Ampliación Clase 1.docx

AMPLIACIÓN TEMA CLASE 1

AUTORES: LORENA IBETH MANRIQUE DÍAZ CRISTIAN FABIAN CAMARGO CORTEZ ROBINSON ALVARO TOVAR BERMUDEZ

PROFESOR: ALFREDO ROA VANEGAS

UNIVERSIDAD COLEGIO MAYOR DE CUNDINAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESTRUCTURAS BOGOTÁ. 2019

LA EDIFICACIÓN Se utiliza dicho término para definir y describir a todas aquellas construcciones realizadas artificialmente por el ser humano con diversos propósitos. Las edificaciones son obras que diseña, planifica y ejecuta el ser humano en diferentes espacios, tamaños y formas. Las más comunes y difundidas son las habitacionales, aunque también entran otras tales como los templos, los monumentos, los comercios, las construcciones de ingeniería, etc. Una de las características básicas de la edificación es que es una obra que se construye de modo artificial en un determinado espacio. Las edificaciones, requieren un complejo sistema de planificación, diseño y ejecución, necesitándose invertir cierta cantidad de tiempo, capital y material en su realización. Dependiendo del uso de la edificación, diversos serán los procedimientos de construcción. Entre los diferentes tipos de edificaciones podemos encontrar a los de tipo rural, comercial, residencial, cultural, gubernamentales, los industriales, de transporte y las edificaciones públicas. (Definición ABC, 2019)

SISTEMA PORTANTE (ESTRUCTURAS) Para la ampliación de este tema nos basaremos en la información suministrada por el libro libro de (James, 2005) que dedica el capítulo 5 para hablar sobre Sistemas Estructurales, toda la información que se encuentra a continuación es parafraseada de dicho libro:

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Características de los sistemas estructurales:

El sistema estructural en específico deriva su carácter único de cierto número de consideraciones, consideraciones que son las siguientes: 1. Funciones estructurales específicas, algunas son de resistencia a la compresión, a la tensión, para cubrir claros, voladizos horizontales, verticales o en alguna otra posición, se puede necesitar un solo elemento o sistema para realizar más de una de estas funciones. 2. La geometría u orientación, se puede observar la diferencia en la viga plana y el arco, ambas funcionando como estructuras para cubrir claros horizontales, la diferencia principal es la forma estructural y el punto de aplicación de la carga. 3. El o los materiales de los elementos. 4. Forma de unión de los elementos si el sistema consiste en un juego de partes articuladas. 5. Forma de apoyo de la estructura. 6. Condiciones específicas de carga o fuerzas que debe soportar la estructura. 7. Consideraciones de uso impuestas separadamente en función de forma y escala. 8. Limitaciones de forma, escala y naturaleza de su unión impuestas por las propiedades de los materiales, procesos de producción y necesidad de funciones especiales como desarmar y mover. Existe una variedad casi interminable de sistemas estructurales. El proyectista, cuando busca la estructura ideal para una función especial, se enfrenta a un proceso largo de selección. La mayoría de proyectistas, piensan que, exceptuando algunos casos especiales, no existe la estructura ideal para un trabajo particular. Podemos usar una lista de características para clasificar sistemas que satisfagan una función, a continuación algunos de los puntos que pueden ser incluidos en dicha lista:

a. Economía: Se debe considerar la demora debido al trabajo lento, adaptabilidad a modificaciones y comparación de costo inicial y de mantenimiento durante la vida de la estructura. b. Necesidades estructurales especiales: Detalles requeridos para lograr resistencia y estabilidad, adaptabilidad a cargas especiales, necesidades de simetría o distribución modular. c. Problemas de diseño: Dificultad para efectuar análisis a la acción estructural, facilidad al detallar la estructura, facilidad de incorporar la estructura física con los detalles de uso. d. Problemas de construcción: Disponibilidad de materiales, mano de obra competente, equipo adecuado, fabricación y ensamble unificado, prefabricación, velocidad del montaje, requerimientos especiales de arriostramiento o contraventeo temporal o soporte. e. Materiales y limitación de escala: Factibilidad de tamaño, para sistemas específicos, varía con el surgimiento de nuevos materiales y nuevas técnicas, con la experimentación de nuevos usos para sistemas establecidos. Existen algunos límites prácticos y en la mayoría de casos son casi insuperables.

