7 - estructuras - 2014

F.A.U.D. - 2014 - U.N.C.

INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA ”B”

1

ESTRUCTURAS 1° PARTE

PARA QUE HACEMOS LA ESTRUCTURA?

PARA RESISTIR CARGASFUERZAS

SIN MOVERSESIN ROMPERSESIN DEFORMARSE EXCESIVAMENTE

QUE ES UNA ESTRUCTURA? CONJUNTO ORGANIZADO

SUBSITEMA DEL SISTEMA CONSTRUCTIVO

CUERPOS O COMPONENTES (MATERIAL)

PROPIEDADES ESTUCTURALES

Cubrir luces, soportar cargas verticales soportar empujes horizontales

VINCULADOSDISTINTOS TIPOS DE VINCULOS SEGÚN LA ORGANIZACIÓN DEL SISTEMA

PARA RECIBIR Y TRANSMITIR FUERZAS

NO MOVERSENO ROMPERSENO DEFORMARSE

• INDIFERENCIADO• DIFERENCIADO• MIXTO

TIPOS ESTRUCTURALES

ESTABLEINDIFERENTEINESTABLE

EQUILIBRIO

RESUMIENDO

3

ANALISIS ESTRUCTURAL

ESTATICA(sólidos IDEALES)

RESISTENCIA DE MATERIALES(sólidos REALES)

VER POR DENTRO

VER POR FUERA

EQUILIBRIO ESTATICO O EXTERNO

EQUILIBRIO ELASTICO O INTERNO

Σ FUERZAS = 0Σ MOMENTOS = 0

Σ FUERZAS EXTERIORES = Σ

FUERZAS INTERIORES

ACCIONESREACCIONESa nivel Molecular

ACCIONESREACCIONESa nivel organización

• COMPRESION• TRACCION• CORTE

• TORSION• FLEXION

CARGASESTATICAS

DINAMICAS

TENSION FUERZA / SUPERFICIE[Kg/cm2] – [Tn/m2]

• EQUILIBRIO ESTABLE• RESISTENCIA• EFICIENCIA

REQUERIMIENTOS DE LA ESTRUCTURA

…YA QUE ESTAMOS RESUMIENDO

4

PRODUCIDO POR FUERZAS

PRODUCIDO POR CUPLAS

ESTRUCTURAS 2º PARTE

LOS TEMAS QUE DEBE RESOLVER UNA ESTRUCTURA SON:

1. Cubrir luces2. Transmitir las cargas al

suelo 3. Resistir empujes

horizontales EQUILIBRIO ESTABLECumpliendo las

condiciones establecidas en la clase

previa

RESISTENCIA

EFICIENCIA

Analicemos entonces como

logramos:

1. Cubrir luces2. Transmitir

las cargas al suelo

3. Resistir empujes horizontales

MAT

ERIA

LES

1er problema:

CUBRIR LUCES

C

UB

RIR

LU

CES

CU

BR

IR L

UC

ES

C

UB

RIR

LU

CES

Los tipos estructurales empleados para cubrir luces (Según el esfuerzo al que trabajan)

• Estructuras Traccionadas

• Estructuras Comprimidas

• Estructuras Flexionadas

C

UB

RIR

LU

CES

CU

BR

IR L

UC

ES

C

UB

RIR

LU

CES


C

UB

RIR

LU

CES

CU

BR

IR L

UC

ES

C

UB

RIR

LU

CES

C

UB

RIR

LU

CES

CU

BR

IR L

UC

ES

C

UB

RIR

LU

CES


2º alternativa para equilibrar

Condición inicial ( F x D = f x d)

Cambio uno de los términos y se rompe la igualdad.

1º alternativa para equilibrar

Aumento el brazo de palanca “d” Aumento la resistencia del material o sea la fuerza que puede oponer “f”


Vigas ( elementos lineales) de distintos materiales

• Estructuras FlexionadasLosas ( elementos planos) de distintos tipos

Viguetas Con molón cerámico Con molón de Hº Cº

Hormigonado de la capa de compresiónLosa maciza

Losa casetonada en dos direcciones

Losa nervurada (en una direccion)

forma

materialluz

Los elementos mas comunes son:LINEALES: vigas

(macizas, compuestas, reticuladas)

PLANOS: losas(macizas, alivianadas, Pi,

Ypsilon…)

C

UB

RIR

LU

CES

CU

BR

IR L

UC

ES

C

UB

RIR

LU

CES


C

UB

RIR

LU

CES

CU

BR

IR L

UC

ES

C

UB

RIR

LU

CES


• Bóvedas, cúpulas.

