Capítulo 02: Sistemas estructurales

Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.a.Elementos estructurales
Descripción de los elementos Descripción de las secciones Aspectos generales 2.b.Elementos estructurales lineales Definición Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión Estructuras mixtas Marcos 2.c.Elementos estructurales planares Definición Elemento planar sometido a una solicitación de tracción Elemento planar sometido a una solicitación de compresión Elemento planar sometido a una solicitación de flexión Estructuras espaciales solicitadas a flexión 2.d.Estructuras espaciales Definición Estructuras espaciales solicitadas a tracción Estructuras espaciales solicitadas a compresión Estructuras espaciales solicitadas a tracción y compresión Estructuras espaciales solicitadas a flexión Capítulo 02: Sistemas estructurales

Descripción de los elementos 2.b.Elementos estructurales lineales 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Pilar / Viga : Variedades y posibilidades de vinculación Toda estructura de acero implica el ensamblaje de elementos menores. De esta manera, para lograr una comprensión de la estructura completa, es necesario describir los elementos básicos y genéricos que la constituyen, tales como el pilar, la viga, sus variedades y posibilidades de ser vinculadas, sus deformaciones y respuestas frente a las solicitaciones. En las figuras se puede ver la resolución de un edificio en diferentes escalas, desde el total hasta sus detalles de ensamble. Capítulo 02: Sistemas estructurales

Descripción de los elementos. Descripción de las secciones 2.b.Elementos estructurales lineales 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Diferencias en masa / Capacidad de resistir cargas / Deformaciones Junto con describir estos elementos que componen la estructura, hay que describir las secciones de dichos elementos y sus diferencias en momentos de inercia y masas, capacidad de resistir cargas y deformaciones. Las cargas exteriores y las fuerzas interiores producen variaciones de forma en todos los cuerpos sometidos a ellas. Una columna cargada, debe acortarse, una viga flectarse, un cable estirarse. Capítulo 02: Sistemas estructurales

Descripción de los elementos. Descripción de las secciones. Aspectos generales 2.b.Elementos estructurales lineales 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Definición / Variedad / Respuesta a solicitaciones / Posibilidades y limitantes Variables de catalogación direcciones predominante del elemento solicitación a las que es sometido En esta primera presentación general se define que son cada uno de los elementos estructurales, su variedad, como trabajan frente a las solicitaciones (diagramas), cuales son sus posibilidades y cuales sus limitantes; tomando las variables relacionadas con la economía, la resistencia mecánica y el diseño. Se ha elegido trabajar en esta primera etapa con dos variables para establecer una catalogación básica de los elementos estructurales: Las direcciones predominantes del elemento y las solicitaciones a las que son sometidos. Esta catalogación es una de las maneras de ordenar el universo de posibilidades de una estructura y la comprensión de su comportamiento. Siempre existirán casos singulares que se escapan a esta catalogación. Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.a.Elementos estructurales . 2.b.Elementos estructurales lineales
Definición 2.c.Elementos estructurales planares a flexión 2.d.Estructuras espaciales El elemento estructural lineal es el elemento más simple de una estructura Tracción / Compresión / Flexión / Torsión Elemento estructural lineal El elemento lineal es el elemento estructural más simple de una estructura. Bajo este parámetro una primera ordenación la realizaremos a través de las solicitaciones a las que puede ser sometido un elemento lineal: a._ elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. b._ elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. c._ elemento lineal sometido a una solicitación de flexión. d._ elemento lineal sometido a una solicitación de torsión. Capítulo 02: Sistemas estructurales

a b c d 2.a.Elementos estructurales .
2.b.Elementos estructurales lineales Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Eje rectilíneo + Sección transversal constante Solicitación transversal constante Componente de balanceo Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción Un elemento estructural que conduce esfuerzos de tracción entre dos puntos, figura a, tendría que poseer un eje rectilíneo y una sección transversal constante. La solicitación transversal de este elemento es constante en toda su extensión siendo por esto que la sección transversal más apta es la constante. Todos los elementos lineales sometidos a tracción que no son verticales, como los de las figuras b, c y d, tienen una componente de balanceo, debida al peso propio del elemento el cual no es canalizado a través de su eje. Esta carga conlleva una inflexión del elemento lineal que depende de su sección y de su largo. Esta inflexión del elemento se puede reducir con una mayor tracción de dicho elemento, con un aumento de su sección o con apoyos o suspensiones intermedios. a b c d Capítulo 02: Sistemas estructurales

