Monografia Modelos Estrucutrales.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN” E.A.P. INGENIERÍA CIVIL

“MODELACIÓN

DE ESTRUCTURAS”

ALUMNO: SOTO POZO, YOSEP DIEGO DOCENTE:

CURSO: MODELACION MECÁNICA

HUÁNUCO-PERÚ 2018

INTRODUCCION

INTRODUCCION

Desde el inicio de nuestra era como civilización humana nuestras necesidades de supervivencia tales como el alimento, el refugio o el transporte, obligaron a tomar medidas correspondientes de manera evolutiva, principalmente estos dos últimos (refugio y transporte), desde siempre se buscó lugares donde se podría poder pasar momentos de intemperie natural tales como lluvia, el viento o el frio; también como poder movilizarse de un lugar a otro puesto que se tenían ciertos problemas como la peñas, los ríos, etc. A partir justamente de la búsqueda de un lugar donde vivir y desplazarse fue tomando forma hasta la actualidad las grandes construcciones o también llamadas estructuras el cual la siguiente investigación será analizada de manera correspondiente

INDICE  OBJETIVOS:  Objetivos generales  Objetivos específicos  DESARROLLO DE OBJETIVOS: Marco teórico (estructuras) CAPITULOS: ESTRUCTURAS 1. SISTEMA DE MARCOS 1.1 COLUMNAS Y VIGAS 1.2 MARCOS ALGUNOS MODELOS

2. SISTEMA FUNICULARES 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

CABLES EN CATENARIA CARPAS NEUMATICAS ARCOS BOVEDAS

ALGUNOS MODELOS

3. SISTEMA DE CASCARONES 3.1 CASCARONES 3.2 PLACAS DOBLADAS ALGUNOS MODELOS

4. MATERIALES ESTRUCTURALES

 CONCLUSION Y RECOMENDACIONES  ANEXOS Y BIBLIOGRAFIA

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES:  Conocer a grandes y medianos rasgos sobre la definición estructura y todo lo relacionado a esta.  Poder definir y exponer conceptos determinados a cerca de las estructuras  Identificar los principales tipos de estructuras usadas en la ingeniería civil

OBJETIVOS ESPECIFICOS:  Modelizar matemáticamente las principales estructuras de supeficie activa usadas en la ingeniería civil tales como cascarones.  Definir exactamente y de manera concisa los diferentes tipos de estructuras según respectiva clasificación  conocer un poco acerca de nuestro entorno analizando en cómo están construidas la mayoría de las casas en Huanuco y que tipos de estructuras se usan en las diferentes edificaciones tales como puentes u otros.

DESARROLLO DE OBJETIVOS (MARCO TEORICO)

¿A qué se le llama estructura? La estructura (del latín structūra) es la disposición y orden de las partes dentro de un todo. También puede entenderse como un sistema de conceptos coherentes enlazados, cuyo objetivo es precisar la esencia del objeto de estudio. Tanto la realidad como el lenguaje tienen estructura. Uno de los objetivos de la semántica y de la ciencia consiste en que la estructura del lenguaje refleje fielmente la estructura de la realidad. La estructura es un elemento o conjunto de elementos unidos entre sí, con la finalidad de soportar diferentes tipos de esfuerzos. Las estructuras se dividen en verticales y horizontales, dependiendo de la posición de los elementos que lo conforman. Para ello también debe tomarse en cuenta la conveniencia del tipo de estructura debido al peso y tipo de edificación que se pretender realizar.

 Estructuras Horizontales. Las estructuras horizontales son aquellas en las que los elementos que soportan los mayores esfuerzos se hallan colocados horizontalmente. En este tipo de estructuras los elementos sometidos a mayor esfuerzo trabajan a flexión.  Estructuras verticales. Las estructuras verticales son aquellas en las que los elementos que soportan los mayores esfuerzos están colocados en posición vertical.

1. SISTEMA DE MARCOS

El tipo de estructuración más común hoy en día para edificios tanto de concreto como de acero es el que utiliza marcos rígidos. El empleo de este sistema se debió al desarrollo de nuevos materiales y sistemas de construcción (concreto armado, acero soldado) y a nuevos métodos de análisis y dimensionamiento MARCO ESTRUCTURAL Sistema estructural que fusiona elementos tipo viga y columna. Su estabilidad está determinada por la capacidad de soportar momentos en sus uniones y pueden ser planos y espaciales En la práctica rara vez se utilizan vigas como elementos aislados debido a que solo transmiten cargas verticales y como en la realidad las estructuras también están sujetas a cargas horizontales es necesarios anclarlas a sus apoyos, debido a esto empiezan a trabajar a flexión

1.1 VIGAS Y COLUMNAS

COLUMNAS Una columna es un elemento estructural lineal (comúnmente vertical) que está sometido a esfuerzos de compresión a lo largo de su eje. Las columnas se comportan diferente, dependiendo de su longitud relativa.

