F.A.U.D. - 2014 - U.N.C.
INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA ”B”
1
ESTRUCTURAS 1° PARTE
PARA QUE HACEMOS LA ESTRUCTURA?
PARA RESISTIR CARGASFUERZAS
SIN MOVERSESIN ROMPERSESIN DEFORMARSE EXCESIVAMENTE
QUE ES UNA ESTRUCTURA? CONJUNTO ORGANIZADO
SUBSITEMA DEL SISTEMA CONSTRUCTIVO
CUERPOS O COMPONENTES (MATERIAL)
PROPIEDADES ESTUCTURALES
Cubrir luces, soportar cargas verticales soportar empujes horizontales
VINCULADOSDISTINTOS TIPOS DE VINCULOS SEGÚN LA ORGANIZACIÓN DEL SISTEMA
PARA RECIBIR Y TRANSMITIR FUERZAS
NO MOVERSENO ROMPERSENO DEFORMARSE
• INDIFERENCIADO• DIFERENCIADO• MIXTO
TIPOS ESTRUCTURALES
ESTABLEINDIFERENTEINESTABLE
EQUILIBRIO
RESUMIENDO
3
ANALISIS ESTRUCTURAL
ESTATICA(sólidos IDEALES)
RESISTENCIA DE MATERIALES(sólidos REALES)
VER POR DENTRO
VER POR FUERA
EQUILIBRIO ESTATICO O EXTERNO
EQUILIBRIO ELASTICO O INTERNO
Σ FUERZAS = 0Σ MOMENTOS = 0
Σ FUERZAS EXTERIORES = Σ
FUERZAS INTERIORES
ACCIONESREACCIONESa nivel Molecular
ACCIONESREACCIONESa nivel organización
• COMPRESION• TRACCION• CORTE
• TORSION• FLEXION
CARGASESTATICAS
DINAMICAS
TENSION FUERZA / SUPERFICIE[Kg/cm2] – [Tn/m2]
• EQUILIBRIO ESTABLE• RESISTENCIA• EFICIENCIA
REQUERIMIENTOS DE LA ESTRUCTURA
…YA QUE ESTAMOS RESUMIENDO
4
PRODUCIDO POR FUERZAS
PRODUCIDO POR CUPLAS
ESTRUCTURAS 2º PARTE
LOS TEMAS QUE DEBE RESOLVER UNA ESTRUCTURA SON:
1. Cubrir luces2. Transmitir las cargas al
suelo 3. Resistir empujes
horizontales EQUILIBRIO ESTABLECumpliendo las
condiciones establecidas en la clase
previa
RESISTENCIA
EFICIENCIA
Analicemos entonces como
logramos:
1. Cubrir luces2. Transmitir
las cargas al suelo
3. Resistir empujes horizontales
MAT
ERIA
LES
1er problema:
CUBRIR LUCES
C
UB
RIR
LU
CES
CU
BR
IR L
UC
ES
C
UB
RIR
LU
CES
Los tipos estructurales empleados para cubrir luces (Según el esfuerzo al que trabajan)
• Estructuras Traccionadas
• Estructuras Comprimidas
• Estructuras Flexionadas
C
UB
RIR
LU
CES
CU
BR
IR L
UC
ES
C
UB
RIR
LU
CES
• Estructuras Flexionadas
C
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RIR
LU
CES
CU
BR
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UC
ES
C
UB
RIR
LU
CES
C
UB
RIR
LU
CES
CU
BR
IR L
UC
ES
C
UB
RIR
LU
CES
• Estructuras Flexionadas
2º alternativa para equilibrar
Condición inicial ( F x D = f x d)
Cambio uno de los términos y se rompe la igualdad.