a b c d e f g 2.a.Elementos estructurales
2.b.Elementos estructurales lineales Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción 2.c.Elementos estructurales planares a flexión 2.d.Estructuras espaciales Barra redonda / Perfiles sección plana / Doble T / Cables / perfil angular /perfil tubular En principio, todo elemento lineal con eje recto y sección constante es apto para ser utilizado como elemento a tracción. Como se puede ver en las figuras las barras (a), los perfiles con sección plana (b), doble T armado con perfiles canal (c), los cables (d), las secciones tubulares (e, f) y angulares (g). a b c d e f g Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.a.Elementos estructurales 2.b.Elementos estructurales lineales
Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción 2.c.Elementos estructurales planares a flexión 2.d.Estructuras espaciales Barras v/s Cables Barras Cables Economía Resistencia Conexiones soldadas Flexibilidad Conexiones especiales Si se desea hacer claramente legible la función estructural de un elemento a tracción, se tendría que utilizar o una barra redonda o un cable. La barras por lo general son más económicas que los cables tanto por el costo de la barra en si como el de las conexiones. Para las barras se pueden utilizar conexiones soldadas, como en la figura inferior izquierda, en cambio los cables no pueden ser soldados y necesitan conexiones especiales, como se puede ver en las figuras inferiores de la derecha. Ahora bien, los cables poseen dos claras ventajas: Una resistencia a la tracción mayor que el de una barra de la misma sección de modo tal que resisten cargas mayores. Su flexibilidad, que permite el montaje de elementos de tracción largos. Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión 2.c.Elementos estructurales planares das a flexión 2.d.Estructuras espaciales Eje rectilíneo + Sección transversal continua o variable Problema de estabilidad Pandeo / Esbeltez Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión Un elemento estructural que conduce esfuerzos de compresión entre dos puntos tendría que poseer un eje rectilíneo y puede tener una sección transversal continua o variable. A diferencia de los elementos sometidos a tracción, los elementos sometidos a compresión siempre tienen presente un problema de estabilidad, el cual puede ser global o local. Se puede constatar fácilmente que un elemento sometido a un esfuerzo de compresión axial, junto a esta solicitación, también está sujeto a un fenómeno de pandeo que depende de la esbeltez del elemento. La esbeltez, es una característica mecánica de las barras estructurales, que relaciona la rigidez de la sección transversal con su longitud total. Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión 2.c.Elementos estructurales planares ada a flexión 2.d.Estructuras espaciales Eje rectilíneo + Sección transversal continua o variable Problema de estabilidad Soluciones Para lograr la necesaria estabilidad del elemento, según se indica en las figuras de la derecha, es aconsejable realizar o un aumento de la sección Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión 2.c.Elementos estructurales planares adas a flexión 2.d.Estructuras espaciales Eje rectilíneo + Sección transversal continua o variable Problema de estabilidad Soluciones o la incorporación de apoyos intermedios que reducen el largo libre Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión 2.c.Elementos estructurales planares adas a flexión 2.d.Estructuras espaciales Eje rectilíneo + Sección transversal continua o variable Problema de estabilidad Soluciones o producir una sección variable, aunque esta última a un costo mayor en comparación con las otras posibilidades. Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Estabilidad y apoyos Junto a la esbeltez que depende sólo de las propiedades geométricas y mecánicas de la barra, está la esbeltez efectiva que contabiliza también las condiciones de enlace o sujeción en los extremos de la barra. Como referencia, a continuación se muestran cuatro posibilidades de apoyos y como ello interviene en el largo libre que queda sometido al pandeo. Dada esta inestabilidad de los elementos solicitados a compresión, estos se calculan principalmente al pandeo y en su eje menos rígido. Se tiene que tener en cuenta que en todo elemento de un sistema estructural sometido a compresión es posible que aparezca el pandeo local. Dado el comportamiento homogéneo en varias direcciones de los elementos de sección tubular y perfiles H, estos son los más recomendables para elementos sometidos a estas solicitaciones. En estructuras livianas se pueden utilizar perfiles ángulo. Edificio industrial (1992) Nicholas Grimshaw Capítulo 02: Sistemas estructurales

a b c d e 2.a.Elementos estructurales
2.b.Elementos estructurales lineales Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Formas de la sección: Secciones doble T Formas de la sección del elemento sometido a compresión Sección doble T Dentro del secciones doble T están los perfiles: a._ I para cargas ligeras b._ I de ala ancha c._ H especiales para pilares. d._ H reforzados con platabandas, para lograr la resistencia solicitada. e._ para cargas mayores se pueden utilizar perfiles compuestos por chapas soldadas. Con la variedad de espesores de las chapas de acero, estos perfiles pueden cubrir un amplia gama de requerimientos. a b c d e Capítulo 02: Sistemas estructurales

a b c 2.a.Elementos estructurales 2.b.Elementos estructurales lineales
Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión 2.c.Elementos estructurales planares a flexión 2.d.Estructuras espaciales . Formas de la sección: Perfiles de cajón Perfil de cajón Son perfiles aptos para soportar grandes cargas o con flexión, o grandes longitudes de pandeo en relación a su pequeña sección. a._ Perfil I cerrado con platabandas. b._ Perfil rectangular hueco formado por chapas soldadas. Se puede mantener la sección general del elemento en varias plantas y cambiar el grosor de las chapas. En el detalle de la derecha se indican los tipos de soldadura del canto. c._ Los perfiles U soldados son de rápida fabricación pero limitados en sus secciones. a b c Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Formas de la sección: Pilares cruciformes (especiales) Pilares cruciformes a, b._ Perfil compuesto por 4 ángulos, con o sin refuerzo de platabandas soldadas entre los perfiles c._ Para cargas mayores se usan perfiles I cruzados o compuestos por chapas. Este es especialmente adecuado cuando hay flexiones en ambos sentidos. Su ejecución se puede realizar mediante el corte y soldado de perfiles I o mediante el soldado de chapa. a b c Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Formas de la sección: Perfiles tubulares Perfiles tubulares Tubos rectangulares, cuadrados y redondos. Existe gran variedad de dimensiones tanto en sus dimensiones exteriores como en su espesor. Los perfiles mas usados son los con costura, producidos por conformado (doblado) y soldado de la chapa. También se producen perfiles sin costura pero son para uso especializado, como por ejemplo para ciertas aplicaciones de gran volumen; son muy comunes en el caso de la estructura de los aeropuertos. Los tubos de sección circular son muy adecuados para solicitaciones a compresión dado que tiene el mismo momento de inercia en todas las direcciones. Capítulo 02: Sistemas estructurales

