Columnas, Armaduras y Largueros de Acero

Columnas, armaduras y largueros de

acero

Equipo

Alfredo Ocadiz

Gerardo Yáñez

Objetivo• Sintetizará desde visitas a obras incluyendo análisis de edificaciones a observarse

en forma virtual utilizando video filmaciones, imágenes virtuales explicativas, dibujos, detalles constructivos y maquetas propuestas puntuales desde el análisis de la diversidad de tipologías estructurales arquitectónicas ya construidas y en proceso de ejecución, comparando sin profundizar en las Estructuras de masa activa, con las ventajas que ofrecen las Estructuras de vector Activo geodésicas, Tensegrity (comprendiendo todas los tipos de Armaduras soportadas en columnas de acero y /o concreto, incluyendo las Estéreo estructuras O estructuras tridimensionales conformadas mediante diversidad de diversos tipos de redes ) así como con las estructuras de superficie activa paraboloides hiperboloides regladas, torales, de cuerno de toro, de simple y doble curvatura, de curvaturas; anti clástica y sin clástica, las hinchables y/o neumáticas , Las Estructuras construidas mediante cables, Las cualidades de las Three Structures (Estructuras Arbóreas ). Destacando el análisis de las que utilicen sistemas industrializados en acero y sistemas mixtos (Ejemplos; concreto con acero, plástico y acero, madera y acero, concreto acero y madera, concreto y plástico, concreto plástico y acero, concreto acero plástico y madera. otras aleaciones metálicas y etc.

El Acero Estructural

• Material más usado para construcción en el mundo.

• Aleación de hierro con carbono y otros minerales como manganeso, fosforo, azufre, sílice y vanadio.

• Material de gran resistencia a tensión y compresión.

• Costo razonable.• Abundante.• De fácil ensamblaje.

Aplicaciones

• Las aplicaciones del acero estructural en la construcción:

• Cables para puentes colgantes, atirantados y concreto preforzado.

• Varillas y mallas electro soladas para el concreto reforzado.

• Láminas plegadas usadas para techos y pisos.

Ductilidad• La deformación del acero se da a partir de la

fluencia, denominada: ductilidad.

• Cualidad muy importante en en el acero como material estructural.

• Base de los métodos del diseño plástico.

• Permite a la estructura absorber grandes cantidades de energía por deformación.

Ejemplos de uso

• La estructura más famosa que revolucionó el acero fue la torre Eiffel.

Museo del Chopo

Puente de Brooklyn

Wall Trade Center

Columnas

Elemento arquitectónico vertical y de forma alargada que normalmente tiene funciones estructurales, aunque también pueden erigirse con fines decorativos.

Su sección es circular, pues cuando es

cuadrangular suele denominarse pilar, o

pilastra si está adosada a un muro

http://es.wikipedia.org/wiki/Columna_(arquitectura)http://www.arqhys.com/contenidos/la-columna-arquitectura.html

La columna clásica está formada por tres elementos:

•BASA

o Parte inferior de la columna, que tiene como fin servir de punto de apoyo al fuste, ampliando aquel, y está compuesto generalmente por molduras.

http://es.wikipedia.org/wiki/Basa

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Basa_de_columna.jpg

• FUSTE

Parte de la columna que se encuentra entre el capitel y la basa.Su diseño puede ser desde el simplemente liso, es decir sin decorado alguno, pasando por el estriado o rayado en el sentido vertical del fuste, este estriado se llegó a hacer fino resaltándolo en lomo curvo o bien acanalado, con muescas en los extremos de cada ralladura para difuminar su forma con la del basamento o con el capitel.

http://es.wikipedia.org/wiki/Fuste

• CAPITEL

Elemento arquitectónico que se dispone en el extremo superior de la columna, pilar o pilastra para transmitir a estas piezas estructurales verticales las cargas que recibe del entablamento horizontal o del arco que se apoya en él.

http://es.wikipedia.org/wiki/Capitel

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:DetailColonne.jpg

• Columna aislada o exenta: La que se encuentra separada de un muro o cualquier elemento vertical de la edificación.