LONGITUD DE UNA COLUMNA Una columna corta, tal como un simple tabique sujeto a una compresión excesiva de carga, falla por ruptura. Una columna larga que está sujeta a una carga de compresión que aumenta repentinamente se pandeará (se doblará lateralmente). Este valor de la carga de compresión crítica es la carga de pandeo del elemento y éste es el límite de carga para los elementos en compresión. Cuando el material soporta una fuerte compresión (por ejemplo, el acero), requiere sólo una pequeña área de sección transversal dando como resultado un elemento delgado

FORMA DE COLUMNA

Las columnas se pandearán a lo largo de la trayectoria de menor resistencia. Si la sección transversal no tiene el mismo ancho en ambas direcciones, el pandeo ocurrirá en los ejes de dimensiones más delgadas. Para la misma cantidad de material, las columnas con más material colocado lejos del centro de la sección transversal tendrán grandes cargas de pandeo

VIGA Una viga es un elemento estructural lineal al que se le aplican cargas perpendiculares a lo largo de su eje; a tales cargas se les conoce como carga de ñexión. La flexión es la tendencia que presenta un elemento a arquearse como resultado de las cargas aplicadas perpendiculares a lo largo de su eje. La flexión causa que una cara del elemento se estire (esté en tensión) y la otra cara se acorte (esté en compresión). Y como los esfuerzos de tensión y compresión ocurren en paralelo se presentan también los esfuerzos cortantes. Una viga es el ejemplo más común de un elemento estructural en flexión. Es la solución más direcia posible a los problemas estructurales más comunes de transferencia de cargas horizontales de gravedad a los elementos de carga

VIGAS CON ESFUERZOS

Considere, por ejemplo, una viga simplemente apoyada en cada extremo y cargada en el centro. La carga aplicada en el centro (y la carga muerta de la propia viga) causa que la viga horizontal se flexione como una curva. Cuando la viga se encorva todas las fibras también lo hacen. Las fibras más cercanas a la cara convexa de la viga (la inferior en este caso) tienden a alargarse originando esfuerzo de tensión paralelo a la cara. Las fibras cercanas a la cara cóncava de la viga (superior) tienden a acortarse originando esfuerzo de compresión (también paralelo a la cara). Las fibras del centro de la viga no cambian su longitud y permanecen en estado neutro (sin tensión ni compresión). El mayor esfuerzo ocurre sobre las caras exteriores y gradualmente decrece a cero en el eje neutro (centro) (

ESFUERZOS EN EL CONTORNO Dicho de manera más simple, la tensión ocurre en la parte superior y la compresión en la parte inferior de la viga común. En realidad, las trayectorias de los esfuerzos se curvan y se intersecan (figura 8.4). Donde las líneas de tensión y compresión se cruzan, éstas son siempre perpendiculares. El espacio entre las trayectorias curvas de presión indica la concentración de fuerzas en la región (un pequeño espacio significa una elevada concentración de presiones).

MATERIALES Los mejores materiales para vigas son aquellos que tienen fuerzas similares de tensión y compresión. La madera y el acero son buenos materiales para vigas debido a su equilibrio. El concreto y los materiales de mampostería son relativamente resistentes a la compresión

pero muy débiles a la tensión. Por estas razones los dinteles de piedra (vigas cortas) encontrados en templos de la Grecia antigua sólo se podían usar para claros pequeños y eran bastante peraltados para su longitud.

REFUERZO DE LA TENSIÓN La resistencia a la tensión del concreto es tan débil que ni siquiera se considera en el diseño estructural. Las vigas de concreto se deben reforzar con acero para evitar fracturas por tensión. Como el propósito de las varillas de acero es reforzar las vigas para que resistan el esfuerzo de tensión siempre se localizan en el lado convexo de la viga

ESFUERZOS CORTANTES EN UNA VIGA Debido a que los esfuerzos de tensión y compresión que ocurren en la parte superior e inferior de las caras de la viga son paralelas, pero con direcciones opuestas se originan esfuerzos cortantes a lo largo de la viga. Como ya se analizó antes, estos “esfuerzos de

acción horizontal se deben equilibrar para que correspondan con su contraparte vertical con el fin de que un elemento cuadrado dentro de la viga permanezca en equilibrio.

MOMENTO FLECTOR O DEFLEXIÓN DE LAS VIGAS Los factores que afectan la deflexión de una viga simplemente apoyada incluyen el claro, ancho y peralte, material, localización de la carga, forma de la sección transversal y forma longitudinal Espacio del claro La deflexión de una viga aumenta rápidamente conforme al cubo de su claro. Si el espacio del claro se duplica la deflexión se incrementa en un factor de 8

Ancho y altura La deflexión de una viga rectangular varía de acuerdo con las dimensiones de su sección transversal. La deflexión es inversamente proporcional a la dimensión horizontal. Al duplicar este ancho horizontal se reduce la deflexión a la mitad; al triplicar el ancho se reduce la deflexión en un tercio.