a b c d e 2.a.Elementos estructurales .
2.b.Elementos estructurales lineales Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión 2.c.Elementos estructurales planares a flexión 2.d.Estructuras espaciales Formas de la sección: Pilares compuestos Pilares compuestos Los perfiles que componen un pilar compuesto pueden ser de variedad de secciones, los cuales se distancian y se unen mediante pletinas o perfiles para evitar el pandeo. En ellos se logran secciones mayores que en los perfiles de cajón, lográndose una mayor resistencia a las solicitaciones con un menor peso. Se emplean para edificaciones industriales y edificios en altura. Como quedan espacios entre los perfiles, esto permite el paso de instalaciones tanto horizontales como verticales. A continuación algunos ejemplos de estos pilares: a._ Pilar compuesto por dos (2) perfiles canales unidos mediantes perfiles planos. b._ Pilar compuesto por dos (2) perfiles I unidos mediante perfiles planos. c._ Pilar compuesto por cuatro (4) perfiles ángulos unidos mediantes perfiles planos. En algunos casos en que las solicitaciones son mayores se utilizan perfiles tubulares para la unión de los perfiles verticales: d._ Pilar compuesto por tres (3) perfiles tubulares circulares unidos por tubulares y diagonales. e._ Pilar compuesto por cuatro (4) perfiles tubulares cuadrados unidos rígidamente por los mismo perfiles horizontalmente. a b c d e Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Fuerzas verticales y esfuerzo de flexión Solicitaciones Peso propio + Sobrecargas + Cargas dinámicas Desarrollo heterogéneo de tensiones: Zonas comprimidas + zonas traccionadas Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión Todo elemento estructural que es solicitado por fuerzas verticales respecto de su propio eje, está sometido a un esfuerzo de flexión y a uno de corte. La amplitud y el desarrollo de esta solicitación de flexión queda descrita por el diagrama de momentos. Todo elemento estructural que no es colocado verticalmente, es solicitado a la flexión por su peso propio. A esto se le tiene que sumar las sobrecargas y las cargas dinámicas. Este elemento, de sección transversal constante, tiene un desarrollo de tensiones heterogéneo, con zonas comprimidas y zonas traccionadas. El acero es un material con elevada prestaciones a tracción, es por esto que el diseño de un elemento estructural sometido a flexión, su forma constructiva y su sección transversal tienen que tender a un uso optimo del material adaptándose a las solicitaciones. Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Schlumberger Cambridge Research Centre (1992) Hopkins Liviandad Cargas externas: Dirección / Medida / Posición Otra consideración es que una estructura de acero, a diferencia de una de hormigón o de ladrillo, es relativamente liviana, por lo que las cargas de peso propio son reducidas, siendo las cargas externas aquellas que afectan principalmente a la estructura. Como casos a comparar que son una búsqueda de la ligereza con dos materialidades diferentes, el ferrocemento y el acero, tenemos la cubierta del restaurante Los Manantiales de Felix Candela y el Schlumberg Cambridge Research Centre de Michael Hopkins. La cubierta del restaurante Los Manantiales de Candela, un paraboloide hiperbólico, es una cascara delgada en la cual toda la superficie es resistente a las cargas. En el proyecto de Hopkins la estructura resistente es el entramado del cual se cuelga y tensiona una cubierta textil. Como las cargas externas tienen normalmente una componente variable en cuanto dirección, medida, posición y temporalidad, se complejiza la determinación de la forma en las estructuras de acero y por ende, el análisis y la búsqueda del arquitecto y del ingeniero es la de una optimización de las secciones sin descuidar los esfuerzos variables a los que puede ser sometida. Restaurante, Xochimilco (1958) Felix Candela Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Inestabilidad: Torsión de la sección transversal Se manifiesta por una: Reducción alturas / Aumento tensiones / Carga excéntrica Todo elemento constructivo con solicitación de flexión, que no está contenido lateralmente de modo continuo está sometido a problemas de estabilidad. Esta inestabilidad se describe como una torsión de la sección transversal, la cual queda descrita en la figura de la izquierda. Una vez manifestada esta torsión comparecen una reducción de la altura y un aumento de las tensiones en el elemento, junto a una carga excéntrica. El elemento estructural falla sobre todo a causa de las sobresolicitaciones. Como se puede ver en las figuras de la derecha, esto se puede evitar con una sección transversal con poco riesgo de torsión o ligando la viga a otros elementos estructurales. Los perfiles con mayor riesgo son aquellos de poco espesor, gran altura y ala reducida como los perfiles I o las vigas de entramado. Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Tensiones máximas en fibras externas de su sección transversal Factor fundamental para el diseño de la sección transversal: Desplazamiento de las tensiones Las tensiones máximas de un elemento flexionado se ubican en las fibras más externas de su sección transversal, respecto de su centro de gravedad. Este desplazamiento de las tensiones es un factor fundamental para la determinación del diseño de la sección transversal y esto queda claro con la comparación entre un elemento de sección maciza de 300 x 150 mm y una doble T inscrita en esta misma sección. La sección maciza es 8 veces más pesada, pero solo resiste 4 veces más y se deforma 2 veces más. Viga maciza 150 x 300 mm. Viga doble T Peso 836 % 100 % Capacidad de carga 404 % Deformación 207 % Capítulo 02: Sistemas estructurales

a b d c 2.a.Elementos estructurales
2.b.Elementos estructurales lineales Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales a b d c Optimización de la sección Viga de alma llena / viga alma hueca / viga celosía Existen una serie de elementos en acero diseñados para optimizar su respuesta frente a la flexión. Se distinguen entre ellos las vigas de alma llena, de alma hueca y las vigas de celosía. Además dentro de estas categorías hay subcategorías. En una viga, por lo general las solicitaciones de flexión no son constantes. Aunque esto no es de uso común, con el uso de perfiles doble T o cajón se puede lograr un ancho y espesor variables de las alas inferior y superior, como se puede ver en la figura superior de la izquierda, redundando en una optimización del material. Por otra parte se pueden ejecutar cambios en las alturas de las vigas. A continuación algunos ejemplos en las figuras de la derecha: a._ La viga doble T continua reduce su altura de manera decreciente después de la viga transversal, en el voladizo. b, c._ Vigas doble T que reducen su altura hacia los apoyos. Esto resulta conveniente cuando la viga es simplemente apoyada ya que las mayores solicitaciones están en la zona central. d._ Por último, en la figura inferior de la derecha se puede ver la forma de lograr una viga de sección variable a partir de una viga doble T continua mediante un corte diagonal. De este modo, el elemento estructural puede ser la fiel imagen de las solicitaciones a las que es sometido. Capítulo 02: Sistemas estructurales