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Clasificación de los sistemas estructurales:

Los sistemas estructurales se pueden clasificar de diferentes maneras, la diferencia más grande es la que se hace entre estructuras sólidas, reticulares, y superficiales. a. Estructuras macizas, son aquellas en las que la resistencia y la estabilidad se logran mediante la masa, aun cuando la estructura no sea completamente sólida. b. Estructuras reticulares, la estructura básica consiste en una red de elementos ensamblados, pueden ser difíciles de diseñar si son complejos sus detalles de ensambles. c. Estructuras superficiales, pueden llegar a tener un alto rendimiento debido a su doble funcionamiento como estructura y envolvente ya que pueden llegar a ser muy estables y fuerte, especialmente las que son tridimensionales. Se pueden hacer otras clasificaciones para tipos particulares de construcción o configuración de una estructura, así describimos algunos grupos que pueden resultar familiares como muros estructurales, el poste y la viga, el arco, la suspensión, neumáticos, armaduras, placas plegadas o sistemas de cascarón delgado. a. Muros estructurales, este diseño estructural está dirigido para apoyo y arriostramiento, estos muros son esencialmente elementos a compresión que pueden ser monolíticos o entramados ensamblados de muchas piezas, continuos o abiertos, aunque no se utilizan para transmitir cargas verticales a menudo se usan dar estabilidad lateral. b. Sistema de postes y vigas, el poste especialmente trabaja a compresión lineal y está sujeto a aplastamiento o pandeo depende de su esbeltez, la viga es un elemento lineal sujeto a carga transversal. c. Marcos rígidos, cuando los elementos de un marco lineal están sujetos rígidamente, es decir, cuando las juntas son capaces de transferir flexión entre los miembros el sistema asume un carácter particular. d. Sistemas de armaduras, estructura de elementos líneas conectados mediante juntas o nudos que se puede estabilizar de manera independiente por medio de tirantes, puntales o paneles con relleno rígido. e. Sistema de arco, bóveda y cúpula, el concepto básico es tener una estructura para cubrir claros mediante el uso de compresión interna solamente, como consideración básica se debe tener las fuerzas horizontales en la base, debidas al empuje y la relación entre claro y peralte. f. Estructuras a tensión, estas estructuras pueden cubrir grandes claros, desde el punto-de vista estructural es simplemente inverso del arco, tanto en forma como en fuerza interna.

g. Estructuras de superficie, son, esencialmente, aquellas que consisten en superficies extensas, delgadas y que funcionan en principio para resolver únicamente fuerzas internas dentro de ellas. h. Sistemas especiales, son innumerables los sistemas especiales donde cada uno crea una nueva categoría debido a sus características únicas, mencionaremos algunos de ellos, estructurales laminares, cúpulas geodésicas estructuras de mástil unidades de un solo piso.

RESISTENCIA DEL MATERIAL La resistencia de un elemento se define como su capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algún modo. Un modelo de resistencia de materiales establece una relación entre las fuerzas aplicadas, también llamadas cargas o acciones, y los esfuerzos y desplazamientos inducidos por ellas. Generalmente las simplificaciones geométricas y las restricciones impuestas sobre el modo de aplicación de las cargas hacen que el campo de deformaciones y tensiones sean sencillos de calcular. Cuando de lo que se trata es de construir edificios, máquinas o cualquier ingenio de una cierta utilidad, es preciso garantizar que sus condiciones de resistencia sean las adecuadas. Y es precisamente el armazón teórico a través del cual se puede llegar a determinar y asegurar dichas condiciones de resistencia lo que constituye el objeto de la Resistencia de Materiales y del Cálculo de Estructuras. Por una parte, es preciso conocer los fundamentos de la resistencia y estabilidad de las construcciones a fin de reducir los costos excesivos que introducir un dimensionamiento superabundante. Por otro lado, una construcción más cara no quiere decir que sea más segura, ya que es posible que ciertas partes o elementos estén sobredimensionados, mientras que en otros su estabilidad sea crítica. Nótese por último que la estética es también un elemento importante a tomar en consideración. A este respecto es notorio señalar que una estructura bien concebida, y adecuada toda ella y cada una de sus partes a la finalidad resistente que debe cumplir, no es extraña a un objetivo estético

Image 1: Deformación excesiva o Rotura. Salazar, J. E. 2007.Recuperado http://www.bdigital.unal.edu.co/5855/1/jorgeeduardosalazartrujillo20072_Parte1.pdf pág 10.