1.2 MARCOS

Las vigas, losas, columnas y muros de carga se combinan para formar marcos ortogonales (rectilíneos), el sistema de carga más usado en edificios. Los marcos distribuyen las cargas en forma horizontal (por medio de trabes) a las columnas que transmiten las fuerzas verticalmente (a la cimentación de soporte). Esto se refiere por lo común a una construcción de poste y viga. Las losas se pueden sustituir por vigas y los muros de carga por columnas, pero el comportamiento permanece igual. Además de estos componentes verticales y horizontales el sistema debe incorporar soporte lateral para resistir cargas horizontales como las fuerzas ejercidas por el viento y sismos.

2. SISTEMA FUNICULARES O ESTRUCTURAS COLGANTES

Un sistema funicular o colgante es una estructura cuya forma responde a las cargas aplicadas de modo que las fuerzas internas resultantes son de compresión o tensión directa como ejemplo considere un cable que se extiende entre dos puntos de apoyo y soporta una carga el cable asume una forma de V con el peso y está en completa tensión. Si suma una segunda carga la forma del cable cambia en tres segmentos rectos con respecto a la ubicación y magnitud de cada carga.

2.1 CABLES EN CATENARIA

CURVAS FUNICULARES La catenaria es la forma funicular que adopta un cable sin carga y es determinada únicamente por el propio peso del cable (el cual es uniforme a lo largo del cable). Una parábola es la forma funicular que adopta un cable suspendido con una carga uniforme a lo largo del claro horizontal, sin tomar en cuenta el peso del cable. Cuando la relación claro-flecha es mayor de 5, las dos formas son casi idénticas, porque la parábola matemáticamente más simple comúnmente se emplea para su análisis

REACCIÓN DE LA CATENARIA Para una condición de carga dada, la altura de la flecha de una estructura catenaria determina la reacción horizontal (hacia el centro) que se genera. Cuando la flecha es menor, mayor es la reacción

ESTRUCTURAS DE CURVATURA SIMPLE Las estructuras de curvatura simple consisten de dos o más catenarias paralelas separadas entre dos soportes primarios. Pueden soportar una cubierta directamente (por ejemplo, un techo curvo) o indirectamente (usando cables secundarios verticales para soportar una losa plana o cubierta de puente). PUENTES Los antiguos puentes suspendidos de cuerdas (ejemplos tempranos se tienen identificados en China, India y Sudamérica) son los precedentes de las estructuras de curvatura simple. Un ejemplo de éstos se encuentra en un lugar remoto de la India, y consiste en una sencilla cuerda de bambú retorcido con un claro de 201.3 m (660 pies). Los viajeros se deslizan apoyándose en una cuerda e impulsándose hacia el lado opuesto. Otros ejemplos tienen dos cuerdas altas que se pueden utilizar como pasamanos. Un desarrollo posterior incluye un fondo y lados que consisten de muchas cuerdas tejidas juntas formando una U como una hamaca larga. Un problema inherente a un puente de tal flexibilidad es que cuando los viajeros lo cruzan, su forma cambia en respuesta a la carga en movimiento.

2.2 CARPAS

Una carpa es una membrana anticlástica en tensión soportada por un arco de compresión o un mástil. Ésta es una variación de la estructura de cable de doble curvatura en donde el espacio entre cables se reduce a nada y la superficie se convierte en una membrana continua. En una carpa el tejido lleva todos o parte de los esfuerzos de tensión. Las carpas pequeñas hechas de tejido en su totalidad son soportadas típicamente por mástiles (columnas) o arcos Cuando aumenta el claro las fuerzas de tensión de la membrana aumentan y el área superficial se debe subdividir con cables que lleven las cargas de tensión principales con la tela extendida entre los cables.

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CARPAS Aunque los materiales y la tecnología han avanzado en forma significativa en años recientes los arquitectos no están muy familiarizados con el diseño y comportamiento de las carpas. La naturaleza temporal y la vulnerabilidad asociada con las palabras tela y carpa oscurecen el hecho de que estas estructuras son seguras y más confiables que muchos sistemas convencionales, ya que éstas prácticamente no tienen peso y proveen una cubierta continua flexible e impermeable. Las complejidades de las

estructuras de tela tridimensionales con configuración curvilínea esconden la simplicidad subyacente de su comportamiento estructural, el cual depende sólo de la tensión y curvatura para su capacidad de soportar cargas. La simplicidad hace que la forma visible de la membrana forme en sí misma una imagen verdadera del flujo de las fuerzas. 'Para estructuras de tela la forma arquitectónica y las funciones estructurales son una y la misma. Como resultado, la ingeniería y la arquitectura son inseparables y el entendimiento de la estructura es una herramienta esencial de diseño. Debido a la relación cercana entre la apariencia visual y el comportamiento estructural su comprensión no es tan difícil. La observación de estas estructuras es un excelente camino para empezar a diseñarlas

SOPORTES Las carpas pertenecen a la misma familia de las estructuras con soporte central como los puentes colgantes y los cantiliver soportados con doble cable. Éstas son fáciles de soportar por mástiles centrales, pero esto puede ser no deseable desde el punto de vista funcional por razones no estructurales. Se puede utilizar arcos o estructuras de compresión más complejas para proporcionar soporte vertical

