Capítulo 05: Análisis de estructuras

Capítulo 05: Análisis de estructuras

5.a.Diseño de estructuras
Objetivos Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición Criterios Estructura resistente y la configuración de detalles Conexiones Uniones Capítulo 05: Análisis de estructuras Duración presentación: XX minutos

Objetivos Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Estudiaremos en esta presentación las oportunidades junto a las ventajas que un edificio en acero ofrece a los arquitectos. En esta definición las variables económicas y funcionales pueden ser fundamentales para la adopción de esta forma de construcción. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. La naturaleza del material Antes de plantear las ventajas hay que considerar cuatro cualidades de la construcción en acero que están presentes desde los inicios de su uso para la realización de diferentes objetivos arquitectónicos y que continúan ofreciendo a los diseñadores grandes oportunidades en el futuro. La naturaleza del material El acero es más resistente que ningún otro material utilizado en la construcción y, además se le puede dar forma para optimizar la resistencia a cada uso estructural específico; vigas a flexión como las viga de entramado de la Ockens house, tubos a compresión como en el sistema ramificado del Aeropuerto de Stuttgart o cables a tracción como en la cubierta de la Banca Popolare di Lodi, permitiendo resistir las cargas con un mínimo de material. La resistencia del acero combinada con un alto modulo de elasticidad y secciones eficientes, permiten largas luces con columnas relativamente delgadas, es decir grandes libertades al proyectista. Ockens house (1978) Glenn Murcutt Aeropuerto de Stuttgart (1990) Von Gerkan, Marg und Partner Banca Popolare di Lodi (1998) Renzo Piano Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. La naturaleza del material La claridad de la función estructural y la jerarquía de los componentes La claridad de la función estructural y la jerarquía de los componentes Las vigas primarias y secundarias, las columnas y los arriostramientos son elementos que en una estructura de acero son diferenciables, debiendo estar en armonía con los objetivos arquitectónicos, que apuntan a lograr claridad en todos los aspectos del diseño de un edificio. En el Instituto CIM de Schulitz and Partner, se puede apreciar esta jerarquización entre las diferentes estructuras, disponiéndolas cada una en un plano diferente. Por ejemplo, en la imagen de la derecha, un primer plano con los pilares, un segundo plano con los arriostramientos, un tercer plano con las circulaciones, un cuarto plano con las instalaciones y un último plano con el cerramiento, todos ellos distinguibles en su unidad y su relación con los otros. Instituto CIM, Alemania (1992) Schulitz and Partner Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. La naturaleza del material La claridad de la función estructural y la jerarquía de los componentes La separación funcional entre la estructura y el revestimiento La separación funcional entre la estructura y el revestimiento Realizando una asociación con el cuerpo humano, la estructura es el esqueleto y el revestimiento es la piel, de manera tal que al igual que en el cuerpo humano pueden cumplir con funciones diferentes y por ende, estar separados. El acero permite la reducción de la estructura, frente a otros materiales, dada su resistencia. Reducción tanto en la cantidad de elementos como en sus secciones, otorgando grandes libertades al arquitecto para explorar la relación entre ambos. En el atrio central de la nueva Feria de Leipzig de Von Gerkan and Marg Partner, como se ve en la figura de la derecha, una bóveda reticulada compuesta por perfiles tubulares y el sistema de soporte de la fachada vidriada cuelga de unos gigantescos arcos. La estructura primaria de los arcos esta claramente separada de la estructura secundaria de la bóveda. Atrio central nueva Feria de Leipzig, Alemania (1996) von Gerkan, Marg and Partner Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. La naturaleza del material La claridad de la función estructural y la jerarquía de los componentes La separación funcional entre la estructura y el revestimiento La exactitud de la fabricación y de su montaje La exactitud de la fabricación y de su montaje Permite y estimula la claridad y precisión de los detalles arquitectónicos, compatibles con los revestimientos metálicos y acristalamientos, como una expresión de la claridad de las intenciones arquitectónicas y de ejecución. El Pabellón de Ferias en Hannover de von Gerkan, Marg and Partner posee unas vigas Pauli (viga lenticular) particulares dada la especialización de los elementos. El cordón inferior que trabaja a tracción y las diagonales son cables y el cordón superior que trabaja a compresión y los montantes son tubulares redondos. El encuentro entre ambos (cables y tubulares) que entraña una dificultad evidente, es resuelto mediante uniones articuladas y apernadas, como se puede ver en las figuras centrales Pabellón de Ferias en Hannover (1996) von Gerkan, Marg and Partner Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Introducción Introducción La elección apropiada de un sistema estructural para el arquitecto, depende de los requerimientos funcionales y espaciales. Hay varias posibles soluciones estructurales para crear un espacio, aunque el objetivo básico de un diseño estructural, es lograr la rigidez y estabilidad del edificio con un costo razonable de construcción y mantención. Para ello tenemos que conocer los principios de comportamiento de un elemento simple y que ocurre cuando estos componentes se relacionan en un sistema estructural complejo. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Estrategia general Objetivos del proyecto Análisis Síntesis Evaluación La estrategia general está compuesta por los siguientes puntos: a._ Objetivos del proyecto: reconocer los problemas existentes para definir claramente los alcances del proyecto. b._ Análisis: buscar acerca del problema e investigar la información relevante acerca de él. c._ Síntesis: plantear posibles soluciones para el problema. d._ Evaluación: decidir y refinar la mejor solución estableciendo claras prioridades para el proyecto en términos de fabricación, construcción, operación y mantenimiento. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. La toma de decisiones La toma de decisiones Esta estrategia general es ciertamente una secuencia no lineal de preguntas y respuestas. En un proyecto es muy complejo tomar en cuenta todos los factores con una misma valorización, por lo que es necesario establecer una clara y a la vez flexible jerarquía entre ellos. Además, todos estos factores son interdependientes en mayor o menor medida. Es por esto que un proyecto se desarrolla con una gran cantidad de pasos y retornos a estados previos, en cada nuevo estado de avance. La elección no es sencilla ya que algunas decisiones dependen de factores cuantitativos y otras están basadas en juicios cualitativos. Se debe explorar todos los factores y combinaciones para la comprensión del proyecto desde la idea hasta el detalle. Cada una de las combinaciones no está libre de contradicción, de manera tal que la elección de una de las posibilidades es en definitiva la elección de un complejo balance. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. El proceso de un proyecto El proceso de un proyecto El punto de partida del análisis lo realiza el arquitecto desde sus nociones preconcebidas, las cuales pueden están referenciadas en otras disciplinas tales como la mecánica, la aeronáutica, la biología o la imaginación visual. En la síntesis se revela la flexibilidad del arquitecto para asimilar críticamente las nuevas ideas, libre de preconcepciones. Es útil durante las suposiciones iniciales del proyecto, visualizar el posible sistema estructural, marcos, planos, membranas y el material que es compatible con la forma del espacio propuesto. Esto se basa en las experiencias previas de la construcción actual, una comprensión de la teoría estructural y del medioambiente y la disponibilidad de materiales y las habilidades de la mano de obra disponible. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Las escalas de un proyecto a. Escala volumétrica: la imagen del proyecto completo Las escalas de un proyecto Un edificio es proyectado y diseñado en una variedad de escalas. Para comprender y apreciar todas las escalas se tiene que actuar desde el ensamble de partes y el detalle. El orden de las escalas, que lo veremos en el Centro de Artes Visuales de Sainsbury, de Norman Foster, es el siguiente: La Escala Volumétrica: la imagen del proyecto completo Centro de Artes Visuales de Sainsbury (1978) Norman Foster Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Las escalas de un proyecto b. Escala estructural: el sistema estructural Equilibrio Estabilidad Resistencia Funcionalidad Economía La Escala Estructural Una estructura arquitectónica es producto de un conjunto de elementos que se interrelacionan. La función de la estructura es, por sobre todas las cosas, resistir a las solicitaciones a las que es sometida una construcción y conducir estos esfuerzo hasta el suelo. Un sistema estructural nace de la materialización del esquema estructural y esta concepción es previa al dimensionamiento y el calculo. Según el concepto arquitectónico global, la estructura portante puede ser evidenciada en su expresión o puede ser ocultada tras la envolvente. Las exigencias básicas de una estructura son: el equilibrio, la estabilidad, la resistencia, la funcionalidad y la economía El equilibrio es cuando una estructura no sufre alteración siendo que hay fuerzas actuando sobre ella, debiendo garantizarse que el total o una de las partes de la estructura no se moverá o se moverá dentro de rangos admisibles. La estabilidad tiene relación con los cimientos de una estructura y en como su mediación entre el edificio y el suelo no permite un movimiento que comprometa la estabilidad del total. La resistencia de una estructura apunta a su capacidad de resistir en su totalidad y en sus partes a las solicitaciones a las que es sometida. La funcionalidad tiene relación con la influencia de la estructura con la finalidad del edificio construido. La economía en todo proyecto es fundamental dado que siempre es necesario atenerse a un presupuesto general. Centro de Artes Visuales de Sainsbury (1978) Norman Foster Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Las escalas de un proyecto c. Escala módulo: una grilla de columnas La Escala del Módulo: el proyecto se compone de una repetición de un objeto, un elemento o unas medidas. En el caso del Centro de Artes Visuales un marco estructural compuesto por vigas prismáticas se repite 37 veces. Centro de Artes Visuales de Sainsbury (1978) Norman Foster Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Las escalas de un proyecto d. Escala elemento: la viga o la columna La Escala del Elemento: en el Centro de Artes Visuales la viga y la columna son elementos prismáticos compuestos por perfiles tubulares redondos. La profundidad del elemento estructural es de 2,40 metros, generando una zona donde se pueden alojar una serie de servicios. Centro de Artes Visuales de Sainsbury (1978) Norman Foster Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Las escalas de un proyecto e. Escala de ensamble: la manera de conectar los elementos La Escala del Ensamble: la manera de conectar los elementos. En las dos axonométricas explotadas, se muestra la relación entre el cerramiento de paredes y cubierta y el entramado de la estructura. Los paneles de cubierta y pared son intercambiables y pueden ser fijados indistintamente en diferentes posiciones, ya que todos trabajan con una misma modulación. Cada panel es fijado a la subestructura mediante 6 pernos y la subestructura es fijada con 4 pernos a placas de sujeción del gran marco, como se ve en la figura de la izquierda. Centro de Artes Visuales de Sainsbury (1978) Norman Foster Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Las escalas de un proyecto f. Escala detalle: el encuentro entre la viga y la columna La Escala del Detalle: por ejemplo el detalle de la base de la columna o de parte de una cercha o del encuentro entre viga y columna Centro de Artes Visuales de Sainsbury (1978) Norman Foster Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Las escalas de un proyecto g. Escala de la textura: la apariencia de la superficie La Escala de la Textura: se refiere a la apariencia de la superficie. El Centro de Artes Visuales cuenta con un cerramiento exterior y uno interior. El cerramiento exterior es un panel de chapa metálica de 1,80 x 1,20 mts. que puede ser macizo, vidriado o con persianas para permitir la ventilación. El cerramiento interior está compuesto por una persiana metálica regulable. Centro de Artes Visuales de Sainsbury (1978) Norman Foster Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Las escalas de un proyecto h. Escala puntual: la cabeza de un perno sobre una chapa Y por último la