• Arcos.

Superficies generadas por traslación o rotación de arcos

Acueducto de Segovia

C

UB

RIR

LU

CES

CU

BR

IR L

UC

ES

C

UB

RIR

LU

CES


C

UB

RIR

LU

CES

CU

BR

IR L

UC

ES

C

UB

RIR

LU

CES


Un edificio destacable con una característica forma de catenaria es la antigua Reserva Federal de Minneapolis. El diseño es del arquitecto de origen letón Gunnar Birkerts e imita un puente colgante. Consiste básicamente en dos grandes estructuras laterales de hormigón separadas 100 metros una de la otra que sirven de soporte en las que se anclan dos inmensos cables de los que cuelga un edificio de 11 pisos. Los cables adoptan una forma de curva catenaria que se reproduce en la fachada para resaltar el sistema constructivo empleado.

C

UB

RIR

LU

CES

CU

BR

IR L

UC

ES

C

UB

RIR

LU

CEShttp://en.wikipedia.org/wiki/Gunnar_Birkerts


COLGADAS• Utilizar cables para colgar

elementos que cierren espacios.

LAMINAS TRACCIONADAS

INFLADAS

C

UB

RIR

LU

CES

CU

BR

IR L

UC

ES

C

UB

RIR

LU

CES


• Estructuras de Mampuestos

• Estructuras de chapa de acero o fibrocemento

• Cubrir luces• Transmitir las cargas

al suelo• Resistir empujes

horizontales

LOS PROBLEMAS PRINCIPALES DE UNA ESTRUCTURA M

ATER

IALE

S

2º problema:

TRANSMITIR LAS CARGAS AL SUELO

TR

AN

SMIT

IR L

AS

CA

RG

AS

AL

SUEL

O

TRA

NSM

ITIR

LA

S C

AR

GA

S A

L SU

ELO

Los elementos mas comunes son:

PLANOS: muros, pantallas.

LINEALES: columnas.

Estos elementos trabajan básicamente a COMPRESIÓN

TR

AN

SMIT

IR L

AS

CA

RG

AS

AL

SUEL

O

TRA

NSM

ITIR

LA

S C

AR

GA

S A

L SU

ELO

Estabilidad y resistencia de los elementos comprimidos

TR

AN

SMIT

IR L

AS

CA

RG

AS

AL

SUEL

O

TRA

NSM

ITIR

LA

S C

AR

GA

S A

L SU

ELO

EL PANDEO:En los elementos estructurales largos y delgados (esbeltos) sometidos a compresión, cuando aumenta la carga, llega un punto en que, en lugar de limitarse a acortar su longitud, “pandea”, o sea que se curva lateralmente.

Depende de:• El material que lo constituye• Los vínculos en sus extremos• La esbeltez del elemento T

RA

NSM

ITIR

LA

S C

AR

GA

S A

L SU

ELO

TR

AN

SMIT

IR L

AS

CA

RG

AS

AL

SUEL

O

Puede pandear todo elemento comprimido

Ciertos materiales pandean menos que otros.

Los empotrados pandean menos que articulados.

Pandean menos los elementos robustos que los esbeltos.

Los de mayor sección en los dos sentidos pandean menos.Lo mismo aquellos que tienen el material mas lejos del eje de la pieza T

RA

NSM

ITIR

LA

S C

AR

GA

S A

L SU

ELO

TR

AN

SMIT

IR L

AS

CA

RG

AS

AL

SUEL

O

ArticulaciónEmpotramiento

AluminioAcero



horizontales


ATER

IALE

S<<

3er problema:

RESISTIR LOS EMPUJES HORIZONTALES

RES

ISTI

R L

OS

EMPU

JES

HO

RIZ

ON

TALE

S R

ESIS

TIR

LO

S EM

PUJE

S H

OR

IZO

NTA

LES

FINFINFIN

FINFINFINFIN

FINFINFIN

FINFINFIN

FINFINFINFIN

FINFINFIN

FINFINFIN

FINFINFINFIN

FINFINFIN

1er problema:

CUBRIR LUCES

C

UB

RIR

LU

CES

CU

BR

IR L

UC

ES

C

UB

RIR

LU

CES

Los tipos estructurales Según el esfuerzo al que trabajan.