Cables con catenarias se pueden suspender de mástiles laterales para soportar las crestas üe la membrana en diferentes puntos. Cuando se emplean soportes centrales el esfuerzo de la lona se puede reducir distribuyendo la carga sobre una gran área mediante el empleo de un mástil central con forma de hongo

2.3 NEUMATICAS Las estructuras neumáticas conforman estructuras superficiales con membranas ya sea soportadas por aire o infladas por aire con formas de curvaturas de pequeñas y medianas luces. Consisten en una delgada pared de material compuesto que es soportada por diferencia de presión. Estas diferencias de presiones generan en la membrana fuerzas de tensión

COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Las estructuras neumáticas pueden resolver la cubierta de superficies muy grandes sin apoyos intermedios, proporcionando, asimismo, la posibilidad de montar, desmontar y transportar la estructura con facilidad. La presión diferencial de aire proporciona,

además, una circulación continua de aire fresco y regula las temperaturas de confort necesarias para cada condición. Incorporan al sistema estructural una acción sobre el sistema de cargas, provocada por la presión a la que se somete el aire confinado dentro del espacio o dentro de los elementos estructurales. Responden a la acción de las cargas generando únicamente esfuerzos de tracción, por lo que para que la membrana se mantenga ensada bajo cualquier condición de carga la presión del aire deberá ser suficiente y, además, la tensión inicial deberá proporcionarle la rigidez necesaria para que la deformación sea mínima. La carga de viento es la que produce mayores tensiones siendo variable la distribución de su presión. En estructuras rebajadas sólo habrá succiones. Como la compresión de la base la soportará una estructura rígida (paredes, pórtico, tierra), únicamente se necesita una presión de aire mínima para soportar el peso de la membrana y la posible carga de nieve, así como para estabilizarla frente a las posibles ráfagas del viento. Las estructuras más altas, por el contrario, deben resistir grandes presiones del viento, por lo que necesitarán presiones altas de aire para disminuir las deformaciones y la formación de pliegues en la membrana. Al ir aumentando la altura, aumentan las fuerzas externas del viento, así como la presión del aire y las fuerzas de membrana, pero, simultáneamente, disminuye el radio de curvatura, lo que vuelve a producir una disminución de las fuerzas de membrana. Algunos autores establecen como valor óptimo para la altura el 2% de la luz del vano, para estructuras que no tienen una base rígida, y el 6% del vano cuando la base rígida resiste la presión positiva del viento.

TIPOS Se pueden distinguir dos tipos de estructuras neumáticas:  Estructuras soportadas por aire: Estructuras formadas por una única membrana tensada por una pequeña presión interna diferencial que puede ser

positiva, adoptando entonces formas convexas, o negativa, con formas cóncavas.

 Estructuras con aire a presión: Estructuras formadas por elementos tipo tubo sometidas a presión superior, que forman pilares, vigas, pórticos, etc. El volumen de aire del local permanece a la presión atmosférica. Combinación de ambos sistemas, o bien combinando sistemas neumáticos con algún tipo de estructura rígida de soporte.

2.4 ARCOS El arco es uno de los elementos estructurales que más curiosidad ha despertado a lo largo de la historia de la arquitectura, siendo el único elemento estructural de la antigüedad que permitía abrir huecos en los muros y cubrir grandes luces con ladrillos o mampostería. Su uso se remonta a las primeras civilizaciones, siendo los romanos los que lo empezaron utilizar extensivamente en la obra civil, perfeccionando de tal modo la técnica de la evolución a lo largo de la historia del arco como elemento estructural fundamental, se Basa en el uso de los materiales disponibles, la utilización de nuevas herramientas, el perfeccionamiento de la técnica constructiva y la comprensión de su comportamiento estructural.

COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Los elementos del arco trabajan básicamente a compresión, transmitiéndose las fuerzas de dovela en dovela dando lugar al polígono de cargas. Esta línea de transmisión de cargas se corresponde con lo que llamamos antifunicular, es decir, la inversa de la forma que adoptaría un cable del que cuelgan las cargas a transmitir por el arco. La forma del antifunicular depende de las cargas a transmitir. Así, una carga constante uniformemente repartida adopta la forma de una catenaria, mientras que la carga que debe soportar el arco que se utiliza para abrir un hueco en un muro adopta una forma cercana a la parábola.

• Los arcos biempotrados se construyen generalmente en concreto reforzado y en cañones profundos, donde los apoyos pueden soportarse en roca resistente.

• Los biarticulados son los más comunes. En estos, la reacción horizontal algunas veces se da por el terreno y en otras mediante un elemento interno a tensión, son los denominados arcos «atirantados».

• Los arcos triarticulados se construyen generalmente en madera estructural laminada o en acero y son estructuras insensibles al asentamiento de los apoyos y pueden analizarse mediante los métodos de la Estática, estudiados hasta el presente.