• Columna adosada: La que está yuxtapuesta a un muro u otro elemento de la edificación.

• Columna embebida: La que aparenta estar parcialmente incrustada en el muro u otro cuerpo de la construcción.

http://www.historiadelarte.us/notas-de-arquitectura/columnas.html

Pueden distinguirse estos tipos de columnas:

En razón de su pertenencia a alguno de los órdenes arquitectónicos clásicos, la columna puede ser:

Orden Dórico:

Es el orden más sencillo de todos.

La columna no tiene base, el fuste tiene estrías de cantos

vivos, y al pie del fuste encontramos el collarino, imitación

al que hacían en los troncos de madera en los inicios.

Su capitel está compuesto por dos partes: ábaco equino.

Se trata de una arquitectura arquitrabada, siendo el

arquitrabe liso y sin decoración. El friso se une al

arquitrabe por las gotas. El friso se divide en triglifos y

metopas. Éstas últimas contiene relieves. Se encuentran

encima de la cornisa, saliente para el agua. Más arriba

encontramos el frontón, y dentro del mismo, el tímpano

(zona triangular para realizar relieves).

El frontón es triangular para dar lugar al techo a do

aguas. Tienen estereóbato.

• Orden Jónico:

Es el orden con la columna más estilizadas. El fuste tiene cantos planos. El capitel representa el peinado de una mujer, representado por volutas en el ábaco y sobre el equino. Este capitel está formado por tres partes : el ábaco, el equino y las volutas. Aunque también se encuentran más elementos decorativos.Encontramos un arquitrabe dividido en tres franjas. El friso es corrido, sobre el cuál está el dentículo , que a su vez está debajo de la cornisa. Tras la base, esta columna tiene astrágalo.

http://www.webcultura.net/u-columnas-griegas.html

Columnas de acero

• En cuestión de seguridad, son superiores a las columnas de fundición.

• Tiene gran resistencia de reserva contra la ruptura.

• Propiedades: tenacidad y ductilidad.

• Puede sufrir un choque y seguirá soportando la carga sin romperse.

• Deben emplearse cuando puedan estar expuestas a grandes cargas excéntricas, choques de vehículos o maquinaria pesada.

Sistemas Estructurales

Sistemas estructurales básicos

• Se define como estructura a los cuerpos capaces de resistir cargas sin que exista una deformación excesiva de una de las partes con respecto a otra.

• Por ello la función de una estructura consiste en trasmitir las fuerzas de un punto a otro en el espacio, resistiendo su aplicación sin perder la estabilidad.

Marshall, W. y Nelson, H. (1995). Estructuras. México, D.F., México: Alfaomega Grupo Editor, S.A. de C.V.

La Estabilidad se basa en principios estáticos.

• Principios estáticos básicos que optimizan el comportamiento de los materiales ante diferentes solicitudes de carga y se refieren a los esfuerzos básicos de tracción, compresión y corte.


• Principios estáticos complejos que están compuestos por los diferentes preceptos:

Dintel: Se basa elementos horizontales lineales que se apoyan en elementos verticales a compresión (Fig 1A).

Pórtico: Se crean elementos horizontales que se encuentran unidos a elementos verticales, de forma tal que se origina la continuidad en todo el conjunto asegurando la estabilidad del mismo (Fig 1B).


Figura 1. Dintel y Pórtico.

• Arco: Se basa en el elemento constructivo arco. Permite cubrir mayor longitud; no solamente soportan compresión, sino el empuje horizontal que les transmite el arco siendo necesario tirantes y contrafuertes (Fig 2A).

• Triángulo: Consiste en vano de dos elementos en forma triangular con el suelo. Son barras articuladas sometidas a tracción y compresión (Fig 2B).


Figura 2. Arco y Triangulo.

• Árbol: Definido por elementos verticales de soporte aislado que sostienen individualmente cubiertas horizontales (Fig 3A).

