Trabajo final (análisis estructural 3)

TIPOS DE ESFUERZOS

Vertical: Fuerza externa, corta fibra
verticalmente. Ejm: concreto
1.- CORTANTES (Corta)

Horizontal: Fuerzas externas que cortan
fibras en forma horizontal. Ejm: madera

2.-FLEXIÓN: Momentos: Vector que indica la cantidad de
movimiento de la fuerza. El vector es una flecha con principio
y fin.
La flexión es una deformación que se da en un sólido
Co
sometido a fuerzas externas que actúan sobre su plano de
simetría hasta que el momento interno resistente lo detiene
(soporta).
- Momento actuante externo = esfuerzo externos actuantes.
(cargas internas: carga viva/ cargas muertas y cargas externas:
vientos, sismos, vibraciones)
TRACCIÓN(T):
- Momento interno= (resistente) esfuerzo a estirar, alargar
Produce momento de giro interno
COMPRESIÓN (C):
comprimir

3.- TORCIÓN: fuerzas externas opuestas que actúan sobre un
mismo eje. Se tuercen.

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES

A.- Forma activa: T/C Simple: porque primero se da uno y
después el otro. Aquí encontramos a los cables y a los arcos.

B.-Vector activo: T/C a la vez: cerchas y mallas espaciales.

C.-Masa activa: absorben torción y flexión: vigas, losas,
placas.

D.-Superficie activa: reparten T/C uniformemente:
membranas, placas plegadas, Co
cúpulas, parahipérboloides.

E.-Edificios altos: varios elementos: vigas, losas, placas,
pórticos, muros, núcleos.


A.- Forma activa:
1.-Cables: Cubren grandes luces. T/C simple porque primero
se da uno y después el otro. Los cables son hilos.

- Formas: Catenaria: es la curva formada bajo la influencia del
peso propio que depende de la extensión de los apoyos.
-Apoyo: Produce reacción que
equilibran la estructura (fuerza
externa). Punto, superficie o masa que
sostiene peso, en especial de contacto
entre un elemento cortante.

Empotrado: Unión que conecta
rígidamente el extremo de un miembro
Co
estructural.

Articulado: Biela: Barra metálica con
Biela articulación que permite el movimiento
fijado en sus extremos. Sirve para
transmitir y transformar el
movimiento.
- Anclaje: Medio para ligar un miembro estructural a
otro a su cimiento.
- Formas de Anclaje:
1.-Aumentando el peso propio: es decir, su diámetro
interno
2.-Aumentar el anclaje: el peso del sostén: túmulo o
mojón: provisional o permanente (más grande)
3.-Fundaciones


Aisladas Camisa metálica
Escalones
Empotradas Zapatas

Permanentes
(pilotes más aisladas)
Pilotes más
fundaciones
más biela. Pilote

4.-Atornilladas: tornillos especiales con unas escoletas
(estructuras metálicas que no permiten que se salga).
2.- Estabilizar: Capacidad de una estructura, cuando es
Co
alterada su condición de equilibrio por la aplicación de una
carga.

1) Aumentar el peso propio
2)Instalar un cable invertido

3) Tensar con cables auxiliares, tirantes (rigirizadores)


4) Tensar el cable a la superficie.

Se pilotea y
después se
ancla

3.- Arcos: Primero trabaja a la compresión y después
a la tracción.

El arco es una estructura para sostener grandes cargas,
suprimir las columnas individuales y darles estabilidad a
esas cargas.
Co
Una columna soporta una carga, pero también se debe
tener estabilidad y esto es lo que garantiza el arco
(estabiliza y soportar cargas)

Arquitrabe

C C


Tipos de arcos

1.-Empotrados: incrustados al piso. Produce rigidez en los
apoyos. La rigidez no es buena (por terremotos y sismos). El
nuevo paradigma es la flexibilidad.