2.5 BOVEDAS

Una bóveda es una obra de mampostería o fábrica de forma curva, que sirve para cubrir el espacio comprendido entre dos muros o una serie de pilares alineados. Es una estructura muy apropiada para cubrir espacios arquitectónicos amplios con piezas pequeñas. Su geometría puede ser de simple o doble curvatura. En edificaciones modernas el término se aplica a estructuras de cubiertas curvadas, en las que el espesor es muy pequeño comparado con el ancho y el largo, también denominadas cáscaras o cascarones. Tanto en las antiguas bóvedas como en las modernas la solicitación predominante en sus elementos es de compresión. Sus tensiones se asemejan a las de un arco, o un conjunto de arcos conformando una superficie. TIPOS DE BOVEDAS:  BOVEDA FALSA  BOVEDA ENCAMONADA  BOVEDA DE CAÑOÑ

 BOVEDA DE ARISTA

COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DISTRIBUCIÓN DE CARGA Una bóveda difiere de una serie equiparable de arcos adyacentes en su respuesta a una carga concentrada. Los arcos se comportan independientemente de modo que una carga aplicada a uno de ellos no afecta a los arcos adyacentes; la carga total se dirige sólo hacia abajo al arco cargado. La resistencia al esfuerzo cortante de la bóveda permitirá que la carga se extienda hacia afuera (en un ángulo a 45° en cada lado) de las áreas adyacentes.

RESISTENCIA LATERAL Una bóveda también difiere de una serie equiparable de arcos en su resistencia lateral. Los arcos se comportan independientemente de manera que una carga lateral que se aplique al arco de uno de los extremos ocasionará que todos se colapsen de manera parecida a una fila de fichas de dominó. Una vez más la resistencia al esfuerzo cortante en la parte inferior de las bóvedas permitirá que se comporten como un par de muros al cortante que resisten las cargas horizontales paralelas a la longitud de la bóveda.

RESISTENCIA DE EMPUJE Igual que los arcos, todas las bóvedas (sin importar su forma) crean empuje horizontal. Cuanto menos alta sea la línea de empuje, más grande será el empuje. Si la bóveda se eleva desde los cimientos la fricción entre el suelo y los cimientos debe ser suficiente para resistir la separación.

CÚPULAS Una cúpula es un arco de revolución diseñado (igual que un arco de mampostería) para resistir sólo las fuerzas de compresión. La mayoría de las cúpulas son circulares, aunque hay algunos ejemplos elípticos. Todas se deben diseñar para resistir los empujes laterales; de otro modo se expanderían y esto produciría tensión perimetral. Ésta es la principal causa de la falla progresiva de la mampostería tradicional y de los domos de concreto no reforzados, particularmente cuando están apoyados sobre muros y columnas verticales que no son adecuados para resistir el empuje. Además, si la forma del domo no es funicular, es necesario controlar la tendencia a pandearse hacia arriba en el área del anca, esto por lo común se logra agregando una sobrecarga de espesor adicional en esta área.

3. SISTEMA DE CASCARONES

3.1 CASCARONES Un cascarón es una estructura de superficie delgada y curva que transfiere las cargas a los apoyos sólo por tensión, compresión y cortante. Los cascarones se distinguen de

las bóvedas tradicionales por su capacidad para resistir esfuerzos de tensión. De modo que aunque las formas curvas de los cascarones se pueden parecer a las formas tradicionales de las bóvedas, su comportamiento estructural y las trayectorias de sus cargas con frecuencia son significativamente diferentes debido a esta capacidad para resistir esfuerzos de tensión. Algunos ejemplos de cascarones naturales son los huevos, los caparazones de las tortugas, las conchas marinas, las cascaras de las nueces y los cráneos.

COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL EN GENERAL Los esfuerzos en un cascarón en forma de domo se pueden entender como actuando en dos direcciones: a lo largo de líneas de arco y a lo largo de líneas de aro. Bajo carga uniforme un domo se encuentra en compresión a lo largo de las líneas de arco en todas las direcciones. En un domo hemisférico, debido a que estas líneas de arco son semicirculares, hay una tendencia a permanecer estable en la parte superior, pero a pandearse hacia arriba en la parte más baja (igual que los arcos y las bóvedas) Los domos elípticos, los cuales son relativamente más planos en la parte superior que en la inferior, acentúan la tendencia al pandeo hacia arriba en la región más baja y, por consiguiente, dependen aún más de la tensión de los aros para la estabilidad. Por el contrario, los domos parabólicos, los cuales están muy curvados en la parte superior y poco curvados en la inferior, son casi funiculares, tienen menos tendencia al pandeo y producen menos tensión en los aros.