• Neumático: Se basa en formar componentes constructivos con materiales elásticos que permitan inflarlos de aire (Fig 3B).


Figura 3. Árbol y Neumático.

Clasificación de Sistemas Estructurales

• Sistema de Forma Activa: Estructuras que trabajan a tracción o compresión simples, tales como los cables y arcos.

Cables• Los cables son estructuras flexibles debido a la

pequeña sección transversal en relación con la longitud.


Esta flexibilidad indica una limitada resistencia a la flexión, por lo que la carga se transforma en tracción y también hace que el cable cambie su forma según la carga que se aplique. Las formas que puede adoptar el cable

son:

1. Polígono funicular, es la forma que adopta el cable ante fuerzas puntuales.

2. Parábola, es la curva que adquiere el cable ante una carga horizontal uniformemente repartida.

3. Catenaria, es la figura que forma el cable ante el peso propio del mismo.


Figura 5. Elementos del sistema de cables.

Arcos Si se invierte la forma parabólica que toma un

cable, sobre el cual actúan cargas uniformemente distribuidas según una horizontal, se obtiene la forma ideal de un arco que sometido a ese tipo de carga desarrolla sólo fuerzas de compresión.

El arco es en esencia una estructura de compresión utilizado para cubrir grandes luces.



Figura 6. Estructuras usando arcos.

• Sistemas de Vector Activo: Estructuras en estados simultáneos de esfuerzos de tracción y compresión, tales como las cerchas planas y espaciales.

Armaduras Proporcionan una solución práctica y económica a

muchas situaciones de ingeniería, especialmente en el diseño de puentes y edificios.

Los elementos de una armadura se unen sólo en los extremos por medio de pasadores sin fricción para formar una armazón rígida.


Armaduras

• Son estructuras ligeras formadas esencialmente por barras rígidas y que son utilizadas para cubrir grandes claros en muy diversos tipos de construcciones, especialmente de techumbres.

• Se basan en el principio físico de la indeformabilidad del triángulo, figura geométrica estable por excelencia.

http://iiarquitectos.blogspot.com/2010/01/armaduras.html

• A los puntos de unión se les llaman nodos de la armadura y es en ellos donde las fuerzas se aplican.

• Las fuerzas que actúan sobre la estructura en su conjunto, se distribuyen sobre los elementos que la componen y las fuerzas que actúan sobre estos son axiales, es decir que los elementos estarán siempre sometidos a fuerzas de tensión o compresión.


Uso

• Mediante su empleo se pueden salvar grandes claros en forma económica.• Este sistema permite realizar a un costo

razonable y con un gasto mínimo de material estructuras de metal que salvan desde treinta hasta más de cien metros.


Tipos de Armaduras

• Armaduras Planas. (Bidimensional) Pratt . Las diagonales están sometidas a tracción

mientras que las verticales trabajan a compresión.

http://www.buenastareas.com/ensayos/Tipos-De-Armaduras/1167701.html

Howe. Las diagonales trabajan a compresión, y las verticales a tracción.

Warren. Forman una serie de triángulos isósceles o equiláteros. Las diagonales alternativamente trabajan a tracción o compresión

http://www.buenastareas.com/ensayos/Tipos-De-Armaduras/1167701.html

• Parker. La armadura más usual para puente con cabeza curva es la viga triangulada Parker, que en realidad es una viga Pratt con cabezas curvas.

• Armadura Fink. Para techos de pendientes mayores (más de 15º) la armadura Fink es muy usada .

• Las Howe yPratt también pueden usarse pero no son tan económicas.

• La armadura Fink puede ser dividida en un gran número de triángulos y coincidir casi con cualquier espaciamiento de largueros.

• Sistemas de Masa Activa. Estructuras que trabajan a flexión, tales como las vigas, dinteles, pilares y pórticos.

Vigas Las vigas figuran entre los elementos estructurales

más comunes, dado que la mayor parte de las cargas son verticales y la mayoría de las superficies utilizables son horizontales.

Las vigas transmiten en dirección horizontal las cargas verticales, lo que implica una acción de flexión y corte.