2.- Biarticulados: tienen dos rótulos. El arco tiene dos rótulos
que le permiten el movimiento.
Rodillo de
articulación
Co
Pedestal
Escalón

Zapata

3.- Triarticulado: tienen 3 rótulos por lo que tiene mayor
flexibilidad
Rótulo


Tipos de techos: según los arcos.

1.-Techo abovedado de arcos: paralelos con correas
transversales. Arcos radiales

2.-Arcos diagonales: Áreas retangulares: carpas

3.-Radiales: tipo cúpulas. Son medios arcos que parte en un
Co
punto común y rotan sobre un mismo eje.

4.-Lamelas: Arcos oblicuos
Planta


B.-Vector activo: Vector: Segmento de recta orientado que
tiene inicio y fin del movimiento de una fuerza (madera,
metal, plástico como elemento de construcción)

- Forma: triángulo: figura menos deformable
- Componentes: barras que trabajan L /T de forma simultánea
- Tipos: planos y espaciales
- Clases: cerchas y mallas espaciales (primero son cerchas y al
unirse forman una malla espacial)
- Evolución geométrica: (Cerchas)
1.-Techo plano: flexó hacia abajo, se cayó y sus paredes
laterales se desplomaron hacia los lados y hacía afuera.

Co

Ampliar la luz
2.-Techo a dos aguas: La cumbrera se desplomó hacia abajo,
las paredes se desplazaron hacia fuera.
Cumbrera: el
Paredes punto más alto.
Laterales


3.-Techo a dos aguas con
tensor: El Tensor amarra
las paredes laterales, pero Tensor
el techo se abrió hacía los
lados (hacía afuera). Es un Compresión
amarre horizontal.

Barra de Barra
tensor y pendolón: amarra acero vertical
el tensor con la cumbrera,
pero flexó los techos Pendolón
internamente (hacia
adentro)
Pendolón: Es una barra
vertical que amarra el Co
tensor con la cumbrera.
Codales
tensor, pendolón y
codales: los codales son
barras perpendiculares a
los techos que los
amarran.
Pendólón
Codales: Son barras
perpendiculares que
amarran a los techos y de
ahí hacía las cerchas.
Codales
6.- Aparece la cercha Tensor


DISEÑO DE CERCHA POR EL PROF. ALVARO GONZÁLEZ PARA EL
CONSECIONARIO DE FIAT, ACTUALMENTE CONSECIONARIO DE
SEAT. INSPIRADO EN EL BOHIO DE LOS INDIGENAS

Pendolón PLANTA (Malla Espacial)

1.- Cerchas:
Cercha Howe: soporta más la Cercha Pratt:
compresión.
Cercha plana a dos aguas cuyas Cerchas planas a dos aguas
barras de celosía verticales cuyas barras verticales trabajan
trabajan a tracción, mientras a compresión, mientras que las
que las barras de celosía barras diagonales trabajan a
diagonales trabajan a tracción.
compresión.

C C C
T T T

T T
(Mejor Opción)


2.- Mallas espaciales: : reunión de varias cerchas
alternas opuestas (unas en una dirección y otras en otras) en
forma de tetraedro: dos pirámides de base cuadrada. Las
mallas espaciales son varias cerchas: elementos
longitudinales. Las cerchas pueden ser usadas tanto como
viga o como columna
Estas mallas son como un
emparrillado espacial/ sistema
reticulado de tres (3) dimensiones:
cerchas agrupadas.
Forma: tetraedro piramidal de base cuadrada o poliedros
regulares
Altura: H = 0,70 % Base. Altura igual al 70% de la base.
Barras: Elementos longitudinales que
conforman una malla espacial. Trabajan a
Componentes esfuerzos de compresión los superiores y a
estructurales tracción los inferiores.
Nodos: 1) Garantizan la transmisión de
esfuerzos 2) Facilitan e identifican procesos
constructivos. C
Comportamiento: M M

Compresión
M M M

Columnas interiores (los
T
apoyos están adentro)(No se
deforma por la presencia de
No tienen columnas periféricas sino los volados que equilibran)
interiores, son internas, porque las
exteriores hacen que flexe


Vigas Rigidizadoras: Vigas perpendiculares y verticales. Busca
unir la malla espacial con la pared.
No es recomendable poner paredes
debajo del volado porque la malla
espacial está en movimiento, sino que
debe colocarse por la periferie.