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Es claro que en las situaciones mostradas las estructuras pueden romperse o deformarse excesivamente. Como puede verse, cualquiera de las dos situaciones (Deformación excesiva o Rotura) es inadmisible. Por lo tanto, el ingeniero debe asegurar con una buena probabilidad de éxito que las estructuras que construya sean rígidas y resistentes. De esto trata la resistencia de materiales. Por lo cual y según afirma Salazar, J. E. (2007) “Debemos ser capaces de garantizar que las estructuras a construir no se deformen excesivamente y que no se fracturen. Para hacerlo, es necesario que sepamos calcular las fuerzas internas que se producen en los elementos estructurales y que son en últimas las que producirán las deformaciones y la rotura.” pág. 11. En general podemos afirmar que una fuerza interna produce un esfuerzo actuante que trata de romper el elemento. Que se rompa depende del esfuerzo resistente que tenga el elemento el cual dependerá del material y de sus dimensiones transversales. Análogamente, esas mismas fuerzas internas producirán deformaciones del elemento las cuales dependerán igualmente del material y de sus dimensiones. La Resistencia de Materiales se ocupa del cálculo de los esfuerzos y deformaciones que se producirán debiendo garantizar el ingeniero que las deformaciones estén dentro de unos límites permisibles y obviamente que no se produzcan roturas. Los esfuerzos resistentes del material deben calcularse con el fin de poder compararlos con los esfuerzos actuantes. Estos esfuerzos dependen no solo de las dimensiones del elemento estructural sino de la forma como estén aplicadas las cargas las cuales pueden producir esfuerzos normales o cortantes dependiendo de que las fuerzas o momentos actuantes sean axiales, transversales o combinados. Debe por tanto determinarse primero que todo si el elemento en estudio está sometido a fuerzas axiales, transversales (en cuyo caso se producirá flexión), momentos torsionales (torsión) o una combinación de algunos de ellos.

Image 2: Deformación excesiva o Rotura. Salazar, J. E. 2007.Recuperado http://www.bdigital.unal.edu.co/5855/1/jorgeeduardosalazartrujillo20072_Parte1.pdf pág 10.

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RIGIDEZ DEL MATERIAL Sin embargo para avanzar en el proceso de análisis y diseño con el objetivo de definir finalmente las dimensiones y el tipo de material del cual deberán hacerse los elementos estructurales es necesario considerar las deformaciones que tendrán los elementos y la resistencia de los diferentes tipos de materiales. Se hace indispensable entonces proceder a considerar las características de: RESISTENCIA (oposición a la rotura) y RIGIDEZ (oposición a las deformaciones) Rigidez es la capacidad que tienen los elementos de las estructuras de aguantar los esfuerzos sin perder su forma es decir deformarse, manteniendo sus uniones. Las estructuras rígidas se dice que son indeformables. Las estructuras no rígidas pueden perder su forma tras un esfuerzo, se dice que son deformables. Cuando una estructura pierde rigidez los ángulos que forman los elementos resistentes cambian respeto a los ángulos originales. Por ejemplo una estantería metálica unida con tornillos tiende deformarse al perder rigidez las uniones y se pierden los ángulos de 90º. Las estructuras con uniones no rígidas bisagras.

son articuladas. Como por ejemplo las uniones con

Las grandes estructuras como edificios, puentes, necesitan rigidez, pero no total, ya que las cargas pueden provocar roturas

● Ante ●

los movimientos sísmicos las estructuras requieren cierta flexibilidad. Ante los cambios de temperatura que provocan dilatación hace falta que haya algo de elasticidad en la estructura.

Son materiales rígidos y uniones rígidas:

● Los metales son materiales más rígidos que las maderas y derivados.

● Una soldadura no debe quedar quebradiza. ● Una unión con cola queda fija al esperar el ● ● ●

tiempo idóneo. Un tirafondo no debe quedar suelto o pasado de rosca. Una tuerza debe quedar bien apretada con una llave fija. Con escuadras reforzando las uniones, que no es más que un tipo de triangulación. Apuntalamiento de fachada. Manuel Torres Búa.

Licencia CC-BY-SA. Recuperado de: https://www.edu.xunta.es/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/datos/1464947489/contido/apuntal amientopropia.JPG

EQUILIBRIO Es el estado en el cual se encuentra un cuerpo cuando las fuerzas que actúan sobre él se compensan y anulan recíprocamente. Cuando un cuerpo está en equilibrio estático, si se lo mantiene así, sin ningún tipo de modificación, no sufrirá aceleración de traslación o rotación, en tanto, si el mismo se desplaza levemente, pueden suceder tres cosas: que el objeto regrese a su posición original (equilibrio estable), el objeto se aparte aún más de su posición original (equilibrio inestable) o que se mantenga en su nueva posición (equilibrio indiferente o neutro). (Definición ABC, 2019). Es el estado de los cuerpos, donde todas las fuerzas que interactúan sobre él, se encuentran en posición de reposo, es fundamental ya que se relaciona con la garantía de que la estructura o cualquiera de sus partes sea capaz de generar mecanismos que equilibren las acciones con las reacciones conduciendo las cargas a los apoyos, lo resultante entre fuerzas activas y reactivas debe ser nula.

