Clase 3 - Sistemas Estructurales; Forma Activa y Vector Activo PDF

SISTEMAS ESTRUCTURALES DE FORMA ACTIVA Son aquellos que actúan por medio de su forma material, adoptan la forma del camino de las cargas expresado en la materia. DE TRACCIÓN PURA: Son aquellas que actúan adaptando su forma según la distribución de las cargas a las que están sometidas y desarrollan...

SISTEMAS ESTRUCTURALES DE FORMA ACTIVA Son aquellos que actúan por medio de su forma material, adoptan la forma del camino de las cargas expresado en la materia. DE TRACCIÓN PURA: Son aquellas que actúan adaptando su forma según la distribución de las cargas a las que están sometidas y desarrollan tensiones de tracción en todo el sistema. CLASIFICACIÓN: Cubiertas cilíndricas. Cubiertas de revolución. Cubierta en forma de silla de montar. ELEMENTOS ESTRUCTURALES: CONDICIONES QUE DEBEN CUMPLIR: Gran resistencia a la tracción. Alto grado de flexibilidad. Mínima deformación a la tracción. MATERIALES APTOS: Cables (sogas de fibras sintéticas como el nylon, cables de acero de configuración helicoidal.) Membranas (Mallas de alambre de acero, telas sintéticas como el poliéster de alta densidad, películas de PVC o PTFE. PARÁBOLA: La deformación adopta la forma de CATENARIA: La deformación adopta la forma de parábola cuando la carga es uniformemente catenaria cuando la carga no es uniformemente distribuida debido al peso propio sobre una recta. distribuida debido al peso de su propio cable. TENSIÓN PREVIA: Solicitar permanentemente a un elemento estructural con un determinado esfuerzo con el fin de mejorar su resistencia y comportamiento mecánico, bajo la acción de las cargas de servicio. ESTADOS DE CARGAS: TENSIÓN PREVIA ESTADO DE CARGA: PESO PROPIO Estado de carga I Estado de carga II ESTADOS DE CARGA: PESO PROPIO + VIENTO: Estado de carga III  REACCIONES DE LOS APOYOS: INCIDENCIA DE LA FLECHA EN LAS REACCIONES: CUBIERTA DE TELA: CUBIERTA DE CABLES: CUBIERTA CILÍNDRICA: CERCHA JAWERTH: PEDOLÓN TRACCIONADO: PUNTAL COMPRIMIDO: SUSTENTACIÓN DE LA CERCHA – FUNDACIONES: VARIANTES UBICACIÓN DE LA CUBIERTA: DETALLES CONSTRUCTIVOS -ANCLAJES: CUBIERTA DE REVOLUCIÓN: PARABOLOIDE HIPERBÓLICO: CERCHA JAWERTH RADIAL: DE COMPRESIÓN DOMINANTE: Son aquelas que durante su vida útil, y ante la presencia de cargas de servicio, cada sección estará sometida a compresión dominante. Si congelamos la curva funicular e invertimos la forma sometida a la acción de las mismas cargas obtendríamos una estructura ideal, en la cual cada sección estará solicitada a “compresión axil”. A esta curva congelada e invertida se denomina arco. COMPORTAMIENTO DEL CABLE Y EL ARCO: CLASIFICACIÓN: Cubiertas Cilíndricas (Arco, bóveda de cañón corrido) De simple corvatura. Cubiertas de revolución (Cúpula) De doble curvatura – positiva o negativa. Cubiertas con forma de silla de montar. De doble curvatura – positiva o negativa. Son dominantes solamente si está apoyada en los bordes curvos inferiores y cada franja de la misma se comporta como un arco independiente cuya generatriz responde al antifunicular de la carga del peso propio. CUBIERTA CILÍNDRICA: CUBIERTA DE REVOLUCIÓN: CUBIERTA CON FORMA DE SILLA DE MONTAR: Doble curvatura con total negativa. COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE LOS ARCOS: Al fijar los extremos, el momento de la viga curva, se reduce por efecto del empuje “H” y la geometría del arco. Es importante evitar cualquier desplazamiento lateral. FACTORES QUE CONDICIONAN EL DISEÑO DE LOS ARCOS: La forma. Las cargas: Acciones gravitatorias – Acciones dinámicas. La altura: A mayor altura disminuye el empuje horizontal. SUSTENTACIÓN DE ARCOS: 1. Tri-articulado: isostático. 2. Bi-articulado: Hiperestático. 3. Bi-empoderado: Hiperestático. 