Columnas
Unión de la pared interiores
exterior con la malla
espacial.
Trabaja en condiciones
efectivas con volados

Detalle de la columna

Viga rigidizadora

Cartela: es el sostén.
Triangulo metálico de
aguante que da resistencia

Cápsula: sobre tubo
Tubo: columna metálica
redonda, es circular
porque estos tienen
mayor resistencia que
las de forma cuadrada


Todas las cerchas tienen barras, las de arriban a compresión y
las de abajo a tracción.
Barra
Vigas
rigidizadoras: sólo Nodos
van donde hay (unión de
columnas y en las barras)
ambos sentidos
C.-Masa activa: la que tiene cuerpo. Deducir la estructura
(concreto armado)
Componentes:
1.- Columnas: Es un elemento de cualquier posición
que debe ser desencofrado al día siguiente. Tarda en fraguar.
No permitir que estas sean muy esbeltas en espacios a doble
altura.
2.- Vigas: Elemento estructural horizontal.
Tipos de vigas

a) Viga de riostra: es una viga horizontal, va en dos
direcciones. Se ubica en la parte inferior y amarra a las
fundaciones, y a su vez a las columnas.
V.C
V.A
V.A
V.R V.R
V.C

V.R V.R
V.C: Viga de carga
V.A: Viga de amarre


b) Viga de amarre: Amarra dos columnas, va a tener el mismo
espesor de la placa o losa. Va en la parte superior.
Pórtico: Elemento estructural rígido formado por columna y
viga. Está en posición horizontal y vertical.
Estribos
Acero de refuerzo en
diagonal
Cabillas

Viga

Pórtico rigidizado

Columna

c) Viga de carga: Amarra dos columnas, estas van a soportar
tanto carga viva como muerta. Sobresale de la losa de la
placa. Se debe plantear en la luz más larga y los nervios en la
luz más corta. Se ubica en la parte superior. Es un elemento
horizontal que está en posición vertical.

LOSA/PLACA

VC


d)Viga Plana: sustituye a la viga de carga, su posición es
horizontal, consume más acero que la viga de carga (la viga de
carga y la plana son casi iguales). No se ve.

e) Viga dintel: para amarrar y sostener los marcos de ventanas
y puertas. Se ubica en la parte de arriba.

f) Viga corona: va alrededor de toda la edificación como un
antepecho. Busca darle mayor espesor a la placa. Se coloca en
el último nivel
Viga corona
Viga corona

VA


g)Viga de antepecho: el antepecho solamente es colocado en
algunas partes.

Viga de carga Antepecho
sobresale

h) Viga balcón: es un muro portante en concreto armado
vaciado en el sitio.

i) Viga cantiliver: es una viga para sostener volados.

j) Viga invertida: es una viga de carga en posición superior, es
decir por encima. La columna sobre sale del techo y este se ve
Plano en su parte inferior.


k) Viga tirante: busca eliminar las columnas en planta baja,
sostenida en la parte superior por una viga de carga en
cantiliver. Sirve para contener los volados. En ella
encontramos una columnata apoyada en una viga

Viga de carga
Viga tirante

PB sin columnas

2.- Losa Nervada: nervios: son cámaras de aire para
darle flexibilidad a la estructura. Nervios=flexión. Vaciado en
obra. Grandes superficies. Comportamiento estructural:
flexible. Consume encofrado de madera, metal o plástico.
Malla de
repartición Concreto
5cm
Bloques de
20-25cm arcilla o anime

Nervio de concreto
10cm 40cm 10cm
armado
Caballete Isometría
Eje estructural a
50cm
Estribo

Cabilla, por encima
por debajo
Tabla de
encofrado


Luz más corta
Tipos de losas:
V.A
a) Losa nervada:
armada en un 50
sentido (LN1S). Luces Nervios
diferentes. Nervios V.C 50 V.C
perpendiculares a la Luz más
Viga de Carga y en la larga
Bloques 50
luz más corta
Nervio de
amarre, solo 1 1 solo sentido 50

V.C V.A

50 b) Losa nervada:
armada en 2
sentidos (LN2S). Se
Nervios en ambos coloca cuando las
50 V.C
V.C sentidos
luces son iguales. Los
nervios forman una
50 cuadrícula.