1º alternativa para equilibrar
Aumento el brazo de palanca “d” Aumento la resistencia del material o sea la fuerza que puede oponer “f”
• Estructuras Flexionadas
Vigas ( elementos lineales) de distintos materiales
• Estructuras FlexionadasLosas ( elementos planos) de distintos tipos
Viguetas Con molón cerámico Con molón de Hº Cº
Hormigonado de la capa de compresiónLosa maciza
Losa casetonada en dos direcciones
Losa nervurada (en una direccion)
forma
materialluz
Los elementos mas comunes son:LINEALES: vigas
(macizas, compuestas, reticuladas)
PLANOS: losas(macizas, alivianadas, Pi,
Ypsilon…)
C
UB
RIR
LU
CES
CU
BR
IR L
UC
ES
C
UB
RIR
LU
CES
• Estructuras Flexionadas
C
UB
RIR
LU
CES
CU
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UC
ES
C
UB
RIR
LU
CES
• Estructuras Flexionadas
C
UB
RIR
LU
CES
CU
BR
IR L
UC
ES
C
UB
RIR
LU
CES
• Estructuras Flexionadas
• Bóvedas, cúpulas.
• Arcos.
Superficies generadas por traslación o rotación de arcos
Acueducto de Segovia
C
UB
RIR
LU
CES
CU
BR
IR L
UC
ES
C
UB
RIR
LU
CES
• Estructuras Comprimidas
• Estructuras Comprimidas
C
UB
RIR
LU
CES
CU
BR
IR L
UC
ES
C
UB
RIR
LU
CES
• Estructuras Traccionadas
Un edificio destacable con una característica forma de catenaria es la antigua Reserva Federal de Minneapolis. El diseño es del arquitecto de origen letón Gunnar Birkerts e imita un puente colgante. Consiste básicamente en dos grandes estructuras laterales de hormigón separadas 100 metros una de la otra que sirven de soporte en las que se anclan dos inmensos cables de los que cuelga un edificio de 11 pisos. Los cables adoptan una forma de curva catenaria que se reproduce en la fachada para resaltar el sistema constructivo empleado.
C
UB
RIR
LU
CES
CU
BR
IR L
UC
ES
C
UB
RIR
LU
CEShttp://en.wikipedia.org/wiki/Gunnar_Birkerts
• Estructuras Traccionadas
COLGADAS• Utilizar cables para colgar
elementos que cierren espacios.
LAMINAS TRACCIONADAS
INFLADAS
C
UB
RIR
LU
CES
CU
BR
IR L
UC
ES
C
UB
RIR
LU
CES
• Estructuras Traccionadas
• Estructuras de Mampuestos
• Estructuras de chapa de acero o fibrocemento
• Cubrir luces• Transmitir las cargas
al suelo• Resistir empujes
horizontales
LOS PROBLEMAS PRINCIPALES DE UNA ESTRUCTURA M
ATER
IALE
S
2º problema:
TRANSMITIR LAS CARGAS AL SUELO
TR
AN
SMIT
IR L
AS
CA
RG
AS
AL
SUEL
O
TRA
NSM
ITIR
LA
S C
AR
GA
S A
L SU
ELO
Los elementos mas comunes son:
PLANOS: muros, pantallas.
LINEALES: columnas.
Estos elementos trabajan básicamente a COMPRESIÓN
TR
AN
SMIT
IR L
AS
CA
RG
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AL
SUEL
O
TRA
NSM
ITIR
LA
S C
AR
GA
S A
L SU
ELO
Estabilidad y resistencia de los elementos comprimidos
TR
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SMIT
IR L
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CA
RG
AS
AL
SUEL
O
TRA
NSM
ITIR
LA
S C
AR
GA
S A
L SU
ELO
EL PANDEO:En los elementos estructurales largos y delgados (esbeltos) sometidos a compresión, cuando aumenta la carga, llega un punto en que, en lugar de limitarse a acortar su longitud, “pandea”, o sea que se curva lateralmente.
