formando un sistema con nudos son mecanismos que dirigen fuerzas y transmiten cargas a

grandes distancias. El vector activo descompone las fuerzas manteniendo el equilibrio

Es conveniente un ángulo comprendido entre 45°- 60° respecto a la dirección de la fuerza.

Los mecanismos de vector activo se refieren no solamente a las estructuras triangulares, sino a

cualquier otra forma que intente dirigir las fuerzas

La descomposición de fuerzas se aplica a otros tipos estructurales como arcos, pórticos o láminas

Por la resistencia a cambios de cargas y por su composición con elementos rectos, son ideales para

edificios altos.

Se logra la rigidez de la retícula mediante triangulación:

Con este mecanismo se forman cerchas de pequeña y gran luz. Cercas apoyadas en ambos lados:

estructura de luz libre

Cerchas con doble soporte en el centro: estructura en voladizo y cerchas con extremos en

voladizo: estructura de luz libre con voladizos

Las cerchas planas se combinan para formar sistemas estructurales de superficies plegadas o

curvas

Diferentes diseños de cerchas:

o Curvatura simple

o Doble curvatura

Sistemas reticulados para superficies anillos esféricos con diagonal en N y al combinar cerchas se

logra óptima eficacia mediante la continuidad en longitud y anchura

Sistemas reticulados espaciales:

o Prismas rectangulares

o Prismas triangulares

Capítulo 3 Los elementos lineales rectos pueden determinar ejes y dimensiones: longitudinal, altura y

anchura y las vigas son elementos estructurales de directriz recta, resistentes a flexión y las

fuerzas externas

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A causa de su capacidad para transmitir las cargas lateralmente la viga es la estructura más

empleada. La flexión es la característica de la acción resistente de los sistemas activos

El mecanismo de los sistemas de masa activa consiste en la acción combinada de esfuerzos de

compresión y tracción, entre más alejada se encuentre la masa del eje neutro, mayor es la

resistencia

Mecanismos de flexión y resistencia:

o Momento de giro externo

o Esfuerzo cortante vertical

o Esfuerzo cortante horizontal

o Momento del giro interno

Relación entre cortante y compresión en la flexión

o Las fuerzas exteriores generan flexión

o La flexión crea tensiones cortantes

o Las tensiones se combinan y forman compresión y tracción

Distribución de tensiones en la viga de sección rectangular:

o Las tensiones se hallan distribuidas parabólicamente a lo largo

o Las tensiones cortantes verticales sobre los apoyos y decrecen hacia el centro

Dependiendo de los apoyos las fuerzas internas de las vigas varían

Se reduce la flexión mediante el acortamiento de la longitud del tramo externo

Mecanismos de pórtico y su relación con la viga con voladizos:

o Los empujes en los apoyos reducen la deformación

Mecanismos resistentes a fuerzas laterales

o La deformación puede reducirse según el grado de rigidez de los soportes

Sistemas estructurales horizontales y verticales con pórticos articulados pueden ser de dos, dos

con T o de tres articulaciones y funcionan aun después de haber invertido o duplicado la

estructura simple.

Relación entre la disposición y el mecanismo resistente a marcos múltiples

o Los montantes se someten a grados de flexión muy diferentes, la cual se ataca

mediante la reducción de panel hacia los apoyos o por el incremento del

montante.

Relación entre las vigas paralelas aisladas y retícula de vigas

o Vigas paralelas: solo la viga que recibe la carga se deforma

o Retícula de vigas: la totalidad del sistema participa en el mecanismo resistente

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Emparrillados de vigas para plantas con lados irregulares:

o Retícula cuadrada: las vigas han de rigidarze en consecuencia.

o Retícula oblicua: a cause de las luces de viga más reducidas son más rígidas

Mecanismo resistente de la losa simplemente apoyada

o Resistencia a flexión: la carga se transmite a los apoyos

o Resistencia a cortante

o Resistencia a torsión

Sistemas estructurales de superficie activa

o Las superficies en el espacio limitan y forman nuevos espacios

o Separan en interior y exterior

o Elementos superficiales desempeñan funciones estructurales

o Continuidad estructural, resistencia estructural, tracción y cortante son requisitos

para la superficie activa

o Los mecanismos sustentantes son más eficaces cuando las superficies son paralelas

a la dirección de las fuerzas actuantes

o La forma de la superficie determina el mecanismo sustentante de los sistemas de

superficie activa

o En la superficie activa es indispensable una forma adecuada que transmita las

fuerzas actuantes y las reparta por toda la superficie en tensiones de pequeña

magnitud

o Los sistemas estructurales de la superficie activa son la envoltura del espacio

interno y la corteza exterior de la construcción

Acción resistente triple de la placa plegada

- Sistema de uno, dos, tres o varios pliegues

Superficie con pliegues contrapuestos

- Pliegue de lima-tesa a lima tema, de lima-tesa a lima-hoya o contraposición de perfiles en

el centro, además de pliegues alternados

Superficies con pliegues cónicos

- Pliegue peraltado

Sistemas estructurales lineales compuestos por superficies plegadas

- Pliegue de cumbera

- Arco con articulación en la clave

- Arco con 3 articulaciones

Sistemas estructurales por interpenetración de superficies plegadas

- Planta triangulas, cuadrada, y hexagonal

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- Superficies plagadas horizontalmente

- Cumbreras plegadas hacia arriba

- Cumbreras rampantes hacia el centro

- Cumbreras descendentes hacia el centro

Sistemas estructurales mediante interpenetración de superficies plegadas

- Plegadas en forma de cruz sobre planta cuadrada

Superficies plegadas piramidales sobre plantas geométricas

- Triangular, cuadrada, pentagonal, hexagonal, octogonal y circular

Sistemas plegados con geometría de poliedros

- Tetraedro, cubo, octaedro, dodecaedro, icosaedro, cuboctaedro, rombicuboctaedro,

troncoctaedro, deltaedro de 16 caras, deltaedro de 14 caras, y deltaedro de 12 caras

Tiple acción resistente de lámina de simple curvatura

- Acción de arco, laja y de placa

Formas típicas de rigizadores

- Peso propio, carga de nieve, carga de viento, y carga puntual

Yuxtaposición de superficies cilíndricas para cubrir áreas mayores

- Continuas, discontinuas, pliegues transversales y forma libre

Sistemas estructurales mediante interpenetración de superficies cilíndricas

- Planta hexagonal, planta cruciforme, pórtico de 2 articulaciones, pórtico de 3

articulaciones, arco de 2 articulaciones, arco de 2 articulaciones, arco en clave

Sistemas estructurales lineales compuesto de superficies cilíndricas

- Pórtico en A con 2 articulaciones, viga en voladizo sobre soportes centrales

Formas especiales de superficies de revolución

- Toro, cono invertido, hiperboloide, cilindro circular

Composiciones de superficie sobre planta cuadrada

- 4 bordes a nivel, 2 bordes; dos pliegues a nivel, 4 pliegues a nivel, todos los bordes y los

pliegues inclinados

Altura Activa

Son sistemas estructurales de elementos rígidos y sólidos que se extienden, principalmente, en

sentido vertical. La transmisión de cargas suelen estar sometidos a fuerzas diferentes o un estado

de tensiones complejo, se requiere además un sistema eficiente de cimentación.