V.C
50

c) Losa nervada 50
reticular celular Nervios
(LNRC). Los nervios son
50
visibles y en ambos
sentidos. Luces iguales. 50


3.- Placas:
-Macizada concreto armado: concreto + acero
-Vaciado en obra (Necesita encofrado)
-Cubre pequeñas superficies: volados, balcones
-Comportamiento estructural: Rígida: quebradizo

Tipos de placas:

a) Armada en dos sentidos (doble armado)
Cabilla en dos
sentidos

Estribo

Concreto de alta
resistencia

b) Simple Armado.
Cabilla en dos
sentidos Concreto de alta
resistencia, no
puede ser flojo
porque se
quiebra.


D.- Superficie Activa

-Interior = Interior. Dejan ver lo que pasa en el exterior
-No se aprecian los pisos internos.
-No tiene columnas ni vigas.
-Esfuerzos membrana
-Son bidimensionales: poco espesor
-Compresión y tracción iguales, pero no intensas
-Evaden viento: formas poliédricas: Domo
-Consumen mucho encofrado: madera especial de primera :
concreto obra limpia.
-Autosustentable: que se sostienen solas pero de construcción
total
-Materiales de construcción = polímeros /madera/concreto.
Co
Tipos :
1.- Estructuras prismáticas, poligonales, losas plegadas.
Clases:
- Simples / longitudinales: inician y terminan en puntos
diferentes. Tienen vigas periféricas en el centro.
-Espaciales: punto inicial común. Espesor de 8 a 10 cm.
Van a tener un apoyo que va a ser común con la columna en
la periferia.
Evolución geométrica:
1.-Desarme: (Viga de carga)
2.-Agrupación y despiece geométrico: colocación a 45 grados.
3.-Agrupación a 30 grados.
4.-Agrupación con forma de letra W


1.-Desarme: (Viga de carga) 2.-Agrupación y despiece
geométrico: colocación a 45
grados.
Zona muerta: no
trabaja Zona activa: se desplomó
por su propio peso.
Zona activa:
trabaja 90 grados
estructuralmen 45 grados
te. Soporta.
Todo lo que
rodea a la zona Codales
muerta.

3.-Agrupación a 30 grados. 4.-Agrupación con forma de
Sostenido por vigas y Co letra W: funciona mejor, y la
columnas perimetrales. W se une con otras Ws
Formaletas de formando la placa plegada.
concreto armado
30 grados
60 grados 30 grados

30 grados

Placa Plegable:
ésta surge por el Sólo
descubrimiento columnas
de la zona activa y periféricas
zona muerta.


2.- Estructuras laminadas de curvatura sencilla: membranas /
pliegues.

2.1.- Membranas cilíndricas largas: medio cilindro:
menos deformables. Figura resistente. Tiene apoyos
periféricos. Espesor de 10 cms. Diámetro de 2.5 mts. Longitud
aproximada de 30 mts. Es igual la base que la altura.

Co
2.2.- Membranas cilíndricas cortas: son las bóvedas.
Tiene los siguientes elementos: directriz: es la viga de carga
superior; generatriz: medios arcos empotrados a la directriz;
correas: vigas que amarran las generatrices; viga de riostra:
soporta la estructura; tímpano; cierra. Para ampliar espacios.
Directriz Correas
Directriz
Tiene doble Generatriz
Generatriz
curvatura

Viga riostra
Tímpano
o viga de reborde
Tímpano
Viga riostra


3.- Estructuras laminadas de doble curvatura: porque están
formado por dos curvaturas. Como por ejemplo los caracoles,
cascarones y otras formas naturales. Tienen doble curvatura.