Depende de:• El material que lo constituye• Los vínculos en sus extremos• La esbeltez del elemento T
RA
NSM
ITIR
LA
S C
AR
GA
S A
L SU
ELO
TR
AN
SMIT
IR L
AS
CA
RG
AS
AL
SUEL
O
Puede pandear todo elemento comprimido
Ciertos materiales pandean menos que otros.
Los empotrados pandean menos que articulados.
Pandean menos los elementos robustos que los esbeltos.
Los de mayor sección en los dos sentidos pandean menos.Lo mismo aquellos que tienen el material mas lejos del eje de la pieza T
RA
NSM
ITIR
LA
S C
AR
GA
S A
L SU
ELO
TR
AN
SMIT
IR L
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CA
RG
AS
AL
SUEL
O
ArticulaciónEmpotramiento
AluminioAcero
• Cubrir luces• Transmitir las cargas
al suelo• Resistir empujes
horizontales
LOS PROBLEMAS PRINCIPALES DE UNA ESTRUCTURA M
ATER
IALE
S<<
3er problema:
RESISTIR LOS EMPUJES HORIZONTALES
RES
ISTI
R L
OS
EMPU
JES
HO
RIZ
ON
TALE
S R
ESIS
TIR
LO
S EM
PUJE
S H
OR
IZO
NTA
LES
FINFINFIN
FINFINFINFIN
FINFINFIN
FINFINFIN
FINFINFINFIN
FINFINFIN
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FINFINFINFIN
FINFINFIN
1er problema:
CUBRIR LUCES
C
UB
RIR
LU
CES
CU
BR
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UC
ES
C
UB
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LU
CES
Los tipos estructurales Según el esfuerzo al que trabajan.
• Estructuras Traccionadas
• Estructuras Comprimidas
• Estructuras Flexionadas
C
UB
RIR
LU
CES
CU
BR
IR L
UC
ES
C
UB
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LU
CES
F
P
D
dff
F
F
D
dff
F
F
D
f
f
F
F
D
df
f
F x D =
F x D
F x D = f x d
F x D = f x d
f x d
d
f x d
2º alternativa para equilibrar:
1º alternativa para equilibrar:
ESTRUCTURAS FLEXIONADAS
C
UB
RIR
LU
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CU
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2º problema:
TRANSMITIR LAS CARGAS AL SUELO
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SUEL
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Estabilidad y resistencia de los elementos comprimidos
TR
AN
SMIT
IR L
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SUEL
O
TRA
NSM
ITIR
LA
S C
AR
GA
S A
L SU
ELO
Puede pandear todo elemento comprimido
Ciertos materiales pandean menos que otros.
Los empotrados pandean menos que articulados.
Pandean menos los elementos robustos que los esbeltos.
Los de mayor sección en los dos sentidos pandean menos.Lo mismo aquellos que tienen el material mas lejos del eje de la pieza T
RA
NSM
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ELO
TR
AN
SMIT
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O
ArticulaciónEmpotramiento
AluminioAcero
3er problema:
RESISTIR LOS EMPUJES HORIZONTALES
RES
ISTI
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OS
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JES
HO
RIZ
ON
TALE
S R
ESIS
TIR
LO
S EM
PUJE
S H
OR
IZO
NTA
LES
• Cubrir luces• Transmitir las cargas
al suelo• Resistir empujes
horizontales
LOS PROBLEMAS PRINCIPALES DE UNA ESTRUCTURA M
ATER
IALE
S
…empuje del viento,
…movimientos del suelo,
Origen:
La inercia del edificio a quedarse en su sitio cuando se mueve el suelo por sismo.
Viento, cargas apoyadas en el edificio
RES
ISTI
R L
OS
EMPU
JES
HO
RIZ
ON
TALE
S R
ESIS
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LO
S EM
PUJE
S H
OR
IZO
NTA
LES
Lo que produce el daño no es la velocidad, sino el cambio de ésta, es decir la aceleración o la desaceleración
PRINCIPIO DE INERCIATodo cuerpo presenta una reacción a cambiar su estado de movimiento ( si está en movimiento uniforme a ser detenido; si está en reposo a moverse) esta reacción es directamente
proporcional a la masa del cuerpo.