1 2 3 PANDEO EN LOS ARCOS: RIGIDEZ: Necesidad de sección transversal. La forma no se adapta a la carga. Por falta de coincidencia del antifunicular de Cargas con el Eje Baricéntico de la Sección de la Bóveda, los esfuerzos dejan de ser solo axiles y aparecen esfuerzos de Flexión que actúan conjuntamente sobre la pieza generando excentricidad, por ende, pandeo (en el ¼ de L del apoyo). VENTAJAS: Economía: Aprovechamiento de la sección. Cubren grandes luces. Pueden construirse con varios tipos de materiales. Lenguaje formal variado. INCOVENIENTES: Necesitan altura para su desarrollo. Los grandes empujes horizontales requieren de importantes apoyos. Las cargas accidentales introducen pertubaciones que disminuyen su eficacia. La forma está condicionada con el sistema y gobierna al diseño. SISTEMAS ESTRUCTURALES DE VECTOR ACTIVO O RETICULARES Son sistemas portantes formados por elementos lineales, denominadas barras, en los que la transmisión de las fuerzas se realiza por Descomposición Vectorial. De manera tal que cualquier forma posible resulte de la combinación de sistemas triangulados. FUERZAS: Los elementos lineales del sistema (barras) están sometidos a esfuerzos de compresión o de tracción. CARACTERÍSTICAS: CLASIFICACIÓN: Triangulación. Cerchas planas. Unión mediante nudos. Cerchas planas combinadas. Cerchas curvas. Mallas espaciales. ESTRUCTURAS DE VESTOR ACTIVO: MECANISMO DE VIGA: MECANISMO DE ARCO: MECANISMO DE CERCHA: INDEFOMABILIDAD: El marco triangular articulado es el único sistema estructural indeformable. ESFUERZOS EN LAS BARRAS: El equilibrio estático se logra con la materialización de la trama de barras, las que están solicitadas por fuerzas axiales resultantes de la descomposición y equilibrio de estas. ANÁLISIS DE CARGAS EN LOS NUDOS: En una Viga Reticulada, los esfuerzos que componen la flexión (Compresión y Tracción) serán tomados por las barras que componen el mecanismo. VIGAS WARREN: Viga triangulada, formada por diagonales alternativamente inclinadas en una y otra dirección, simétricas respecto a la vertical y formando triángulos isósceles iguales. Puede llevar barras montantes agregadas para reducir las luces de las barras sometidas a la compresión, o reducir la flexión en las barras del cordón inferior. Viga Warren con montantes intercaladas, Se emplea en luces reducidas, medianas y grandes, con la ventaja de poseer una malla poco tupida. VIGA PRATT: Viga constituida por una estructura triangulada, utilizada para luces medianas y grandes luces (superiores a 100 metros con alturas entre 1/5 a 1/8 de su luz). Las diagonales trabajan a la tracción y los montantes trabajan a la compresión. Estas vigas suelen diseñarse con nudos articulados. VIGA VIERENDEEL: Viga de alma abierta conformada por cordones horizontales y barras verticales rígidas que conecta los cordones superiores con los inferiores sin barras diagonales. Es condicionante que esta viga tenga uniones rígidas en todos los nudos, lo que la hace más pesada que una viga reticulada con elementos diagonales. Se la utiliza para cubrir grandes luces y se construye en acero u hormigón armado. MALLAS ESPACIALES: La estructura que se genera por repetición de un elemento geométrico. ESTEREOESTRUCTURAS: Son estructuras metálicas planas destinadas a soportar cargas normales a su plano, con apoyos puntuales separados 10 o más metros. ESTRUCTURAS GEODÉSICAS: Cúpulas geodésicas basadas en la mutación de un icosaedro. Un Icosaedro esférico es una figura inscripta en una esfera, formada por 20 triángulos equiláteros iguales. TENSEGRITY: Tipo estructural determinado por un Marco Tridimensional Estable, ensamblado con cables continuos y puntales rígidos discontinuos. TENSEGRIDAD: Es un principio estructural basado en el empleo de componentes aislados comprimidos que se encuentran dentro de una red tensada continua, de tal modo que los miembros comprimidos (generalmente barras) no se tocan entre sí y están unidos únicamente por medio de componentes traccionados (habitualmente cables) que son los que delimitan espacialmente dicho sistema. CARACTERÍSTICAS: En equilibrio y estable por sí mismo: El sistema recupera su posición original después de que alguna acción externa lo haya alejado de ella; y por sí mismo porque dicho equilibrio es independiente de cualquier condición ajena a él. Componentes: Se trata de una barra o un cable, o puede ser una membrana o un ensamblaje de componentes más elementales. Comprimidos o traccionados: La clave está en que cada componente, en su totalidad, ha de trabajar a compresión o a tracción, no a ambas a la vez o de forma mixta (flexión). Tensión continua y compresión discontinua: Los componentes comprimidos han de estar aislados entre sí, mientras que los que están sometidos a tracción crean un “océano” de tensión sin discontinuidad entre nudos.