3.1.- Curvaturas positivas sinclásticas: sinclinal:
parte deprimida hacia abajo/convexas
a)Esféricas: medias cúpulas. Son simétricas,
espaciales, parten de un punto en común.
Tambor menor: sostiene
Paralelos: arcos esfuerzos
decrecientes
(Amarra a los Meridianos: medios
meridianos) arcos.
Directriz Tambor mayor:
viga de apoyo,
Co viga de riostra.
Generatriz : tendrá la misma
dimensión que la directriz

Directriz=Generatriz

b)Elípticas: tiene forma de media patilla invertida.
Cúpula oval donde la directriz es única, y a su vez amarra a las
generatrices, que son decrecientes. Directriz: ½ arco
sostiene a las
generatrices
Viga de riostra
Generatriz
decreciente


3.2.- Curvatura Negativa: cóncava, anticlástica.
Anticlinal: pliegue hacía arriba Son curvas en sentido
contrario.
a)Paraboloides: es una parábola que se desplaza:
generatriz. Parábola: forma de arco hacia arriba. Las
paraboloides consumen mucho encofrado de madera
especial=machimbrada.
Éstas figuras, parecen un
paraguas abierto invertido.
Tienen una columna central, con
bajantes de aguas de lluvia. Son
de base cuadrad. Son
piramidales.
b)Hiperboloide: se parece a una silla de montar.
Doble curvatura opuestas. Su formación es una línea que rota
Co
sobre un centro de gravedad. Calculable matemáticamente

4.- Formas libres: cascarones que no se calculan
matemáticamente. Se calculan a través de telas, cubiertas
provisionales (mallas elásticas). Domos: interactúan con el
viento: no tiene ángulos agudos (tela o malla acrílico)


5.- Edificios en altura: carácter masivo: mucha población.

-Resistencia de los suelos, flexibilidad de los materiales:
materiales aislantes y livianos, rendimiento de sus materiales,
cero desperdicio.

- Vientos: 500 Km/h. Oscilación permitida = hasta a 30 cm.
Túneles de evacuación (Refugios)

-Sismos: normales 7.0 en la escala de Richmond. Péndulos:
elementos estabilizadores.

- Equipos mecánicos: bombas de agua/aire acondicionado
Ascensores/electricidad: cables long.100mts.
Co
-Fuego: equipos especiales – Congelan el espacio.

- Oxígeno: alimento natura del hombre

- Función: ocupación, forma

- Cálculo estructural: es hoy avanzado.


E.- Sistemas estructurales para edificios altos
1.- Pórticos (columnas y vigas) en :
a) Columnas y vigas en un sentido.
b) Columnas y vigas espaciales
c) Macro – Pórticos
d) Columnas y placas (Flat Slab): columnas con
capiteles y placas macizas

2.- Pantallas (muros): Portantes
a) Tipo Túnel: muros paralelos
(Es lo que hacen los edificios en altura)
b) Bloques estructurales de concreto sin columnas
c) Pantallas alternadas: vigas pared
d) Núcleo central y pantallas en fachadas
3.- Núcleos (servicios): Co
a) Núcleo central y pórticos rígidos perimetrales
b) Entrepisos suspendidos: cartela invertida
c) Entrepisos en cantiliver: cartela baja
d) Núcleos múltiples: juntas de construcción cada
30 mts.
4.- Tubos (metálicos):
a) Tubo con tubo: columnas y vigas aporticadas
b) Tubo con núcleo: tubos aporticados exteriores y
núcleo central
c) Multitubos: tubos inclinados celdas inter-
exteriores, andamios estructurales
d) Fachadas cerchadas: cerchas metálicas en
fachadas.


1.- Pórticos
a) Columnas y vigas: nodos rígidos en una sóla dirección.
Es cuando hay viga de carga. Es de columnas rectangulares, porque
va en el mismo sentido que la viga de carga.