a b c d e f g 2.a.Elementos estructurales
2.b.Elementos estructurales lineales Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Doble T Perfiles U a b c d Tipos de viga: Vigas de alma llena Vigas de alma llena Las vigas de alma llena se componen de alas y de alma. Hay que distinguir los perfiles laminados de los perfiles soldados. Los perfiles soldados requieren más trabajo en su fabricación, y se utilizan en los casos no cubiertos por las vigas laminadas, como grandes luces o grandes cargas. En muchos países de América Latina se tiende a utilizar los perfiles soldados por falta de inventario de los perfiles laminados. A continuación los tipos de viga de alma llena. a._ Las vigas doble T pueden ser asimétricas cuando las solicitaciones así lo permiten, por ejemplo cuando se emplea una losa de hormigón, colaborando con el ala superior. b, c, d._ Los perfiles U se pueden utilizar individualmente para cargas livianas y vinculados a otros para cargas mas pesadas teniendo siempre la limitante de su altura. e, f._ Las vigas I de ala recta debido a lo delgada que es su alma resultan más económicas. Hay desde secciones para cargas livianas hasta cargas pesadas. g._ Las vigas I de ala inclinada se utilizan para cargas livianas. Todos estos perfiles se pueden producir con las medidas que se deseen mediante soldadura de chapas. I Ala recta I Ala inclinada e f g Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Tipos de viga: Vigas alveoladas Vigas alveoladas Si lo que se busca es una mayor liviandad de la viga de alma llena, las vigas alveolares son las adecuadas. Se producen a partir del corte de una viga doble T, como se ve en la figura superior. Las perforaciones pueden ser redondas, rectangulares, hexagonales u octogonales. Se tiene que tener especial cuidado en los apoyos de estas vigas, ya que es en ese punto y su proximidad donde la altura de la viga es solicitada en mayor medida y donde puede colapsar. En estos tramos la viga tiene que ser reforzada. Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Tipos de viga: Vigas de entramado o celosía Vigas de entramado o celosía Una viga de entramado consta de un cordón superior, un cordón inferior y las barras que las unen, verticales y oblicuas o solamente oblicuas, como se puede ver en la figura inferior. En el diseño de una viga de entramado es posible especializar los elementos que la componen de acuerdo a los esfuerzos a los que serán sometidos, de manera tal que cada elemento, que trabaja exclusivamente o a la compresión o a la tracción posee una sección optima para resistir a este esfuerzo. Esta especificidad de los elementos permite el uso de menor cantidad de material pero exige una mayor mano de obra comparado con una viga de alma llena. En las tres figuras superiores se puede ver el diseño de una viga de entramado, luego la identificación de los esfuerzos a los que son sometidos cada uno de los elementos y por último la especialización de cada uno de esos elementos con una línea mas gruesa aquellos que están sometidos a compresión y con una línea fina aquellos que están sometidos a tracción. En la tercera figura se puede ver el cordón inferior y las diagonales a tracción y el cordón superior y los montantes a compresión. Se pueden construir vigas de entramado para todas las cargas y todas las longitudes , además que pueden ser planas o espaciales. Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Cargas sobre los nudos Cargas sobre el cordón superior Tipos de viga: Vigas de entramado o celosía Reglas generales de diseño condiciones del uso / posibilidades de montaje y producción / intenciones arquitectónicas / flujo de las fuerzas Reglas de diseño particulares Barras a compresión, mayor sección / barras largas a tracción / nudos articulados / cargas sobre los nudos Reglas generales de diseño La forma de la viga de entramado, de los cordones, la disposición de las barras oblicuas y verticales, las secciones, son proyectadas según: a._ Las intenciones arquitectónicas b._ Las condiciones del uso c._ Los análisis respecto del flujo de las fuerzas d._ Las posibilidades del montaje y la producción. Reglas particulares de diseño En principio, se deberían observar las siguientes reglas respecto del diseño de vigas de entramado: a._ Las barras que están sometidas a compresión tienen mayor sección para evitar el pandeo. b._ Se recomienda que las barras de mayor largo estén sometidas a tracción. c._ Los nudos se consideran articulados de manera tal que las barras están sometidas exclusivamente a esfuerzos axiales. Dado esto, como se muestra en las dos figuras de la izquierda, las cargas se debieran aplicar en los nudos ya que si se aplican sobre los cordones, estos estarían sometidos a flexión, exigiendo un refuerzo. Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Tipos de viga: Vigas de entramado o celosía Vigas con el cordón superior o inferior angulado o curvado Tipos de vigas de entramado Vigas con el cordón superior o inferior angulado o curvado a._ cordón superior angulado o viga Pratt b._ cordón superior parabólico c._ cordón inferior parabólico d._ viga Pauli o entramado lenticular e._ viga curvada f._ viga Schwedler Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Tipos de viga: Vigas de entramado o celosía Cerchas tipo para cubiertas a dos aguas Tipos de vigas de entramado Cerchas tipo para cubiertas a dos aguas. a._ cercha triangular simple b._ cercha alemana c._ cercha belga d._ cercha Polonceau e._ cercha inglesa Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión 2.c.Elementos estructurales planares xión 2.d.Estructuras espaciales Tipos de viga: Vigas de entramado o celosía Vigas reticuladas con cordones paralelos Tipos de vigas de entramado Vigas reticuladas con cordones paralelos a._ viga Pratt o con diagonales que caen hacia el centro b._ viga Howe o con diagonales que salen desde el centro c._ estructura reticular internamente isostática d._ estructura reticular rómbica sin montante e._ estructura reticular rómbica estable gracias a un montante central f._ estructura en red g._ estructura reticular en K h._ viga Warren o estructura reticular sin montantes Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión 2.c.Elementos estructurales planares xión 2.d.Estructuras espaciales Tipos de viga: Vigas de entramado o celosía Vigas atirantadas Tipos de vigas de entramado Vigas atirantadas, son aquellas en las cuales los elementos a tracción son reemplazados por cables. a._ viga Fink doble b._ viga Fink múltiple c._ viga Bollman d._ viga Pratt Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Viga celosía con diagonales Viga Vierendeel Reestructuración de la Scala de Milán (2004) Mario Botta Tipos de viga: Vigas Vierendeel Viga sin diagonales / nudos rígidos Vigas Vierendeel Las vigas Vierendeel, figura superior izquierda, se parecen a las de entramado pero solo tienen cordones y barras verticales sin diagonales. Comparada con una viga reticulada de la misma altura y sometida a las mismas cargas, la viga Vierendeel es siempre más pesada. Estas vigas se utilizan normalmente cuando se desea dejar paso a las instalaciones o cuando se realiza una viga de la altura de una planta donde las diagonales podrían ser molestas. Como ejemplo de este último caso podemos ver la reestructuración de la Scala de Milán de Mario Botta, imagen de la derecha, donde se utilizan vigas vierendeel en la parrilla técnica para facilitar la circulación de técnicos y maquinistas. Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Reestructuración de la Scala de Milán (2004) Mario Botta Tipos de viga: Vigas Vierendeel Viga sin diagonales / nudos rígidos Vigas Vierendeel A diferencia de las vigas de entramado o celosía, en las cuales se diferencian los elementos tratando de que cada uno actúe a la tracción o a la compresión, en la viga Vierendeel los elementos están sometidos a esfuerzos axiales y de flexión. En estas vigas, como se ve en las figuras e imagen, es de vital importancia el diseño de los nudos rígidos, ya que son ellos los que deben absorber los mayores esfuerzos. En el mismo caso de la Reestructuración de la Scala de Milán, podemos ver la rigidización de los nudos mediante cartelas, en la figura e imagen superior. Las vigas Vierendeel tienen que estar compuestas por perfiles de elevada resistencia a la flexión. Entre los perfiles que hemos visto el doble T o el perfil U serían los más adecuados. Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión. Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión Una solicitación de torsión se desarrolla mediante un momento de torsión, es decir, mediante una fuerza que no pasa por el eje del elemento estructural y que lo hace girar sobre ese eje. Este último caso ocurre cuando, por ejemplo, un elemento estructural lineal es sometido a una carga excéntrica por un voladizo. Fuerza fuera del eje estructural: Giro Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión. Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Un análisis de la distribución de las tensiones en un elemento estructural cilíndrico macizo expuesto a una fuerza de torsión, evidencia de inmediato que las tensiones disminuyen desde el centro hacia el margen exterior. De este modo se tendría que alejar el material hacia donde se producen las tensiones más baja hasta obtener la sección tubular óptima. Las secciones de tubos circulares es la más eficiente para absorber torsión. Todas las otras secciones transversales con igual cantidad de material e igual peso son menos eficaces. En la figura superior se puede ver el ejemplo de una cubierta de estación de trenes donde el elementos que soporta dicha cubierta esta sometido a torsión. En la figura inferior se ven tres secciones circulares, en las cuales se reparte la misma cantidad de superficie pero con diferentes radios. De estas, la de mayor radio es la que tiene mejor respuesta frente a la torsión y la maciza la peor. Stadelhofen square, Zúrich (1990) Santiago Calatrava Secciones cilíndricas las más eficientes para absorber torsión Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión. Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión. Estructuras mixtas 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Estructuras mixtas Se entiende como estructura mixta, aquella estructura que comprende la combinación de materiales de distintas propiedades para una actuación conjunta, en este caso acero y hormigón. Esta es una de las combinaciones más importantes y frecuentes de materiales de construcción aplicada a edificios comerciales, fábricas y puentes. Definición Combinación de materiales de distintas propiedades para una actuación en conjunto (acero + hormigón) Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión. Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión. Estructuras mixtas 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Para que exista una unión solidaria entre viga y losa, y se las pueda considerar que están actuando como una pieza mixta, es preciso que no se produzca un deslizamiento entre ambos elementos. En el grafico se puede apreciar los diferentes grados de deslizamiento (indicados con la W) hasta su unión solidaria completa y como ello interviene en el diagrama de momento flector. En la viga mixta el cordón inferior de acero, es sometido a tracción y el cordón superior compuesto por el ala de acero y la losa de hormigón, a compresión. De este modo son utilizados de la manera más eficaz ambos materiales. El hormigón a compresión y el acero a tracción. Viga mixta Unión solidaria entre acero y hormigón Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión. Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión. Estructuras mixtas 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Viga mixta Para que entre la viga de acero y la losa de hormigón se produzca una unión solidaria, y no un deslizamiento, es necesario proveer de una unión resistente al esfuerzo de corte, la cual se logra mediante la inclusión de un conector mecánico. La losa puede ser realizada in situ o prefabricada. Las diferencias están en la rapidez de construcción, la precisión que exigen los elementos prefabricados y en el asegurar una unión adecuada entre viga y losa. En las losas prefabricadas se deja un espacio entre el perno de corte y la losa donde se vierte el hormigón, logrando una unión solidaria. La figura a es una viga mixta con pernos de corte y losa de hormigón armado realizada in situ. La figura b es una losa prefabricada con huecos en los pernos de corte para asegurar la unión entre los dos materiales. La figura c es una losa prefabricada con una junta longitudinal que cae sobre la viga de acero donde se sitúan los pernos de corte. Viga mixta Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión. Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión. Estructuras mixtas 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales La figura d y e son unas vigas mixtas con una unión entre acero y hormigón por rozamiento, mediante pernos. La losa puede ser prefabricada o realizada in situ. La figura f es una viga mixta de entramado con losa prefabricada, en la cual la viga no cuenta con el cordón superior y es fijada con pernos a la losa. Viga mixta Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión. Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión. Estructuras mixtas 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales En el cuadro podemos ver la comparación entre una viga mixta, en la columna de la izquierda, y dos vigas con losa sobrepuesta, en las columnas de la derecha, todas las cuales tienen la misma resistencia a la carga variando el peso del acero, la altura del conjunto viga losa y la rigidez. Es importante destacar que comparando vigas de acero y una viga mixta que tienen resistencias iguales a una carga, aunque las alturas son casi similares, la viga mixta tiene un considerable menor peso en acero, resultando mas conveniente el trabajo solidario entre acero y hormigón. Viga mixta Conveniencia del trabajo solidario entre acero y hormigón Capítulo 02: Sistemas estructurales