Escala Puntual: esta escala es la menor y se concentra principalmente en las fijaciones y su intervención en el diseño. Todos los elementos de esta escala representan una oportunidad para la expresión arquitectónica. Por ejemplo la cabeza del perno que queda a la vista sobre una chapa y su ordenación respecto de otros pernos. En el caso del Centro de Artes Visuales las fijaciones quedan ocultas y mas que las fijaciones lo que queda a la vista es la separación entre los paneles, la junta de neopreno y la subestructura. Centro de Artes Visuales de Sainsbury (1978) Norman Foster Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Las solicitaciones a la estructura cargas estáticas /cargas dinámicas Las solicitaciones a la estructura Una estructura es diseñada para resistir la peor combinación de fuerzas aplicadas durante su vida útil. La determinación de las cargas a las que se somete una estructura es un problema de compleja resolución ya que además de variar de proyecto a proyecto, estas también pueden variar con el tiempo. Existen cargas del tipo estático y del tipo dinámico. Las cargas estáticas no varían con el tiempo y constituyen la base para el diseño de una estructura. Las cargas dinámicas son aquellas que varían con rapidez o solicitan a la estructura de manera brusca. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Las solicitaciones a la estructura cargas estáticas /cargas dinámicas a. Las cargas muertas Los principales tipos de carga son: Las cargas muertas son las cargas asociadas a la gravedad y está relacionada con el material y la densidad de su masa. Una de las paradojas de estas cargas es que para proyectar una estructura se tiene que conocer la carga muerta, pero para conocer la carga muerta, a su vez se tiene que proyectar la estructura. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Las solicitaciones a la estructura cargas estáticas /cargas dinámicas a. Las cargas muertas b. Las cargas vivas Las cargas vivas son las cargas asociadas a las diferentes actividades y usos que acoge un edificio. Las cargas son uniformemente repartidas por unidad de área y su principal influencia es en el diseño de cubiertas y losas, las estructuras que los sostienen y las fundaciones. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Las solicitaciones a la estructura cargas estáticas /cargas dinámicas a. Las cargas muertas b. Las cargas vivas c. Las cargas de la cubierta Las cargas de la cubierta están asociadas a las sobrecargas por su mantenimiento y la nieve. En los casos en que la cubierta tiene un perfil irregular con cambios abruptos de la geometría se pueden incrementar las cargas locales. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Las solicitaciones a la estructura cargas estáticas /cargas dinámicas a. Las cargas muertas b. Las cargas vivas c. Las cargas de la cubierta d. Las cargas del viento Las cargas del viento están relacionadas con el emplazamiento y la exposición. La distribución de la presión es bastante compleja. Los muros y las cubiertas pueden estar sometidos a presiones positivas o negativas dependiendo de la dirección del viento, de las dimensiones y la forma del edificio. Normalmente los más vulnerables son los revestimientos o los cerramientos vidriados. En el gráfico se puede ver el perfil del edificio expuesto a un viento que viene de izquierda a derecha. La superficie vertical que enfrenta el viento es presionada (presión positiva), la superior y posterior son succionadas (presión negativa). Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Las solicitaciones a la estructura cargas estáticas /cargas dinámicas a. Las cargas muertas b. Las cargas vivas c. Las cargas de la cubierta d. Las cargas del viento e. Las cargas dinámicas Las cargas dinámicas son aquellas que se aplican a una estructura, a menudo acompañada de cambios repentinos de intensidad y posición. Bajo la acción de una carga dinámica, la estructura desarrolla fuerzas inerciales y su deformación máxima no coincide necesariamente con la intensidad de las fuerzas. Entre los agentes de estas cargas encontramos las grúas en movimiento, los vehículos o, como podemos ver en la figura, la vibración que provoca la oscilación de las maquinas de aire acondicionado, pudiendo causar daños en la estructura si no están aisladas. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Las solicitaciones a la estructura cargas estáticas /cargas dinámicas a. Las cargas muertas b. Las cargas vivas c. Las cargas de la cubierta d. Las cargas del viento e. Las cargas dinámicas f. Las cargas sísmicas Las cargas sísmicas las cargas de los terremotos pueden tener catastróficas consecuencias en las estructuras, requiriendo especiales consideraciones. Los movimientos sísmicos no corresponden a fuerzas de acción directa en la estructura. Durante un terremoto, el movimiento que es caótico, se transmite al edificio a través de las fundaciones induciendo a desplazamiento dinámicos y variables de la estructura. La rigidez y la masa de la estructura determinan su período el cual varía dependiendo del movimiento del sismo. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Principios estructurales para el acero Secuencia de diseño estructural de un edificio de entramado a. Forma de la estructura b. Diseño estructural c. Consideraciones de las uniones d. Optimización del diseño Principios estructurales para el acero Un sistema estructural tiene que ser considerado como una unidad completa que asegura una estabilidad y una adecuada resistencia y rigidez para resistir las cargas proyectadas. Sin embargo, una vez establecida la distribución de las fuerzas, los elementos estructurales individuales pueden ser considerados aisladamente en orden a determinar su forma y medida. Este principio básico es el mismo para estructuras pequeñas o rascacielos. a._ Forma de la estructura b._ Diseño estructural c._ Consideraciones de las uniones d._ Optimización del diseño Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Principios estructurales para el acero Secuencia de diseño estructural de un edificio de entramado a. Forma de la estructura Forma de la estructura El proyecto se inicia proponiendo una serie de sistemas de estructuras portantes, reconociendo las necesidades, una adecuada resistencia y la rigidez a las fuerzas aplicadas. Luego se identifican los recorridos de las fuerzas en el modelo estructural, desde la cubierta hasta las fundaciones buscando mantener el equilibrio de dicha estructura y dibujando las posibles deformaciones del sistema, permitiéndonos comprender la acción