C

UB

RIR

LU

CES

CU

BR

IR L

UC

ES

C

UB

RIR

LU

CES

F

P

D

dff

F

F

D

dff

F

F

D

f

f

F

F

D

df

f

F x D =

F x D

F x D = f x d

F x D = f x d

f x d

d

f x d

2º alternativa para equilibrar:

1º alternativa para equilibrar:

ESTRUCTURAS FLEXIONADAS

C

UB

RIR

LU

CES

CU

BR

IR L

UC

ES

C

UB

RIR

LU

CES

2º problema:

TRANSMITIR LAS CARGAS AL SUELO

TR

AN

SMIT

IR L

AS

CA

RG

AS

AL

SUEL

O

TRA

NSM

ITIR

LA

S C

AR

GA

S A

L SU

ELO

Estabilidad y resistencia de los elementos comprimidos

TR

AN

SMIT

IR L

AS

CA

RG

AS

AL

SUEL

O

TRA

NSM

ITIR

LA

S C

AR

GA

S A

L SU

ELO

Puede pandear todo elemento comprimido

Ciertos materiales pandean menos que otros.

Los empotrados pandean menos que articulados.

Pandean menos los elementos robustos que los esbeltos.

Los de mayor sección en los dos sentidos pandean menos.Lo mismo aquellos que tienen el material mas lejos del eje de la pieza T

RA

NSM

ITIR

LA

S C

AR

GA

S A

L SU

ELO

TR

AN

SMIT

IR L

AS

CA

RG

AS

AL

SUEL

O

ArticulaciónEmpotramiento

AluminioAcero

3er problema:

RESISTIR LOS EMPUJES HORIZONTALES

RES

ISTI

R L

OS

EMPU

JES

HO

RIZ

ON

TALE

S R

ESIS

TIR

LO

S EM

PUJE

S H

OR

IZO

NTA

LES



horizontales


ATER

IALE

S

…empuje del viento,

…movimientos del suelo,

Origen:

La inercia del edificio a quedarse en su sitio cuando se mueve el suelo por sismo.

Viento, cargas apoyadas en el edificio

RES

ISTI

R L

OS

EMPU

JES

HO

RIZ

ON

TALE

S R

ESIS

TIR

LO

S EM

PUJE

S H

OR

IZO

NTA

LES

Lo que produce el daño no es la velocidad, sino el cambio de ésta, es decir la aceleración o la desaceleración

PRINCIPIO DE INERCIATodo cuerpo presenta una reacción a cambiar su estado de movimiento ( si está en movimiento uniforme a ser detenido; si está en reposo a moverse) esta reacción es directamente

proporcional a la masa del cuerpo.

RES

ISTI

R L

OS

EMPU

JES

HO

RIZ

ON

TALE

S R

ESIS

TIR

LO

S EM

PUJE

S H

OR

IZO

NTA

LES

Al ponerse el terreno en movimiento por el sismo de manera brusca y oscilatoria, la totalidad y cada una de las partes del edificio “reacciona” oponiéndose al movimiento

con una fuerza proporcional a su masa y de sentido contrario al movimiento del terreno

RES

ISTI

R L

OS

EMPU

JES

HO

RIZ

ON

TALE

S R

ESIS

TIR

LO

S EM

PUJE

S H

OR

IZO

NTA

LES

MVMV

MVMVME

MV = E x d

ME = P x d

ME

MV

ANÁLISIS ESTÁTICO

EE

ReRe

Re

E

P P

PP

Rp Rp

RpRp

Rp

P

P

Rp

MV

E

Re

d

d

MOMENTO DE VUELCO

MOMENTO ESTABILIZADOR

MV = E x d MOMENTO DE VUELCO

Sistema de fuerzas en equilibrio P = RP

La pieza está sometida a comprensión y la tensión se distribuye en toda la sección en forma uniforme.

RES

ISTI

R L

OS

EMPU

JES

HO

RIZ

ON

TALE

S R

ESIS

TIR

LO

S EM

PUJE

S H

OR

IZO

NTA

LES

Analicemos las distintas situaciones:

MVMV

MVMVME

MV = E x d

ME = P x d

ME

MV

ANÁLISIS ESTÁTICO

EE

ReRe

Re

E

P P

PP

Rp Rp

RpRp

Rp

P

P

Rp

MV

E

Re

d

d

MOMENTO DE VUELCO



El momento de vuelco

aumenta con: • La fuerza del empuje• La altura del edificio

El momento de vuelco se modificará si lo hace la fuerza,

en este caso el empuje horizontal

(E) o la distancia (d) que en este caso varía con el punto de aplicación, que

tiene relación con la altura del edificio.

RES

ISTI

R L

OS

EMPU

JES

HO

RIZ

ON

TALE

S R

ESIS

TIR

LO

S EM

PUJE

S H

OR

IZO

NTA

LES

MVMV

MVMVME

MV = E x d

ME = P x d

ME

MV

ANÁLISIS ESTÁTICO

EE

ReRe

Re

E

P P

PP

Rp Rp

RpRp

Rp

P

P

Rp

MV

E

Re

d

d

MOMENTO DE VUELCO



El momento estabilizador aumenta con: • El peso del edificio

• El ancho de su base.