a b c d 2.a.Elementos estructurales
2.b.Elementos estructurales lineales Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión. Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión. Estructuras mixtas 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales a b En este otro cuadro se puede ver la comparación entre los diagramas de momento flector de una viga de hormigón armado, una viga H con una losa sobrepuesta, una viga mixta y una viga doble T. a._ En una losa de hormigón armado nervada se produce un equilibrio entre la fuerza de compresión en la zona comprimida y la de tracción en la zona de la armadura. b._ Si a la viga de acero se le sobrepone una losa, el eje neutro del diagrama de tensiones de la viga pasará por el centro de ella. Esta viga tendrá una gran flecha y una rigidez pequeña. c._ Al trabajar la losa y la viga de manera solidaria en la viga mixta, el eje neutro se desplaza hacia la losa, siendo solicitada toda la viga de acero a tracción, permitiendo que se la utilice donde es más eficiente. Como se puede ver en la figura, también se puede reducir el ancho de ambas alas de la viga. d._ Por último si se deseara que una viga simple de acero tuviera la misma flecha que la viga mixta habría que duplicar la viga tomando como eje de referencia el eje neutro. c d Viga mixta Comparación entre vigas sometidas a flexión Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión. Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión. Estructuras mixtas 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Pilar mixto Si la unión solidaria mediante conectores entre losa y viga de acero permite una mejor respuesta de la viga mixta a las solicitaciones de flexión, el pilar mixto mejora, mediante esta unión solidaria, su respuesta a las solicitaciones de compresión y pandeo, junto con presentar la ventaja de la protección frente al fuego y la corrosión. Al igual que en la viga mixta se debe asegurar la unión solidaria entre el elemento de acero y el hormigón con conectores, repartidos a lo largo de toda la sección del pilar. Hay tres tipos principales de pilares mixtos los cuales a continuación se señalan a._ pilar de acero recubierto de hormigón. b._ pilar de sección laminada recubierto parcialmente con hormigón. c, d._ tubos de acero rellenos de hormigón. Pilar mixto Elemento estructural de acero y hormigón Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión. Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión. Estructuras mixtas 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Losa mixta La losa mixta es cuando el moldaje de madera es reemplazado por una chapa de acero perfilada (metal-deck) con resalte o embuticiones. Actúa como moldaje permanente durante el hormigonado y como una armadura contra la tracción una vez fraguado el hormigón. En ese estado, la losa mixta esta compuesta por la interconexión del hormigón y la chapa perfilada, resistiendo al corte rasante o corte por deslizamiento entre ambos materiales. Las chapas pueden tener dos perfiles como se indica en la figura de la izquierda: a._ Perfil con valle abierto b._ Perfil de forma reentrante Losa mixta Interconexión entre chapa de acero y hormigón Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión. Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión. Estructuras mixtas 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales La interconexión chapa hormigón puede ser de las siguientes modalidades: a._ interconexión mecánica proporcionada por la forma del perfil, dícese resaltes o embuticiones b._ interconexión por rozamiento proporcionada por perfiles continuos de formas reentrantes c._ interconexión por conectores mecánicos proporcionado por espárragos soldados o anclajes fijados por disparo d._ interconexión por deformación de los nervios en los extremos. Se pueden utilizar hormigones ligeros en los casos que se necesite una menor peso propio y las cargas y las luces lo permitan. Resulta indudable que el utilizar la chapa como moldaje perdido, acelera los procesos constructivos. En luces mayores a 2,50 metros entre vigas es necesario apuntalar la losa durante el hormigonado y su curado. Losa mixta Tipos de interconexión Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión. Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión. Estructuras mixtas. Marco. 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Marco El marco o pórtico es un sistema estructural resultado de una conexión rígida entre viga y columna. El tener una conexión rígida le permite resistir tanto solicitaciones horizontales como verticales. Los elementos de los marcos rígidos no difieren en sección de las barras de las estructuras articuladas, pero si en las uniones de unos con otros, ya que es en ellas donde se debe asegurar la transferencia de los esfuerzos. Al unir rígidamente los pilares con la viga se producen tres consecuencias: a._ la viga al estar empotrada en sus extremos se hace más rígida. b._ los pilares además de estar sometidos a compresión por el peso que está sobre ellos están sometidos a flexión por la continuidad de la viga. c._ para mantener el pórtico en equilibrio frente al empuje que tiende a abrir los pilares se requiere una fuerza contraria y horizontal que se puede ver en los apoyos del marco de la figura. En resumen los tres elementos que componen el marco simple, están sometidos a compresión y flexión. Conexión rígida entre viga y columna Nudo y absorción de momentos Arriostramientos diagonales Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión. Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión. Estructuras mixtas. Marco 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales El nudo de un marco es uno de los puntos donde se debe poner el mayor cuidado en su diseño, como se puede ver en las dos figuras superiores de la izquierda. Si bien es el nudo el que absorbe mayoritariamente los momentos en un marco, se pueden producir elementos estructurales dúctiles que alejen estas solicitaciones del nudo, pudiendo alcanzar grandes deformaciones manteniendo su capacidad resistente. Como ejemplo de estas uniones dúctiles tenemos la viga con reducción en su ala (dog bone), figura inferior izquierda, en la cual se desplaza la posible falla a la viga generando una rotula plástica fuera de la unión. Para evitar el excesivo esfuerzo y por ende, refuerzo de los nudos es que se utilizan los arriostramientos diagonales. Dependiendo de su disposición y sección trabajaran a tracción y compresión o sometidos indistintamente a ambos esfuerzos. En las figuras de la derecha se puede ver un marco con cables de arriostramiento y uno con barras de arriostramiento. El segundo marco es más rígido ya que las barras resisten tanto a solicitaciones de tracción como de compresión. Nudo y estructura dúctil Arriostramientos diagonales Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.c.Elementos estructurales planares Definición 2.d.Estructuras espaciales Dimensiones mayores en dos direcciones Dirección de espesor es más pequeña Elemento estructural planar Las partes estructurales planas tienen dimensiones mayores en dos direcciones y en la tercera, la dirección del espesor, es comparativamente pequeña. Bajo este parámetro una primera ordenación la realizaremos a través de las solicitaciones a las que puede ser sometido un elemento planar: a. elemento planar sometido a una solicitación de tracción b. elemento planar sometido a una solicitación de compresión c. elemento planar sometido a una solicitación de flexión Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.c.Elementos estructurales planares Definición. Elemento planar sometido a una solicitación de tracción a flexión 2.d.Estructuras espaciales Elemento planar sometido a una solicitación de tracción Todas las fuerzas distribuidas por el elemento estructural provocan una única solicitación de tracción, no compareciendo problemas de estabilidad. Según la orientación de las fuerzas estas pueden ser en un eje o en dos ejes. El tamaño de las tensiones internas puede variar. Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.c.Elementos estructurales planares Definición. Elemento planarsometido a una solicitación de tracción. Elemento planar sometido a una solicitación de compresión 2.d.Estructuras espaciales a b c Elemento planar sometido a una solicitación de compresión Todas las fuerzas distribuidas por el elemento estructural provocan una única solicitación de compresión, que según la orientación de las fuerzas estas pueden ser en un eje o en dos ejes. En este caso si pueden aparecer problemas de estabilidad. Las posibilidades de deformación de una chapa dependen de la cantidad de lados que estén montados. En las figuras de la derecha se muestran las deformaciones de una chapa: a._ deformación de una chapa solicitada a compresión montada sobre dos lados. b._ deformación de una chapa solicitada a compresión montada sobre tres lados. c._ deformación de una chapa solicitada a compresión montada sobre cuatro lados. Cada una de estas deformaciones puede ser estabilizada mediante el aumento del espesor de la chapa cuando el elemento plano es de pequeño formato o mediante nervaduras y retículas que le otorgan una mayor rigidez al elemento plano. También se pueden substituir la chapa plana, con riesgo de pandeo, por una chapa ondulada, plegada o por un sistema sandwich con paredes delgadas de chapa y relleno en su interior. Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.c.Elementos estructurales planares Definición. Elemento plana sometido a una solicitación de tracción. Elemento plana sometido a una solicitación de compresión. Elemento planar sometido a una solicitación de flexión 2.d.Estructuras espaciales Elemento planar sometido a una solicitación de flexión Cuando una fuerza de las aplicadas en un elemento estructural planar está en la dirección del espesor, es decir fuera de las direcciones predominantes, comparece una flexión en dicho elemento. La solución a esta solicitación la encontraremos en la sección transversal del elemento estructural debiéndose adaptar su altura y su espesor a las solicitaciones. Entre las posibles soluciones están las nervaduras unidireccionales y bidireccionales o también las grillas compuesta por elementos lineales. Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.c.Elementos estructurales planares a 2.d.Estructuras espaciales Definición Elementos estructurales trabajando como sistema Tracción / Compresión / Tracción + Compresión Estructura espacial Los elementos antes descritos cuando trabajan como sistema pueden llegar a formar estructuras espaciales. Una primera ordenación la realizaremos a través de las solicitaciones a las que puede ser sometido una estructura espacial: a. Estructuras espaciales solicitadas a tracción b. Estructuras espaciales solicitadas a compresión c. Estructuras espaciales solicitadas a tracción y compresión Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Definición. Estructuras espaciales solicitadas a tracción Liviandad / Eficiencia / Grandes luces Estructuras espaciales solicitadas a tracción Estas estructuras, someten a sus componentes al esfuerzo para el cual el acero responde de la manera más eficiente; la tracción. Con esto, se logran estructuras livianas, eficientes y de grandes luces a bajos costos. Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Definición. Estructuras espaciales solicitadas a tracción Tipos: Sistemas de red de cables Elementos sometidos sólo a tracción Sistemas de red de cables En los sistemas planos de cables, las fuerzas distribuidas en el espacio se pueden anular mediante un sistema de elementos solicitados exclusivamente a tracción. Los sistemas de red de cables son utilizados para la suspensión de sistemas portantes, para la tensión de fachadas y otras aplicaciones. Todos los elementos tienen que trabajar siempre a tracción. Si esto no se logra mediante las cargas se tiene que crear una pretensión mediante un lastre o un anclaje con tensores. Las geometrías de las redes pueden ser variadas como se ve en las figuras pero el más utilizado es la malla ortogonal. Según la disposición de los cables se crean estructuras con mallas regulares o irregulares. Las regulares pueden ser triangulares, hexagonales o romboidales, aunque la solución más utilizada es la cuadrangular, ya que esta simplifica los procesos de producción y se pueden ejecutar variedad de superficies con una suficiente rigidez. Las triangulares solo pueden reproducir superficies gaussianas, es decir redes planas y unidireccionales dado que una curvatura variable exige distancias diferentes entre los nudos, lo que dificulta la producción. Capítulo 02: Sistemas estructurales