de las cargas. Finalmente, determinar los tipos de esfuerzos a los que se someten los diferentes elementos; tracción, compresión, flexión y torsión. Esto tiene implicaciones en el dimensionamiento y la forma de cada elemento y también influencia en el concepto de diseño. Las dimensiones de los elementos estructurales son estimadas en base a simples criterios, tales como luz versus altura. En la figura se puede ver el caso de una estructura simple compuesto por 4 marcos iguales unidos por vigas en la cubierta y con arriostramientos en la fachada y en la cubierta. La primera solicitación es la carga repartida de la cubierta, graficándose como ellas flexionan las vigas. A continuación esta carga se conduce a través de los marcos lo cuales se descomponen en viga y columna. La viga se flecta y la columna se comprime. Dado que la unión entre viga y columna es rígida, la columna también se flexiona. La cubierta tiene un arriostramiento en cruz que trabaja a la tracción, en cambio el arriostramiento vertical que es una diagonal, trabaja a tracción y a compresión. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Principios estructurales para el acero Secuencia de diseño estructural de un edificio de entramado a. Forma de la estructura Predimensionado En el cuadro se muestra algunas dimensiones aproximadas de elementos tomando como variable la forma del elemento y la luz que cubre, indicándose la altura de dicho elemento. Por ejemplo una viga de entramado que cubre unos 30 metros de luz tendría que tener una altura de entre 3,00 y 4,50 metros. Hay que tomar en cuenta que el predimensionado nos entrega dimensiones aproximadas de un elemento sin tomar en cuenta lo específico del proyecto siendo de gran ayuda en la etapa de anteproyecto y con la salvedad de que no reemplaza el calculo estructural. Fuente: Pfenniger, Borgheresi, Arquitectura y acero 2002 ICHA Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Principios estructurales para el acero Secuencia de diseño estructural de un edificio de entramado a. Forma de la estructura b. Diseño estructural Diseño estructural El análisis detallado, que es llevado a cabo por el ingeniero bajo supervisión del arquitecto, permite el cálculo de vigas y columnas, tomando en cuenta otras variables como el corte y la flecha de los elementos, afectando el dimensionamiento de dichos elementos. Para estructuras complicadas se utiliza normalmente programas computacionales, para modelar la estructura completa, junto con las combinaciones de las cargas. Sin embargo, hay que tener la claridad de que este trabajo repetitivo de cálculo, en el estado de detalle del diseño, no substituye el pensamiento claro y creativo de las primeras etapas. En la figura se pueden ver los diagramas de los dos elementos principales de la construcción, la viga y el marco. Capítulo 05: Análisis de estructuras

a b 5.a.Diseño de estructuras Objetivos.
Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Principios estructurales para el acero Secuencia de diseño estructural de un edificio de entramado a. Forma de la estructura b. Diseño estructural a b En el caso de la viga, y a diferencia de una viga simplemente apoyada, se puede ver que es un elemento continuo entre los 4 apoyos reduciendo la altura necesaria de la viga. Una viga simplemente apoyada sometida a una carga uniforme concentra los momentos en su punto medio. En el caso de una viga continua los momentos se reparten a lo largo de ella, como se ve en la figura b de la izquierda, tanto en los puntos medios como en los apoyos, de allí la reducción de su altura en comparación con una misma viga simplemente apoyada sometida a las mismas cargas, como se ve en la figura a de la izquierda. El diagrama del marco nos muestra que los apoyos son rotulados y no existe transferencia de momentos y que los nudos son rígidos, existiendo transferencia de momentos. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Principios estructurales para el acero Secuencia de diseño estructural de un edificio de entramado a. Forma de la estructura b. Diseño estructural c. Consideraciones de las uniones Consideraciones de las uniones En el proceso de diseño estructural se desarrollan diagramas particulares de conjuntos de elementos que nos llevan a detallar uniones. Cuando surgen fallas en los entramados estas se aducen normalmente a una pobreza en el diseño de la unión, el uso inadecuado de una conexión o a una falta de integración con el total del edificio. El detalle de las uniones y conexiones hace necesaria la revisión de las dimensiones de los elementos ya que por ejemplo, si se usan pernos, estos tienen que tener un distanciamiento entre ellos. Claramente la estandarización de los elementos y sus uniones producen economías y reducen los errores durante la fabricación y el montaje. En la figura se puede ver el detalle de la unión del pilar con el cimiento, del pilar con la viga que forma un marco y de la viga superior y su encuentro con el marco. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Principios estructurales para el acero Secuencia de diseño estructural de un edificio de entramado a. Forma de la estructura b. Diseño estructural c. Consideraciones de las uniones d. Optimización del diseño Optimización del diseño La optimización de una estructura tiene relación con la búsqueda de un uso mas eficiente del material y de los costos asociados a la producción de la estructura. A la luz de esto, la selección de un sistema estructural no se debe guiar únicamente desde la variable del peso privilegiando las estructuras livianas, dado que esto puede como no puede significar una economía. Además de los problemas de flexión, transmisión de sonido y vibración que están presentes en las estructuras livianas, es importante reconocer otros aspectos que influyen en el costo como pueden ser el tiempo de diseño, la rapidez de construcción y el mantenimiento, la vida útil de la estructura, su reutilización y re-uso. El costo de la estructura, como veremos mas adelante, es relativamente pequeño en proporción a un sistema simple, completo e integrado, sin embargo no siempre es comparable con el placer estético que producen. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. La economía de las estructuras metálicas *el costo del cerramiento es bastante variable dependiendo de la calidad de dicho cerramiento y del tipo de fenestración. (fuente: Architecture and Construction in Steel, Edited by Alan Blanc, Michael McEvoy y Roger Plank) Costos referenciales de los elementos de un edificio de una sola planta indicado en porcentaje de la obra total Estructura de acero 30% Cubierta y cerramientos* Subestructuras 25% Servicios mínimos 15% La economía de las estructuras metálicas Este es un punto de difícil respuesta ya que son muchos los factores que influyen en la definición de los costos a nivel general: el material bruto, las secciones utilizadas, la cantidad de trabajo, las terminaciones, la fabricación, la mano de obra, los gastos indirectos, el lugar, las normas y la política, tienen influencia en el costo. A continuación presentamos una tabla referencial de la proporción de costos en un edificio de una sola planta, como podría ser un supermercado o un centro comercial. Costos de los elementos de un edificio de una sola planta indicado en porcentaje de la obra total. Estructura de acero 30% cubierta y cerramientos* 30% subestructuras 25% servicios mínimos 15% *el costo del cerramiento es bastante variable dependiendo de la calidad de dicho cerramiento y del tipo de vano. (fuente: Architecture and Construction in Steel, Edited by Alan Blanc, Michael McEvoy y Roger Plank) Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Conexiones. Uniones. Vida útil Nota: los trabajos externos, fundaciones y las subdivisiones internas están excluidas. (fuente: Architecture and Construction in Steel, Edited by Alan Blanc, Michael McEvoy y Roger Plank) elemento vida útil proporción de costo inicial Estructura 50 – 60 años 15 – 30 % Cerramiento 20 – 30 años 30 – 40 % Servicios 10 – 15 años 15 – 20 % La vida útil La vida útil diferenciada de los elementos de un edificio es un factor importante a considerar durante el período de diseño. Como comparación, un supermercado tiene en promedio una vida económica de unos 15 años antes de que el edificio se desmonte, para reutilizar su estructura. En estas circunstancias, hay que reflexionar en el diseño del cerramiento exterior cuyo material puede tener una vida útil más bien corta. La siguiente tabla comparativa, de la vida útil de los diferentes componentes de un edificio solo incluye el costo inicial de la obra. Expectativas de vida útil de los elementos de un edificio elemento vida útil proporción de costo inicial estructura años % cerramientos años % servicios años % Nota: los trabajos externos, fundaciones y las subdivisiones internas están excluidas. (fuente: Architecture and Construction in Steel, Edited by Alan Blanc, Michael McEvoy y Roger Plank) Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones. Uniones. El ensamble como acción, posee en las estructuras metálicas una serie de escalas: El ensamble de componentes individuales que llegan a formar un elemento de carga, por ejemplo una viga cercha, una columna compuesta El ensamble de elementos de carga que llegan a formar una estructura resistente, por ejemplo, fundación + columna + viga + losa EL ensamble de una estructura resistente para formar una construcción completa Las partes que componen una estructura resistente, necesitan ser ensambladas para llegar a constituir una construcción completa. Cada parte posee una influencia en la otra para llegar a formar un total. El ensamble como acción, posee en las estructuras metálicas una serie de escalas: a._ el ensamble de componentes individuales que llegan a formar un elemento de carga, por ejemplo una viga cercha, una columna compuesta. b._ el ensamble de elementos de carga que llegan a formar una estructura resistente, por ejemplo, fundación+columna+viga+losa. c._ el ensamble de una estructura resistente para formar una construcción completa. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones. Uniones. El material El flujo de las fuerzas La geometría La fabricación, transporte y montaje El significado de la conexión La forma Los criterios más importantes para ensamblar las partes de una estructura son: El material: sus parámetros y sus propiedades. El flujo de las fuerzas: fuerzas internas y externas que son transmitidas de manera directa con un mínimo de esfuerzo. La geometría: geometría y el flujo óptimo de las fuerzas son mutuamente dependientes; intersección y penetración requieren especial atención. Una sección transversal apropiada permite una configuración de los elementos estructurales La fabricación, transporte y montaje: métodos de producción y grados de prefabricación El significado de la conexión: la elección depende del respectivo material, de las cargas y del flujo de fuerzas, es decir el sistema estructural, la fabricación y el montaje. La forma: el sistema estructural elegido, el material usado, la conexión entre las partes estructurales determina la apariencia de la estructura resistente. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles Estructuras pesadas y medianas Pernos / soldadura Estructuras livianas tornillos Estructura resistente y la configuración de los detalles En términos generales el concepto de estructura resistente y la configuración de los detalles, la manera de ensamblar, es decisiva en la definición de la apariencia de la estructura terminada. En la imagen del Inmos Center de Richard Rogers se puede apreciar la jerarquización de los elementos respecto de las solicitaciones a las que están sometidos, la diferenciación de los elementos y el cuidadoso diseño de las uniones. El edificio fue pensado como un kit por partes, reduciendo a un mínimo los trabajos en obra. Para facilitar la rapidez del montaje en la obra todas las conexiones fueron detalladas con pasadores, como se ve en la figura de la izquierda. Conexiones bien diseñadas hacen visible el flujo de fuerzas, coordinan los cambios de sección de las columnas, vigas y sus subestructuras. Los principales tipos de ensamble y conexión de componentes de acero son: para estructuras pesadas y medianas los pernos y soldaduras y para estructuras livianas los tornillos. Inmos Center, Gwent, Gales del Sur (1982) Richard Rogers Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones Uniones. Pernos Ventajas: 1. Amplia gama de dimensiones y resistencia. 2. No se necesita una especial capacitación 3. No exige ambiente especial para el montaje 4. Simplicidad frente al reciclado de elementos Pernos Las ventajas de una unión con pernos son 1._ La disponibilidad de pernos con una amplia gama de dimensiones y resistencias. 2._ No se necesita una especial capacitación. 3._ No exige una cualidad especial del ambiente de trabajo durante el montaje. 4._ La simplicidad frente al reciclado de los elementos constructivos por su fácil desmontabilidad. Capítulo 05: Análisis de estructuras

a b c 5.a.Diseño de estructuras Objetivos.
Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Conexiones Uniones. a b c Pernos Los pernos pueden ser sometidos a solicitaciones de tracción axial o bien al corte. En las figuras de la fila superior se puede ver: a._ Un perno sometido a una solicitación de corte, en la figura de la izquierda. b._ La deformación de las chapas sometidas a carga debido a un espesor deficiente, en la figura del centro. c._ Supuesta distribución real y calculada de las tensiones de contacto en la perforación, en la figura de la derecha Es importante observar que según el diámetro de los pernos, el nivel de solicitación y el espesor de los elementos estructurales a unir, tienen que respetarse determinadas distancias del margen entre el eje del perno y el borde del elemento estructural. En las figuras de la fila central se pueden ver diferentes soluciones apernadas para el encuentro entre pilar y viga cada una con diferentes grados de rigidez, complejidad en la fabricación y montaje. En las figuras de la fila inferior se pueden ver diferentes soluciones apernadas para la unión de vigas, privilegiando en el caso de la izquierda la continuidad de las alas y en el de la derecha la continuidad de alma. Capítulo 05: Análisis de estructuras

a b c d e f 5.a.Diseño de estructuras Objetivos.
Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones Uniones. Tornillos Ventajas: 1. Fáciles de transportar al lugar de trabajo 2. Gran variedad de medidas, largos, diámetros y resistencias 3. Fáciles de remover Tornillos Los tornillos son conexiones rápidas utilizadas en estructuras de acero livianas, para fijar chapas o para perfiles conformados (steel framing). Ventajas Entre las ventajas de estas conexiones tenemos: 1._ son fáciles de transportar al lugar de trabajo 2._ la gran variedad de medidas, largos, diámetros y resistencia 3._ son fáciles de remover, un importante prerrequisito para el desmontaje y montaje de los componentes de la estructura Los tornillos son utilizados sobre todo para unir chapas delgadas. Los tornillos pueden ser autorroscantes o autoperforantes. Aunque ambos pueden hacer su propio camino, los autoperforantes no necesitan de perforaciones guías y se pueden utilizar para metales mas pesados. Las fuerzas que transfieren este tipo de conexiones son comparativamente bajas, por lo que normalmente se tienen que insertar una cierta cantidad de ellos. En las figuras se pueden ver distintos tipos de tornillos, de izquierda a derecha a._ Tornillo de cabeza redondeada autorroscante. b._ Tornillo de cabeza oval autorroscante. c._ Tornillo de cabeza plana que queda a ras de la chapa autorroscante. d._ Tornillo con cabeza hexagonal autorroscante e._ Tornillo con cabeza hexagonal y rosca f._ Tornillo con cabeza hexagonal autoperforante a b c d e f Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones Uniones. Soldadura Ventajas: 1. La mayor rigidez de las conexiones 2. La reducción de costos de fabricación 3. La menor cantidad de acero Soldadura La soldadura es la manera standard de conexión del acero estructural. La soldadura implica la fusión de dos o más piezas de aceros idénticos o muy similares para formar un componente homogéneo, conservando la continuidad del material y sus propiedades mecánicas y químicas. Ventajas Las ventajas de una unión soldada son las siguientes. 1._ la mayor rigidez de las conexiones. 2._ la reducción, en algunos casos, de los costos de fabricación. 3._ la menor cantidad de acero, porque las conexiones son más compactas que las conexiones atornilladas, permitiendo una mejor limpieza, pintura y ejecución en estructuras existentes. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones Soldadura Proceso de soldadura Electrodo revestido Procesos de soldadura Los procesos más utilizados son la soldadura por arco eléctrico, que puede ser manual, con electrodo revestido o automática con arco sumergido Soldadura por Electrodo Manual Revestido (Stick Metal Arc Welding) La soldadura por electrodo revestido consiste en un alambre de acero, consumible, cubierto con un revestimiento que se funde bajo la acción del arco eléctrico generado entre su extremo libre y la pieza a ser soldada. El alambre soldado constituye el metal de relleno, que llena el vacío entre las partes, soldándolas. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones Uniones. Soldadura Proceso de soldadura a. Electrodo revestido b. Arco sumergido Soldadura por arco sumergido (Submerged Arc Welding) Para la soldadura de arco sumergido se emplea un equipo compuesto de un alambre de acero desnudo, asociado a un dispositivo inyector de fundente. Al generarse el arco eléctrico, el alambre se funde soldando las partes y el fundente es depositado sobre la soldadura, protegiéndola. El proceso de arco sumergido, es un proceso industrial que al ser automático le confiere mayor calidad a la soldadura. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones Uniones Estructura integrada v/s sumatoria de componentes Estructura integrada v/s sumatoria de componentes Cada edificio de acero se puede analizar como una estructura integrada o como una sumatoria de componentes. En el caso del acero, estas uniones son de gran importancia tanto estructural como perceptual. Estas uniones tienen una fuerte influencia en la forma arquitectónica. En la Fleetguard Factory de Richard Rogers podemos ver esta diferenciación desde la estructura unitaria (imagen izquierda), pasando por el modulo que se adiciona (imagen central) y finalizando en los componentes de este modulo; columna, vigas primarias y secundarias, barras y tirantes (figura de la derecha). La estructura principal está formada por elementos que requieren poca fabricación y que se pueden ensamblar con facilidad. El módulo base esta formado por cuatro pilares y una placa de cubierta, algo similar a una mesa con cuatro patas. La placa de cubierta ve reducida la altura de sus componentes al contar con apoyos intermedio. Estos apoyos están colgados de la proyección de los pilares mediante cables. La memoria del proyecto señala que el peso total del acero de la estructura es de 47 kg/m², alrededor de un 17% menos que las estructuras convencionales de tamaño equivalente. Fleetguard Factory, Francia (1981) Richard Rogers Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones. Uniones Uniones articuladas y rígidas Uniones articuladas y rígidas Las uniones pueden ser articuladas o rígidas, siendo muy distinta su respuesta a las solicitaciones y produciendo diferentes formas y detalles. En el caso de la unión articulada, donde normalmente hay un cambio de sección de los elementos que se encuentran o la incorporación de una rotula, esta puede ser acentuada para hacer más clara la expresión de la forma estructural. Un caso excepcional se muestra en las fotografías de la derecha, el Centro George Pompidou de Renzo Piano y Richard Rogers, donde las gerberettes, es decir, las vigas que se apoyan en las columnas y, en las cuales a su vez se apoyan las vigas de celosía, están todas articuladas. Hay que tener en cuenta que esta no es una solución convencional. Centro George Pompidou, Paris (1977) Renzo Piano y Richard Rogers Capítulo 05: Análisis de estructuras

5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Uniones Reliance Control factory, Swindon (1967) Richard Rogers Uniones articuladas y rígidas La unión rígida demanda continuidad entre los elementos. Ella requiere transferir momentos y puede aparecer pesada y compleja. La transferencia se puede realizar mediante un elemento macizo o uno entramado en el cual los momentos son transformados a tracción y compresión en la conexión. En el primer caso, las imágenes superiores, tenemos al Reliance Control factory de Richard Rogers, donde columna, viga primaria y secundaria forman un nudo rígido. En el segundo, las imágenes inferiores, las columnas compuestas del aeropuerto de Stansted de Norman Foster. Aeropuerto Stansted (1991) Norman Foster Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones. Uniones Uniones estandarizadas Beneficios : Reducción en el número de tipos de uniones Desarrollo del diseño asociado a herramientas asistidas por computador Ahorro en la venta, almacenaje y manejo Reducción de costos de diseño Uniones estandarizadas En una típica estructura de marcos de varios pisos, los elementos de conexión constituyen menos del 3 % del peso de la estructura total y probablemente el 30% o más del costo de la estructura. A partir de esto podemos concluir que uniones eficientes implican una baja en los costes de fabricación y montaje. Parámetros importantes que la estandarización incluye son: a._ tipos de uniones. b._ tipo de acero utilizado en las uniones. c._ resistencia, tamaño y cantidad de pernos. d._ tipo de soldadura. e._ medidas de los elementos y geometría. Los beneficios de la estandarización son: a._ una reducción en el número de tipos de uniones y una fabricación simple y económica. b._ el desarrollo del diseño asociado a herramientas asistidas por computador. c._ ahorro en la venta, el almacenaje y el manejo. d._ reducción de los costos de diseño y menos dificultades en la aprobación de los proyectos. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones. Uniones Base columna Transferencia de esfuerzos Base articulada o rígida Base columna Es el lugar donde se produce la transferencia de las fuerzas desde la estructura a las fundaciones. Hay que recordar que el hormigón usualmente no acepta la transmisión directa de las fuerzas porque la concentración de esfuerzos es demasiado alta. a._ Transferencia de esfuerzos Las fuerzas de la columna de acero son normalmente transferidas al hormigón a través de una chapa de acero que actúa repartiendo los esfuerzos. Esta chapa tiene que tener las medidas, el espesor y la resistencia suficiente para transmitir las fuerza de compresión y los momentos de torsión de la columna a la fundación. b._ Base articulada o rígida La base puede ser articulada o rígida dependiendo de los esfuerzos que se necesita transferir a las fundaciones. Generalmente se prefieren las uniones rígidas, como la de la figura izquierda, por razones prácticas y de costo. Las articuladas, como las de las imágenes de la derecha, no transfieren momentos a las fundaciones. Capítulo 05: Análisis de estructuras

a b c d 5.a.Diseño de estructuras Objetivos.
Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones. Uniones Unión columna viga Unión columna viga La unión entre columna y viga es en principio un problema ingenieril, que responde a las preguntas de cómo transferir las fuerzas, de cómo fabricarla y de cómo montarla. Sin embargo, cuando la estructura de acero permanece expuesta, el arquitecto tiene que hacerse cargo de su resolución. Esto incluye la coordinación de la geometría de la columna y la sección de la viga, revelando el flujo de las fuerzas. La columna y la viga no tienen que ser unidas directamente, ya que necesitan elementos de transferencia de los esfuerzos. En las figuras se puede ver: a._ En la columna de la izquierda la unión articulada en pilar y viga mediante pernos. b._ En la segunda columna unión rígida apernada entre pilar y viga. c._ En la tercera columna unión rígida apernada entre pilar y viga en la cual se ha distanciado del pilar dicha unión. Las ventajas de esta unión es que el punto mas susceptible de fallas es trabajado en la industria asegurando su buena ejecución. Como desventaja están las dificultades que plantea su transporte y un encarecimiento de la faena. d._ Por último, en la cuarta columna, a diferencia de las anteriores la viga mantiene la continuidad y es el pilar el que se corta. Resulta evidente que esta unión es poco recomendable para edificios de altura, dada la discontinuidad del pilar. a b c d Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones. Uniones Unión columna viga Uniones rígidas y articuladas. En principio se puede diferenciar entre uniones rígidas y articuladas. Se pueden lograr uniones rígidas, en las esquinas de los marcos, con pernos o soldadura. Pero las uniones apernadas pueden exigir una excesiva extensión de la unión para asegurar la resistencia frente a la torsión. Los marcos tridimensionales con arriostramientos son los más utilizados, siendo el sistema más rígido. En estos sistemas, la cantidad de material es reducido considerablemente y las conexiones son mucho más simples. En la imagen de la izquierda tenemos una casa proyectada por Glenn Murcutt, en la cual hay una unión rígida entre pilar y viga mediante cartelas. En la imagen de la derecha tenemos una unión articulada en la Sackler Galleries de la Real Academia de Artes en Londres, proyectada por Norman Foster. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones. Uniones Arriostramientos Arriostramientos A las estructuras de acero es necesario arriostrarlas para su estabilidad y para resistir las cargas horizontales tales como viento o sismo La estructura arriostrada puede lograrse con una variedad de maneras, desde diagonales que cruzan de esquina a esquina, acartelamientos en las esquinas o brazos diagonales. En la primera figura de la derecha, el marco se rigidiza mediante cartelas entre pilar y viga. En el segundo caso la rigidización se realiza mediante arriostramientos diagonales. En el tercer caso la rigidización se lleva a efecto mediante arriostramientos parciales. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones. Uniones Arriostramientos Arriostramiento vertical Arriostramiento vertical De manera simplificada, los arriostramientos verticales están localizados en la fachada. Idealmente están en el eje de las columnas aunque puede haber conflicto con los cerramientos. La disposición más común de arriostramientos en edificios de varios pisos es en X, V o K., usando perfiles ángulo o tubulares redondos. Para el dimensionamiento de las diagonales se tienen que diferenciar aquellas que trabajan a tracción y compresión. Cuando las diagonales solo trabajan a tracción se pueden utilizar secciones más livianas e incluso cables. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos. Cualidades de la construcción en acero. Teoría básica de estructuración. 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición. Criterios. Estructura resistente y la configuración de detalles. Conexiones. Uniones Arriostramientos Arriostramiento vertical Arriostramiento horizontal Arriostramiento horizontal La estructura del plano horizontal también actúa como plano arriostrante cuando es rígido. En edificios de varias plantas la misma losa actúa como plano arriostrante, en cambio en edificios de una sola planta, es necesario adicionar un arriostramiento en el plano de la cubierta para transferir las cargas a la estructura vertical. Como se puede ver en los gráficos, en la primera estructura de la izquierda, el plano horizontal no es rígido, de manera tal que no se transfieren los esfuerzo entre los marcos. En el segundo caso, el plano horizontal es rigidizado mediante diagonales. En el tercer caso mediante una losa de hormigón armado. Capítulo 05: Análisis de estructuras

Objetivos Cualidades de la construcción en acero Teoría básica de estructuración 5.b. Definición de los elementos desde el total al detalle. Ensamble y conexión de partes Definición Criterios Estructura resistente y la configuración de detalles Conexiones Uniones Capítulo 05: Análisis de estructuras

Bibliografía Luis Andrade de Mattos Dias (2006) Estructuras de acero. Conceptos, técnicas y lenguaje, Zigurate Editora. Yopanan C. P. Rebello (2000) A concepção estructural e a arquitectura, Zigurate Editora. Francis Pfenninger, Horacio Borgheresi (2002) Arquitectura y acero, Instituto chileno del acero. Hart, Henn y Sontag (1976) El Atlas de la construcción metálica. Casas de pisos, Editorial Gustavo Gili Alan Blanc, Michael McEvoy y Roger Plank (1992) Architecture and Construction in Steel, E & FN Spon. Reichel, Ackermann, Hentschel, Hochberg (2007) Building with steel. Details. Principles. Examples, Edition Detail. Capítulo 05: Análisis de estructuras

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