RES
ISTI
R L
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HO
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LO
S EM
PUJE
S H
OR
IZO
NTA
LES
Al ponerse el terreno en movimiento por el sismo de manera brusca y oscilatoria, la totalidad y cada una de las partes del edificio “reacciona” oponiéndose al movimiento
con una fuerza proporcional a su masa y de sentido contrario al movimiento del terreno
RES
ISTI
R L
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LO
S EM
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OR
IZO
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LES
MVMV
MVMVME
MV = E x d
ME = P x d
ME
MV
ANÁLISIS ESTÁTICO
EE
ReRe
Re
E
P P
PP
Rp Rp
RpRp
Rp
P
P
Rp
MV
E
Re
d
d
MOMENTO DE VUELCO
MOMENTO ESTABILIZADOR
MV = E x d MOMENTO DE VUELCO
Sistema de fuerzas en equilibrio P = RP
La pieza está sometida a comprensión y la tensión se distribuye en toda la sección en forma uniforme.
RES
ISTI
R L
OS
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JES
HO
RIZ
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TALE
S R
ESIS
TIR
LO
S EM
PUJE
S H
OR
IZO
NTA
LES
Analicemos las distintas situaciones:
MVMV
MVMVME
MV = E x d
ME = P x d
ME
MV
ANÁLISIS ESTÁTICO
EE
ReRe
Re
E
P P
PP
Rp Rp
RpRp
Rp
P
P
Rp
MV
E
Re
d
d
MOMENTO DE VUELCO
MOMENTO ESTABILIZADOR
MV = E x d MOMENTO DE VUELCO
El momento de vuelco
aumenta con: • La fuerza del empuje• La altura del edificio
El momento de vuelco se modificará si lo hace la fuerza,
en este caso el empuje horizontal
(E) o la distancia (d) que en este caso varía con el punto de aplicación, que
tiene relación con la altura del edificio.
RES
ISTI
R L
OS
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LO
S EM
PUJE
S H
OR
IZO
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LES
MVMV
MVMVME
MV = E x d
ME = P x d
ME
MV
ANÁLISIS ESTÁTICO
EE
ReRe
Re
E
P P
PP
Rp Rp
RpRp
Rp
P
P
Rp
MV
E
Re
d
d
MOMENTO DE VUELCO
MOMENTO ESTABILIZADOR
MV = E x d MOMENTO DE VUELCO
El momento estabilizador aumenta con: • El peso del edificio
• El ancho de su base.
Sumatoria de fuerzas ( una horizontal
y una vertical) según sea la relación de
magnitud entre ambas, será la inclinación de la
resultante, si esta se desvía y su recta de
accion sale fuera de la base…..”patapumbate!!”
.
RES
ISTI
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S R
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LO
S EM
PUJE
S H
OR
IZO
NTA
LES
Perdida del equilibrio
Rotura del material
Equilibrio de fuerzas y momentos exteriores. å F = 0 M = 0.
EQUILIBRIO ESTÁTICO O EXTERNO
Equilibrio entre fuerzas exteriores e interiores.