a b c d 2.a.Elementos estructurales
2.b.Elementos estructurales lineales 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Definición. Estructuras espaciales solicitadas a tracción Tipos: Sistemas de red de cables Elementos sometidos sólo a tracción Como la geometría de estas redes pueden no ser ortogonales, y por ende los cables no cruzarse ortogonalmente se tienen que proyectar cuidadosamente los nudos. Sistemas de abrazaderas para cables: a._ abrazadera a presión, no admite ninguna torsión utilizándose solo para cargas pequeñas. b._ abrazadera con perno, no admite ninguna torsión y ningún ángulo de desplazamiento. c._ abrazadera con perno para cables gemelos, no admite ninguna torsión y ningún ángulo de desplazamiento. d._ abrazadera de encaje, con perno, admite giro. a b c d Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Definición. Estructuras espaciales solicitadas a tracción Tipos: Tensoestructuras Tensoestructuras Un cable suspendido, como el de la figura superior izquierda, apoyado en sus dos extremos y con una carga repartida homogéneamente, da lugar a una deformación conocida llamada catenaria. La construcción de una malla tridimensional es mostrada en la secuencia de figuras: En la primera figura de la izquierda se ve como se puede estabilizar un cable portante fijándolo perpendicularmente con otro cable. En la figura del medio a esos dos cables se le suman una serie de cables que forman la red. Por último, el imagen de la derecha se puede ver la red de cables con sus apoyos. De este modo una estructura compuesta por diversos cables portantes forma una tensoestructura. Capítulo 02: Sistemas estructurales