Sumatoria de fuerzas ( una horizontal

y una vertical) según sea la relación de

magnitud entre ambas, será la inclinación de la

resultante, si esta se desvía y su recta de

accion sale fuera de la base…..”patapumbate!!”

.

RES

ISTI

R L

OS

EMPU

JES

HO

RIZ

ON

TALE

S R

ESIS

TIR

LO

S EM

PUJE

S H

OR

IZO

NTA

LES

Perdida del equilibrio

Rotura del material

Equilibrio de fuerzas y momentos exteriores. å F = 0 M = 0.

EQUILIBRIO ESTÁTICO O EXTERNO

Equilibrio entre fuerzas exteriores e interiores.

EQUILIBRIO ELÁSTICO O INTERNO

ESTÁTICA

RESISTENCIA DE MATERIALES RES

ISTI

R L

OS

EMPU

JES

HO

RIZ

ON

TALE

S R

ESIS

TIR

LO

S EM

PUJE

S H

OR

IZO

NTA

LES

MVMV

MVMVME

MV = E x d

ME = P x d

ME

MV

ANÁLISIS ESTÁTICO

EE

ReRe

Re

E

P P

PP

Rp Rp

RpRp

Rp

P

P

Rp

MV

E

Re

d

d

MOMENTO DE VUELCO



RES

ISTI

R L

OS

EMPU

JES

HO

RIZ

ON

TALE

S R

ESIS

TIR

LO

S EM

PUJE

S H

OR

IZO

NTA

LES

MV MV

ME ME

RESISTENCIA DE MATERIALES

RES

ISTI

R L

OS

EMPU

JES

HO

RIZ

ON

TALE

S R

ESIS

TIR

LO

S EM

PUJE

S H

OR

IZO

NTA

LES

EMPUJES HORIZONTALES

VIENTO SISMOMOMENTO DE VUELCO aumenta con:

MOMENTO ESTABILIZADOR aumenta con:• Peso del edificio• Amplitud de la base

• Aceleración producida por el sismo;

• Masa del edificio;• Geometría: Altura (punto de

aplicación )

• Peso del edificio• Amplitud de la base

• Fuerza del viento;• Geometría: planos

expuestos;• Geometría: Altura (punto de

aplicación )

RES

ISTI

R L

OS

EMPU

JES

HO

RIZ

ON

TALE

S R

ESIS

TIR

LO

S EM

PUJE

S H

OR

IZO

NTA

LES



horizontales


ATER

IALE

S<<

EQUILIBRIO ELÁSTICO O INTERNO Equilibrio de fuerzas exteriores con

fuerzas interiores.

LAS CONDICIONES MÍNIMAS SON:2 PLANOS PARALELOS,

1 PERPENDICULAR Y 1 PLANO QUE LOS VINCULE.

EQUILIBRIO ESTÁTICO O EXTERNO Equilibrio de fuerzas y momentos.

å F = 0 ; M = 0.

F = 0 (en 2 direcciones)

M = 0.

LOS PLANOS DEBEN RESISTIR LAS TENSIONES

LOS MUROS RESISTEN CARGAS VERTICALES PORQUE:• La mampostería resiste a la compresión (dentro de sus

límites) • Tiene trabas

LOS MUROS NO RESISTEN EMPUJES HORIZONTALES PORQUE:• La mampostería no resiste a la tracción• Las hiladas son horizontales


• Necesitan agregados que trabajen a tracción

Muros, pantallas, pórticos (biarticulados o triarticulados)




horizontales


ATER

IALE

S

Pórtico triarticulado:Soporta fuerzas en el plano

Pórtico triarticulado:NO soporta fuerzas perpendiculares

Cargas vert.

Fuerz.horiz.

Cubrir luces

Articulación móvil

Articulación fija

Empotramiento

FINFINFIN

FINFINFINFIN

FINFINFIN

FINFINFIN

FINFINFINFIN

FINFINFIN

FINFINFIN

FINFINFINFIN

FINFINFIN

MVMV

MVMVME

MV = E x d

ME = P x d

ME

MV

ANÁLISIS ESTÁTICO

EE

ReRe

Re

E

P P

PP

Rp Rp

RpRp

Rp

P

P

Rp

MV

E

Re

d

d

MOMENTO DE VUELCO



Desequilibrio

Rotura del material

7 - estructuras - 2014

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