CASCARONES DE CAÑÓN CORTO Éstos también están típicamente apoyados en las esquinas y se comportan en una de dos formas (o una combinación de ambas). La primera es cuando cada extremo se rigidiza para mantener la forma de un arco, con el cascarón actuando como losas, las cuales salvan un claro entre los extremos de los arcos. La segunda forma es cuando cada borde longitudinal inferior es rigidizado con el fin de darle forma de una viga, con el cascarón comportándose como una serie de arcos adyacentes que salvan un claro entre las vigas laterales

3.2 PLACAS DOBLADAS Una placa doblada es una estructura de superficie plana doblada que transfiere cargas a los soportes principalmente por tensión, compresión y cortante, con la flexión ocurriendo sólo entre los dobleces en la superficie del plano. Debido a que el

espaciado entre los dobleces es pequeño comparado con el claro, los esfuerzos de flexión en las losas son pequeños comparados con los esfuerzos de tensión y de compresión. Las placas dobladas son eficientes en estructuras (tales como techos) donde las cargas están distribuidas de manera uniforme y las formas irregulares son apropiadas. La mayoría se construye de concreto reforzado, aunque la madera contrachapada, el metal y los plásticos de vidrio reforzado se puedan usar donde no son necesarios los claros largos. La eficiencia de las placas dobladas se aproxima a la de los cascarones curvos, y las placas dobladas tienen las ventajas de su construcción plana. Al igual que los cascarones curvos son particularmente adecuadas para las estructuras de techos. Teóricamente los cascarones comparables necesitan ser más gruesos debido a la necesidad de resistir la flexión local entre los dobleces. En la práctica el espesor mínimo se determina con más frecuencia por el espesor requerido para colocar el refuerzo y para cumplir con las normas de construcción.

COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL En muchos aspectos el comportamiento estructural de las placas dobladas es similar al de los cascarones de cañón y difiere considerablemente dependiendo de su longitud relativa. Las placas dobladas cortas tienen la dimensión más corta en planta a lo largo

de su eje longitudinal, mientras que las largas tienen la dimensión en planta más larga en esa dirección. PLACAS DOBLADAS CORTAS Las placas de este tipo también están soportadas por lo común en las esquinas y se comportan en una de dos maneras (o en una combinación de ambas). La primera es cuando cada extremo se contiene para formar un marco de tres articulaciones, con las placas actuando como una losa que salva claros entre los extremos de los marcos. La segunda manera es cuando cada borde longitudinal inferior se vuelve rígido en una viga, con la placa doblada más delgada actuando como una serie de marcos adyacentes de tres articulaciones que salvan claros entre las vigas laterales (figura 16.2). Como el espesor mínimo necesario para una construcción práctica (y para cumplir con las normas de construcción) es muy superior al que se requiere estructuralmente para las placas dobladas cortas en la mayoría de las condiciones, son ineficientes y, por consiguiente, se usan muy poco.

PLACAS DOBLADAS LARGAS Éstas típicamente están soportadas en las esquinas y se comportan como vigas largas en la dirección longitudinal. Como resultado los esfuerzos en la placa doblada se

asemejan a los esfuerzos de flexión en una viga; la parte superior está en compresión a lo largo de toda su longitud, mientras que la parte inferior está en tensión . La acción de diafragma de la placa delgada proporciona la resistencia necesaria al cortante horizontal y vertical inherente a su comportamiento a la flexión La proporción claro a altura de las placas dobladas largas afecta tanto a los esfuerzos desarrollados como a la eficiencia para cubrir un área grande. Las proporciones altura a claro menores reducen los esfuerzos de compresión en la parte baja y de tensión en la parte alta, lo que permite un espesor más delgado de los cascarones. Por otro lado, una altura mayor requiere más área de superficie para un claro dado. En teoría, la proporción óptima altura a claro es de cerca de 2.0, lo que minimiza el volumen total de concreto y acero de refuerzo necesarios. En la práctica las proporciones entre 6 y 10 son comunes debido a las consideraciones programáticas y al espesor mínimo requerido por las normas o las prácticas de construcción.

4. MATERIALES ESTRUCTURALES

4.1 MADERA

La madera para construcción se obtiene directamente de troncos y consiste de vigas, madera comercial y tablas. Las vigas son de 127 mm (5 pulg) o más en la dimensión menor. Se usan como vigas y dinteles (su altura por lo común es de tres a cuatro veces su ancho), y en columnas y postes (típicamente de sección transversal cuadrada) (figura 17.1). La madera comercial tiene un espesor de 50.8 mm a 101.6 mm (2 pulg a 4 pulg) y un ancho de 50.8 mm (2 pulg) o más, y por lo general tiene longitudes de 2.4 m a 4.8 m (8 pies a 16 pies). Se usa para vigas, columnas, postes y ornamentación. Las tablas tienen un espesor menor de 50.8 mm (2 pulg) y un ancho de 50.8 mm (2 pulg) o más. Tradicionalmente se usaron en los acabados del techo, en revestimientos de paredes o en bases de pisos. Hoy en día, en esas aplicaciones se utilizan los paneles prefabricados (como la madera laminada); las tablas rara vez se usan para esto.