Definición. Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción. Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión. Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión. Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión. Estructuras mixtas. Marcos. 2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Definición. Estructuras espaciales solicitadas a tracción Tipos: Tensoestructuras Mallas regulares / irregulares Los cables son vinculados entre sí mediante abrazaderas, como las que se mostraron en diapositivas anteriores. Los cables de las redes de doble curvatura sufren deformaciones y fuerzas menores que en las redes planas. Debido a que generalmente las superficies de estas redes son complicadas en cuanto a la repartición de las cargas, es recomendable fijar la cubierta a los nudos pese a las dificultades constructivas que plantea. La cubierta puede ser de policarbonato, polimetilmetacrilato o vidrio. El caso expuesto, es el de una cubierta en la zona de recepción del edificio Rhön Clinic, en la cual se disponen entre gruesos cables apoyados en los mástiles, de una red a la cual se le sobreponen hojas de vidrio mediante separadores. Cubierta recepción Rhön Clinic, Bad Neustadt (1997) Lamm, Weber, Donath & Partner Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Definición. Estructuras espaciales solicitadas a tracción. Estructuras espaciales solicitadas a compresión Tipos: Sistemas ramificados Estructuras espaciales solicitadas a compresión Sistema ramificado Al igual que en el caso de las tensoestructuras en las cuales todos los esfuerzo son de tracción, una carga repartida homogéneamente en un plano se puede conducir al suelo mediante una estructura que trabaje exclusivamente a compresión. Aunque esta estructura es normalmente asociada con un “árbol”, esta idea confunde porque su comportamiento es diferente. La idea fundamental de este tipo de estructuras es la de concentrar un grupo de cargas sobre un punto y descargarla en un elemento lineal, como se puede ver en el primer ejemplo de la figura izquierda. Cuando el elemento lineal se ramifica cubriéndose luces más amplias, como en las figuras que le siguen de izquierda a derecha, el plano de las cargas horizontales exige una estructuración dado los esfuerzos de tracción al que es sometido. Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Definición. Estructuras espaciales solicitadas a tracción. Estructuras espaciales solicitadas a compresión Tipos: Sistemas ramificados El que toda la estructura trabaje a la compresión exige un cuidadoso diseño de cada elemento y de los nudos. Los elementos lineales tienen que disponerse de manera tal que conduzcan los esfuerzos en el sentido normal, es decir por el eje, y la sección de dichos elementos tiene que ser dimensionada para que no sufra pandeo. El perfil más eficiente para estos elementos solicitados a compresión es el de sección circular. Los nudos tienen que hacer efectiva la transferencia de los esfuerzos de modo continuo sin ejercer momentos. En la fotografía de la derecha se puede ver un modelo de aeropuerto de Stuttgart. En la figura superior izquierda un modelo suspendido que permite encontrar la forma del sistema ramificado y finalmente en la figura inferior el modelo invertido con todos sus elementos trabajando a compresión. Aeropuerto de Stuttgart (1990) Von Gerkan, Marg and Partner Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Definición. Estructuras espaciales solicitadas a tracción. Estructuras espaciales solicitadas a compresión Tipos: Cascaras y cúpulas reticuladas Cascara y cúpulas reticuladas Una cascara corresponden a aquella estructura resistente por su forma, la cual es solicitada sólo a compresión. Las cascaras delgadas no desarrollan tensiones apreciables de flexión pero son lo suficientemente gruesas para resistir cargas a compresión, corte y tracción. La cúpula corresponde a un tipo de cascara, uno de los más utilizados en la construcción. Aunque idealmente se construyen en hormigón, se pueden construir en acero a partir de redes de elementos. Las cascaras deben su eficiencia a la curvatura y al alabeo de la superficie. Según los tipos de construcción y la forma de la malla se pueden distinguir distintos tipos de comportamiento en las cascaras los cuales son particulares a cada caso. La resolución entre el cerramiento de la cascara y la estructura puede quedar contenido en un mismo plano, resolviéndolo en dimensiones reducidas en cuanto a su espesor, o en planos diferentes. La gran ventaja de estas cascaras reticuladas es su facilidad de producción frente a la luz y superficie que cubren. La desventaja es su reducida resistencia al corte, dada la ausencia de diagonales. En la figura se puede ver una cúpula reticulada, que es un tipo de cascara. Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Definición. Estructuras espaciales solicitadas a tracción. Estructuras espaciales solicitadas a compresión. Estructuras espaciales solicitadas a tracción y compresión Sistema Mero Tipos: Estructuras espaciales reticulares Estructuras espaciales sometidas a tracción y compresión Estructuras espaciales reticulares La ventaja de las estructuras espaciales reticuladas es su eficiencia y fácil montaje. El gran problema es la realización constructiva de los nudos dado que tiene que recibir elementos en todas direcciones como se puede ver en la estructura espacial de la figura de la derecha. Generalmente se realizan con perfiles tubulares. En el caso de los perfiles redondos la ejecución de los nudos soldados es más sencilla. Con otros perfiles como los rectangulares, en U y otras variedades las uniones se hacen muy complicadas. Debido a esto se ha buscado una estandarización de los elementos y sus uniones encontrando ventajas y desventajas en cada una de las soluciones propuestas. La mayor limitante es que los nudos de estos sistemas tienen ejes fijos que limitan las posibilidades geométricas de la estructura. Entre las soluciones una de las más conocidas es el sistema Mero (Max Mengerighausen) cuyo encuentro entre nudo y barra se puede ver en la fotografía superior de la derecha. Capítulo 02: Sistemas estructurales