Aceros
Pórtico: nodo rígido

Viga de carga

Co
Columna
b) Columnas y vigas espaciales: nodos rígidos en ambos
sentidos. Columnas cuadradas. Viga de carga = viga de amarre

Pórticos (amarre)

Viga de carga

Nodo rígido
espacial

Columna


c) Macro Pórticos: macro viga. Se encuentra en
distribuidores. Como si fueran cerchas en concreto. Se utiliza para
conseguir altura. Las columnas que se siembran arriba pueden tener
su fundación perfecta.

Pueden haber
MACRO VIGA
depósitos

3 – 4 mts. de
MACRO VIGA
altura

6 pisos

Co
d) Columnas y placas (Flat Slab): está formada por vigas
de amarre no visibles y columnas. En este caso la placa rígida es
sostenida por el capitel.

Viga Placa rígida
de amarre

Capitel
(Nodo Rígido)

Columna circular
Columna


2.- Pantallas: Muro portante de concreto armado.
Consume mucha cabilla.
a) Tipo Túnel: Sistema uthinor. Este tipo de pantallas está
formado por dos placas y dos muros paralelos de concreto armado.
No se pueden perforar.

Losa/placa
Muro Vertical

Losa/placa

Co
b) Bloques estructurales de concreto sin columnas:

4mts.

12mts. 8mts.

Traen incorporadas las
instalaciones
Utilizados en viviendas en
pendientes.


c) Pantallas alternadas: surge como resultado del estudio
isostático de los muros paralelos, en el cual se demostró que estos
no eran estables ya que oscilaban por las fuerzas axiales paralelas
que actuaban en ellos. Para resolver este problema se colocaron dos
vigas: una superior y otra inferior.
Viga dintel:
(superior) evita las
fuerzas axiales
laterales

Muros de concreto
armado

Viga balcón:
(inferior) evita
las oscilaciones.
Co
d) Núcleo central y pantallas en fachadas: está formado
por un núcleo central de servicios de concreto armado, unidos a
través de unas vigas y a unas pantallas en fachadas.
Isometría Núcleo Viga de amarre

Planta

Pantalla Para los cuartos de basura,
ascensores, etc.


3.- Núcleos
a) Núcleo central y pórticos rígidos perimetrales: es el
tradicional, el más utilizado en las construcciones de la ciudad de
Maracaibo. Dentro del núcleo se pueden encontrar: las escaleras,
ascensores, EE, AA, etc.
Viga
Núcleo de servicio

Columna Co
Co
b) Entrepisos suspendidos: cartela superior invertida,
que es una viga superior que aparece en volados y es truncada para
evitar el consumo excesivo de acero.

Cartela superior

LOSA/PLACA

NÚCLEO


c) Entrepisos en cantiliver: cartela inferior baja.

LOSA/PLACA

Cartela inferior

Viga inferior en
volado
Cantiliver NÚCLEO

Co
d) Núcleos múltiples: juntas de construcción cada 30 mts.
Viga Columna

Núcleo

Juntas de
construcción

30 mts.


4.- Tubos
a) Tubo con tubo: columnas y vigas aporticadas
Soldadura
Viga
metálica

Columna
metálica Cartela

Cartela: Pieza
metálica de
forma triangular
que va a unir el
tubo y la viga.

Co
Co
b) Tubo con núcleo: tubos aporticados exteriores y
núcleo central La cartela metálica se
Núcleo de encarga de unir la viga y la
concreto columna.
El flanche metálico apernado
Flanche metálico o soldado une la viga
Viga metálica con el núcleo de
metálica servicios de concreto.

Columna
Cartela metálica
metálica


c) Multitubos: celdas tubulares inclinadas en exteriores,
andamios estructurales horizontales. Tubos metálicos tipo X

Tubos metálicos

Co
d) Fachadas cerchadas: cerchas metálicas en fachadas.
Permiten movimiento. La idea es que no quede rígido.

Cerchas
metálicas

Muelle
(flexibilidad)

Trabajo final (análisis estructural 3)

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