EQUILIBRIO ELÁSTICO O INTERNO
ESTÁTICA
RESISTENCIA DE MATERIALES RES
ISTI
R L
OS
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HO
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ON
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S R
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LO
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S H
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LES
MVMV
MVMVME
MV = E x d
ME = P x d
ME
MV
ANÁLISIS ESTÁTICO
EE
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P P
PP
Rp Rp
RpRp
Rp
P
P
Rp
MV
E
Re
d
d
MOMENTO DE VUELCO
MOMENTO ESTABILIZADOR
MV = E x d MOMENTO DE VUELCO
RES
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LO
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MVMV
MVMVME
MV = E x d
ME = P x d
ME
MV
ANÁLISIS ESTÁTICO
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Rp Rp
RpRp
Rp
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d
d
MOMENTO DE VUELCO
MOMENTO ESTABILIZADOR
MV = E x d MOMENTO DE VUELCO
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MV = E x d
ME = P x d
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MV
ANÁLISIS ESTÁTICO
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Rp Rp
RpRp
Rp
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MOMENTO DE VUELCO
MOMENTO ESTABILIZADOR
MV = E x d MOMENTO DE VUELCO
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MV MV
ME ME
RESISTENCIA DE MATERIALES
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MV MV
ME ME
RESISTENCIA DE MATERIALES
RES
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R L
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LO
S EM
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S H
OR
IZO
NTA
LES
EMPUJES HORIZONTALES
VIENTO SISMOMOMENTO DE VUELCO aumenta con:
MOMENTO ESTABILIZADOR aumenta con:• Peso del edificio• Amplitud de la base
• Aceleración producida por el sismo;
• Masa del edificio;• Geometría: Altura (punto de
aplicación )
• Peso del edificio• Amplitud de la base
• Fuerza del viento;• Geometría: planos
expuestos;• Geometría: Altura (punto de
aplicación )
RES
ISTI
R L
OS
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JES
HO
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S R
ESIS
TIR
LO
S EM
PUJE
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OR
IZO
NTA
LES
• Cubrir luces• Transmitir las cargas
al suelo• Resistir empujes
horizontales
LOS PROBLEMAS PRINCIPALES DE UNA ESTRUCTURA M
ATER
IALE
S<<
EQUILIBRIO ELÁSTICO O INTERNO Equilibrio de fuerzas exteriores con
fuerzas interiores.
LAS CONDICIONES MÍNIMAS SON:2 PLANOS PARALELOS,
1 PERPENDICULAR Y 1 PLANO QUE LOS VINCULE.
EQUILIBRIO ESTÁTICO O EXTERNO Equilibrio de fuerzas y momentos.
å F = 0 ; M = 0.
F = 0 (en 2 direcciones)
M = 0.
LOS PLANOS DEBEN RESISTIR LAS TENSIONES
LOS MUROS RESISTEN CARGAS VERTICALES PORQUE:• La mampostería resiste a la compresión (dentro de sus
límites) • Tiene trabas
LOS MUROS NO RESISTEN EMPUJES HORIZONTALES PORQUE:• La mampostería no resiste a la tracción• Las hiladas son horizontales
LOS PLANOS DEBEN RESISTIR LAS TENSIONES
• Necesitan agregados que trabajen a tracción
Muros, pantallas, pórticos (biarticulados o triarticulados)
LOS PLANOS DEBEN RESISTIR LAS TENSIONES
• Cubrir luces• Transmitir las cargas
al suelo• Resistir empujes
horizontales
LOS PROBLEMAS PRINCIPALES DE UNA ESTRUCTURA M
ATER
IALE
S
Pórtico triarticulado:Soporta fuerzas en el plano
Pórtico triarticulado:NO soporta fuerzas perpendiculares
Cargas vert.
Fuerz.horiz.
Cubrir luces
Articulación móvil
Articulación fija
Empotramiento
FINFINFIN
FINFINFINFIN
FINFINFIN
FINFINFIN
FINFINFINFIN
FINFINFIN
FINFINFIN
FINFINFINFIN
FINFINFIN
MVMV
MVMVME
MV = E x d
ME = P x d
ME
MV
ANÁLISIS ESTÁTICO
EE
ReRe
Re
E
P P
PP
Rp Rp
RpRp
Rp
P
P
Rp
MV
E
Re
d
d
MOMENTO DE VUELCO
MOMENTO ESTABILIZADOR
MV = E x d MOMENTO DE VUELCO
Desequilibrio
Rotura del material