Salvadori, M. (1998). Estructuras para Arquitectos. Buenos Aires, Argentina: Kliczkowski Publisher.

Viga simplemente apoyada.

Viga en volado

Dinteles y Pilares El sistema de pilar y dintel pueden construirse uno

sobre otro para levantar edificios de muchos pisos. En este caso, los dinteles apoyan en pilares o en paredes de altura igual a la del edificio.

Si bien la construcción de este tipo puede resistir cargas verticales, no ocurre lo mismo con las horizontales, así los vientos huracanados y terremotos dañan con facilidad este sistema, pues la mampostería y los elementos de piedra poseen escasa resistencia a la flexión y no se establece una conexión fuerte entre los dinteles y pilares.


Pilar y dintel.

Marcos Rigidos Esta estructura, denominada el pórtico rígido

simple o de una nave, se comporta de manera monolítica y es más resistente tanto a las cargas verticales como a las horizontales.(Fig. 13).

A medida que aumentan el ancho y la altura del edificio, resulta práctico aumentar el número de naves, reduciendo así la luz de las vigas y absorbiendo las cargas horizontales de manera más económica.


Pórtico

Pórtico tridimensional

• Sistemas de Superficie Activa. Estructuras en estado de tensión superficial, tales como las placas, membranas y cáscaras.

Placas Los sistemas de entramado son particularmente

eficientes para transferir cargas concentradas y para lograr que toda la estructura participe en la acción portante.

Esta eficiencia se refleja no sólo en la mejor distribución de las cargas sobre los apoyos, sino en la menor relación espesor a luz de los entramados rectangulares.

Orozco, E. (1999). La Estática en los Componentes Constructivos. San Cristóbal, Venezuela: UNET.

Acción de placa

Placa de piso con núcleo interno

La eficiencia estructural de las placas puede aumentarse reforzándolas con nervaduras, eliminando así parte del material de la zona próxima al plano neutro sin tensiones.

Las placas plegadas pueden hacerse de madera, acero, aluminio o concreto armado.

Placa con nervaduras

Membranas Una membrana es una hoja de material tan delgada que

para todo fin práctico, puede desarrollar solamente tracción.

Algunos ejemplos de membrana constituyen un trozo de tela o de caucho. En general, las membranas deben estabilizarse por medio de un esqueleto interno o por pre-tensión producido por fuerzas externas o presión interna.

El pretensado permite que una membrana cargada desarrolle tensiones de compresión hasta valores capaces de equilibrar las tensiones de tracción incorporadas a ellas.


Ejemplos de membranas pretensadas

Cáscaras Son estructuras cuya resistencia se obtiene dando forma al

material según las cargas que deben soportar.

Cáscaras


Las cáscaras delgadas son estructuras resistentes por la forma, suficientemente delgadas para no desarrollar tensiones apreciables de flexión, pero también suficientemente gruesas para resistir cargas por compresión, corte y tracción.

Formas de cáscaras


Placas planas plegadas de concreto postensado

Paraboloides hiperbólicos en concreto reforzado, Candela, México

• Estéreo Estructuras. (Tridimensionales)

Las estéreo estructuras espaciales constituyen una óptima solución para cubrir grandes luces.

Estas formas constructivas, en sus distintas familias (planas, plegadas, cilíndricas, esféricas, etc.), consisten básicamente en estructuras de barras (generalmente metálicas) cuya conexión y disposición permite una adecuada distribución de las necesidades provocadas por las cargas exteriores (peso propio, cerramientos, sobrecargas útiles o accidentales, viento, etc.) y las correspondientes reacciones de apoyo.

Se puede utilizar como techado de panel metálico, domos acrílicos, vidrio, madera, etc., de acuerdo a los requerimientos arquitectónicos.

Las conexiones de las barras se realizan en los nudos, para los que existe una gran variedad constructiva que da origen a distintos sistemas, algunos sujetos a patentes con mayor o menor grado de difusión.