2.c.Elementos estructurales planares 2.d.Estructuras espaciales Definición. Estructuras espaciales solicitadas a tracción. Estructuras espaciales solicitadas a compresión. Estructuras espaciales solicitadas a tracción y compresión Tipos: Grilla de vigas Grilla de vigas Por grilla de vigas se entiende una estructura portante compuesta por grupos de vigas paralelas que se entrecruzan. Normalmente se utilizan dos grupos de vigas entrecruzadas. Una estructura portante de gran sección que conduce los esfuerzos a los apoyo y uno subordinado que se encarga de conducir las cargas repartidas hacia la estructura portante. Un destacable caso de estudio de este tipo de estructuras es la New National Gallery de Mies van der Rohe. En la figura superior izquierda se puede ver el apoyo de la viga doble T sobre la columna cruciforme, en la figura de la derecha una descomposición de la grilla de vigas primarias y vigas secundarias. En la figura inferior izquierda las ocho columnas de apoyo dispuestas en el perímetro de la cubierta y finalmente la disposición de la grilla de vigas de la cubierta New National Gallery, Berlin (1968) Mies van der Rohe Capítulo 02: Sistemas estructurales

Descripción de los elementos Descripción de las secciones Aspectos generales 2.b.Elementos estructurales lineales Definición Elemento lineal sometido a una solicitación de tracción Elemento lineal sometido a una solicitación de compresión Elemento lineal sometido a una solicitación de flexión Elemento lineal sometido a una solicitación de torsión Estructuras mixtas Marcos 2.c.Elementos estructurales planares Definición Elemento planar sometido a una solicitación de tracción Elemento planar sometido a una solicitación de compresión Elemento planar sometido a una solicitación de flexión Estructuras espaciales solicitadas a flexión 2.d.Estructuras espaciales Definición Estructuras espaciales solicitadas a tracción Estructuras espaciales solicitadas a compresión Estructuras espaciales solicitadas a tracción y compresión Capítulo 02: Sistemas estructurales

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. 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. Schulitz, Sobek, Habermann (1999) Atlante del´’Acciaio, UTET Reichel, Ackermann, Hentschel, Hochberg (2007) Building with steel. Details. Priciples. Examples, Edition Detail. Trebilcock, Lawson (2004) Architectural Design in Steel, Spoon Press. Capítulo 02: Sistemas estructurales

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