4.2 ACERO El acero es una aleación de hierro y carbón. Se pueden agregar aditivos para obtener calidades especiales. Por ejemplo, se puede agregar níquel para obtener acero

inoxidable. Los aceros modernos tienen un contenido de carbón de alrededor del 0.2%. Si el contenido de carbón excede del 1.7%, se tiene hierro colado. El hierro colado es duro y quebradizo y tiene un módulo de elasticidad menor al del acero. Un contenido muy bajo de carbón (menos del 0.1%) produce un hierro forjado, que es comparativamente suave y maleable. CONEXIONES POR CORTANTE Y MOMENTO Las conexiones de armado entre columnas y vigas de acero se clasifican por el grado con el cual se diseñan para restringir la rotación entre los dos elementos (figura 17.7). Se diseña una conexión por cortante (o armado) para transmitir fuerzas sólo mediante cortante. Por lo general la conexión conecta el alma de la viga a la columna Como no conecta los patines de la viga a la columna, la conexión contribuye poco a la transferencia de momentos de un elemento a otro. Como resultado se considera que se comporta como una conexión articulada y no se toma en cuenta en la contribución de la estabilidad lateral de la estructura del edificio

4.3 CONCRETO Y REFUERZOS

Los romanos inventaron el concreto y Joseph Aspdin desarrolló y patentó el cemento portland en 1824 (nombrado así por su semejanza con la caliza inglesa) (Alien, 1985). El concreto se produce combinando cemento portland con agregados gruesos y finos (grava y arena), además de agua, y dejando que la mezcla se endurezca. El curado (endurecimiento) ocurre cuando el cemento y el agua se combinan y producen una reacción química que da como resultado la formación de cristales fuertes que enlazan el agregado en una masa monolítica. Durante la reacción química se genera considerable calor (conocido como calor de hidratación). Usualmente se comprime un poco cuando se seca el exceso de agua después del curado. El concreto reforzado se desarrolló en forma simultánea en la década de 1850 por diversas personas. Antes de esto el uso del concreto se limitaba a estructuras que sólo se comportaban en compresión, ya que el concreto no reforzado no tiene de hecho resistencia a la tensión. Este desarrollo fue el que contribuyó a darle resistencia a la tensión al concreto y el que permitió su uso en elementos resistentes a la flexión y pandeo, tales como vigas, losas y columnas

4.4 PRECOLADO Y PRESFORZADO

PRECOLADO

El alto costo de fabricación de concreto armado en el sitio de construcción condujo al desarrollo y popularidad actual de la tecnología del concreto precolado. Éste se fabrica usando formas permanentes y reutilizables en una planta industrial. Las unidades coladas se pueden curar usando vapor para acelerar el proceso. Después del curado los elementos se transportan al sitio de obra con camiones y se arman mediante grúas (figura 17.15). Las conexiones en la obra entre los elementos se realizan soldando insertos de acero al colado en los elementos al momento de fabricarlos.

PRESFORZADO Los elementos precolados como vigas y columnas son a menudo presforzados. Esto se realiza utilizando cables de acero especiales para el refuerzo, que se jala a una tensión considerable antes del curado. Después del curado, cuando se cortan los extremos de los cables de acero, esas fuerzas de tensión se transfieren al concreto llevándolo a compresión. En el caso de vigas y planchas donde el refuerzo presforzado se localiza sólo en la parte inferior, los esfuerzos internos causan que la viga se arquee ligeramente hacia arriba y se produzca combamiento. Una vez que la viga se ha instalado y sujetado a la carga muerta diseñada, la deflexión corrige este arqueo y resulta en un elemento recto. El precolado es más económico cuando se requiere de un gran número de elementos idénticos y el número de variaciones que requieren modificaciones de forma se minimizan.

4.5 MAMPOSTERIA La mampostería es uno de los materiales más antiguos, se encontraron vestigios que datan de 4 000 años a.C. en la construcción de palacios y templos con tabiques secados al sol. A pesar del paso de los siglos el proceso de construcción con mampostería ha permanecido esencialmente igual, acomodando pequeñas unidades modulares para realizar grandes muros y arcos. Como las unidades son muy pequeñas el producto final puede ser de casi cualquier forma, desde una superficie plana hasta una pared ondulante. El mortero es el pegamento que mantiene juntas las piezas individuales. Morteros modernos consisten de una mezcla de cemento portland, arena y agua a la que usualmente se le agrega cal para que sea más fácil de trabajar.

OTROS MATERIALES ESTRUCTURALES

4.5 TEJIDOS Las telas estructurales son estructuras ligeras a tensión como carpas y techos inflables. Como elemento estructural principal deben salvar claros entre elementos de soporte, resistir cargas por viento y nieve, y ser seguros para caminar sobre ellos. Como cubierta deben ser resistentes al viento, a prueba de agua, resistente al fuego y (en la mayoría de los casos) translúcidas. Las telas estructurales consisten del material base estructural (fibra de vidrio o tela de poliéster) con un recubrimiento superficial (como cloruro de polivinilo, teflón o silicón). La fibra de vidrio recubierta con teflón se ha usado en la mayoría de las estructuras para carpas y techos inflables y se construyen desde 1975.

4.6 PLASTICOS La mayoría de los plásticos arquitectónicos no son para estructuras. Aun el plástico reforzado con vidrio (fibra de vidrio) que se usa en las estructuras de lanchas y autos

rara vez se usa para propósitos estructurales en construcción (aunque se está usando ampliamente para propósitos ornamentales). La razón principal es la economía: el costo de la fibra de vidrio no cuesta mucho para grandes estructuras donde su moldeabilidad no es una ventaja. Sin embargo, formas repetitivas complejas para estructuras de concreto coladas (como las losas reticulares) se pueden hacer de manera económica con fibra de vidrio.