El funcionamiento de estas estructuras es espacial, (actúan los esfuerzos en las tres dimensiones).

• La forma de la grilla puede adoptar una de las siguientes disposiciones geométricas:

Estructuras planas, con aplicación a cubiertas y entrepisos. Pueden ser horizontales, inclinadas o quebradas a dos aguas.

Ing. Angel Maydana, Estereoestructuras, Argentina:UNlP. FACULTAD DE ARQ. y URBANISMO. Oct. 2009

La forma general de estas estructuras se desarrolla predominantemente en un plano, horizontal o inclinado (incluso vertical cuando se utilizan como paredes). También puede tratarse de planos distintos, quebrándose a dos aguas.


Ajuste en la construcción de una grilla plana

Estructuras en bóveda cilíndrica, con una directriz (transversal) curva -arco de circunferencia, parábola, elipse, etc.- y sus elementos de apoyo y de rigidización se encuentran en sus extremos.


El edificio ecológico

Estructuras plegadas, que resultan una variante de la anterior, cuando en vez de una curva la sección transversal se materializa con una poligonal.


Nueva obra del edificio del ex Mercado de Pescado / Centro Metropolitano de Diseño

Estructuras cúpulas de revolución, cuando su generación es por rotación en torno a un eje de simetría.


Monumento a la Revolución

Tensegrity

• La 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.

Tensegridad y Estructuras Tensegríticashttp://www.tensegridad.es/

El término Tensegridad, proveniente del inglés Tensegrity es un término arquitectónico acuñado por Buckminster Fuller como contracción de tensional integrity (integridad tensional).


http://es.wikipedia.org/wiki/Buckminster_Fuller



• Una estructura constituye un sistema de tensegridad si se encuentra en un estado de autoequilibrio estable, formado por elementos que soportan compresión y elementos que soportan tracción.

• El equilibrio entre esfuerzos de ambos tipos de elementos dotan de forma y rigidez a la estructura.

• Esta clase de construcciones combina amplias posibilidades de diseño junto a gran resistencia, así como ligereza y economía de materiales.


• Geometría y estabilidadLa relación entre geometría y estabilidad en un sistema

de tensegridad puede explicarse fácilmente utilizando un símil: la analogía del balón.


Forma indeterminada: El balón encierra un volumen de aire menor que el que permite su envoltura. Se tiene, por tanto, un balón desinflado y arrugado.

Geometría de equilibrio: El balón adopta forma esférica al igualarse la presión de aire interior con la del exterior, pero el balón aún no presenta rigidez.

Estado de autotensión: Con el balón completamente inflado, la presión en el interior es mayor que en el exterior. Así, el aire (elemento de compresión) confiere rigidez a la envoltura del balón (elemento de tracción).


La Tensegridad en la Naturaleza


Su aplicación a la Arquitectura


Georgia Dome. Atlanta 1996

Largueros

Largueros de acero

• Palos que se oponen a lo largo de una obra de carpintería; como en puertas y ventanas.

• Formados por 2 chapas en

forma de L que forman un

rectángulo y este tiene una

serie de refuerzos que evitan

que el larguero se deforme.

• Son sometidos a muchos esfuerzos de flexión, torsión y compresión y por lo tanto deben ser resistentes.

• Estas fuerzas son descargadas sobre vértices.

• En estos vértices es

donde encontramos

mayor resistencia.

• Existe un sistema de Redes de Seguridad Sistema T (Red de Bandeja).• Conjunto de redes horizontales solapadas entre si y apoyadas

sobre unos largueros. • Se acoplan a unos soportes metálicos tipo mordaza que se

anclan a la estructura del edificio.

• Debido a la flexibilidad y elasticidad del sistema, la red, al recibir un impacto, forma una bolsa de recogida en torno a la masa atrapando ésta, amortiguando su caída e impidiendo que salga despedida fuera del sistema.

• Por lo general se pudren en 3 lugares:• Puntas• Apoyo de la torreta• Última curva

• Por lo general presentan distintos puntos de deterioro:• Parcial• Total

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