4.7 ALUMINIO El aluminio se usa a menudo en lugar del acero en estructuras donde el peso es una consideración principal. Está disponible en aleaciones que tienen resistencia similar al acero, se le puede extruir, pesa un tercio de lo que pesa el acero y no se corroe. Desarrollos recientes han disminuido el costo de producción y soldado del aluminio, y lo han hecho atractivo para muchas aplicaciones, especialmente para componentes expuestos al exterior. Se puede lograr mayor resistencia a la corrosión anodizando la superficie, un proceso electrolítico que se puede usar tanto para añadir color como para protegerlo.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones  Es necesario conocer más acerca del funcionamiento adecuado de los marcos estructurales para que al momento de diseñar no se tengan defectos en cuanto a estructura y poder brindar así la mejor seguridad para los usuarios  En el Perú principalmente se estudia el tipo de estructuras de armazón, no obstante, los tipos de estructuras colgante son el que menos se desarrolla.  En el Perú debido a que la construcción no está aún a nivel de desarrollo de países avanzados se necesita que los ingenieros civiles promuevan y encabecen una revolución en la construcción de nuestro país.  La

arquitectura

neumática

tiene

buenos

argumentos

para

ser

desarrollada y tomada en cuenta en la construcción de espacio por su fácil manejo en cuanto a los soportes de pesos, utilizando a su favor la gravedad gracias a la presencia de aire en los compartimentos o membranas que contienen en su interior aire. También la membrana trabaja en conjunto ya que es al que se usa como la materia prima para sostener los pesos y guardar en su interior el aire depositado.  El arco es el mayor invento tensional del arte clásico. Él sigue impresionando al vulgo, y la humanidad ha tardado mucho en acostumbrarse a su fenómeno resistente; prueba de ello es la frecuencia con que la leyenda achaca al diablo su construcción... Si la columna es arquitectura pura, el arco es ingeniería; o mejor dicho, el arco es técnica.  Las placas dobladas largas están típicamente soportadas en las esquinas y

se comportan como vigas largas en la dirección longitudinal

 Una bóveda es una estructura tridimensional arqueada que transmite esfuerzos a los soportes sólo de compresión. Es incapaz de resistir tensión. (En contraste, un cascarón es capaz de resistir esfuerzos de compresión y tensión.) A esto se debe que las bóvedas requieran soportes continuos a lo largo de su base.  El desarrollo y la innovación de tejidos (entre los que destaca la fibra de vidrio) y recubrimientos que minimizan el deterioro debido a la luz solar (como el teflón de Dupont) se ha incrementado la vida útil del tejido de las carpas a más de 20 años

Recomendaciones:  Para la estabilidad con el viento (así como para su vida útil) es esencial que las carpas se diseñen como estructuras de doble curvatura

 Es necesario tener en cuenta que las placas dobladas son casi tan eficientes como los cascarones curvos, y además tienen la ventaja de la construcción plana.  El gran reto del futuro en la ingeniería estructural consiste en establecer las propiedades básicas de los materiales de construcción tradicional y el desarrollo de nuevos materiales más económicos, más livianos y más duraderos.  Siempre es necesario como ingeniero ya en el campo ser una persona con mucha imaginación para así poder elegir el tipo de estructuras correcta que se va a realizar teniendo en cuenta los aspectos necesarios como la ubicación, el clima, etc.  Los elementos de acero expuestos se deben proteger de altas temperaturas causadas por fuego aislándolos con material resistente al fuego o recubriéndolos con capas gruesas de pintura intumescente especial.  Bajo ningún

motivo

(endurecimiento)

se

ocurre

debe cuando

olvidar el

ya

que

cemento

El se

curado combina

químicamente con agua para formar cristales fuertes que enlazan el agregado para obtener una mezcla monolítica.

BIBLIOGRAFIA

 RIOS Garza, Carlos , Comprensión de las estructuras en arquitectura, McGraw-Hill, México df, año 2000, Pag 103-109



ESCOBAR, Jorge, Introducción a la tipología estructural, Segunda edición,



Guatemala, 1997, pag 72-75 http://www.slideshare.net/wlopezalmarza/teoria-de-estructuras-ii-marcos-

rigidos  Cervera Bravo, Jaime.: “Cálculo de estructuras y resistencia de materiales.Origen y desarrollo de los conceptos utilizados” Tesis doctoral    

defendida en Madrid, Portal de imágenes de google y slideshare modelos de estructuras Pearce, P., Structure in Nature is a Strategy for Design, Cambridge, MA: M.I.T. Press, 1978. Libro comprensión de las estructuras autor Fuller Moore Libro [4] Shierle G.G. “Architectural Structures”, ed. University of Southern

California, Los Angeles. 2006.  Timoshenko, Stephen P.: “History of strength of materials”, Dover publications, INC, New York, 1983.