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Tipos de equilibrio:

1. Equilibrio simétrico: Se produce cuando al dividir una composición en dos partes iguales, existe igualdad de peso en ambos lados. La creación de un diseño simétrico nos transmite una sensación de orden, armonía y estética.

Imagen 4: Jahangir Mahal, Orchha (जजजजजजज जजज, https://mejoresfotos.eu/bundelkhand-tourism-jhansi-bundelkhtml

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Recuperado

de:

2. Equilibrio asimétrico: Se consigue cuando al dividir una composición en dos partes iguales, no existen las mismas dimensiones en tamaño, color, peso etc. Pero existe un equilibrio entre dos elementos.

Imagen 5: History | Dancing House Hotel, Prague 2 Recuperado de: https://goo.gl/images/sXJcQy

3. Equilibrio estático: Está relacionado con la construcción en base a cubos, con la disposición de los elementos (puertas, ventanas, etc).

Imagen 6: Casas modulares y arquitectura modular | Vida Modular. Recuperado de: https://goo.gl/images/aoV7Do

4. Equilibrio dinámico: Es la construcción donde se acentúa el movimiento de las formas a partir de curvas diagonales pronunciando ángulos, desniveles y formas irregulares.

Imagen 7: El edificio residencial ‘Agora Garden’. Recuperado de: https://goo.gl/images/SHVJX2

GLOSARIO 1. VIGA: Madero largo y grueso que sirve, por lo regular, para formar los techos en los edificios y sostener y asegurar las fábricas. Una viga también es un hierro de doble T destinado en la construcción moderna a los mismos usos que la viga de madera. 2. EDIFICIO: Construcción grande de varios pisos o de mayor extensión que una casa, en la que viven distintas familias, hay oficinas o comercios. 3. COLUMNA: Pilar de mucha mayor altura que diámetro, ordinariamente de sección circular, que se alza gralte. sobre una basa y termina en un capitel. 4. VOLADO: Parte de la lámina del techo que sobresale de la pared. Es recomendable dejar 20 centímetros de largo. 5. ACERO: Aleación o unión de hierro más carbono, que tiene mayor resistencia que el hierro. Comúnmente la gente lo llama hierro para la losa. 6. ESTRUCTURA: Son los elementos que cargan una edificación como columnas, vigas y muros. 7. OBRA: Edificio, puente, carretera, etc que esta en construccion. 8. PROYECTISTA: O planimetrista es aquella persona cuya profesión consiste en dibujar planos de diversa naturaleza, ya sean proyectos artísticos, industriales o de cualquier otra índole. 9. ARRIOSTRAMIENTO: Colocar piezas de forma oblicua para dar estabilidad y que no se deforme un armazón. 10. CATENARIA: Curva cuyo trazado sigue la forma que adquiere una cadena o cuerda de densidad uniforme y perfectamente flexible por sus dos extremos y que se encuentra en las fuerzas de la gravedad.

11. PERALTE: significa ligeramente curvo o inclinado. La palabra peralte se utiliza normalmente para describir un tipo de arco o viga. En la construcción, hay muchos diferentes tipos de arcos y vigas. Lo que distingue a un peralte es su ligera curva hacia arriba. Los peraltes se utilizan en ventanas, puertas interiores y dispositivos estructurales como vigas y arcos.

GLOSSARY 1. BEAM: Long and thick wood that serves, as a rule, to form the roofs in buildings and maintain and secure the factories. A beam is also a double-T iron used in modern construction to the same uses as the wooden beam. 2. BUILDING: Large construction of several floors or larger than a house, in which different families live, there are offices or shops. 3. COLUMN: Pillar of much greater height than diameter, ordinarily of circular section, which rises gralte. on a base and ends on a capital. 4. FLOWN: Part of the roof sheet protruding from the wall. It is advisable to leave 20 centimeters long. 5. STEEL: Alloy or union of iron plus carbon, which has greater resistance than iron. Commonly people call it iron for the slab. 6. STRUCTURE: They are the elements that load a building like columns, beams and walls. 7. WORK: Building, bridge, road, etc. that is under construction. 8. PROJECTIST: Or planimetrista is that person whose profession consists of drawing planes of diverse nature, be they artistic, industrial projects or any other kind. 9. BRACING: Place pieces obliquely to give stability and not deform a frame. 10. CATENARY: Curve whose tracing follows the form that acquires a chain or rope of uniform density and perfectly flexible at both ends and that is in the forces of gravity. 11. CAMBER: means slightly curved or inclined. The word is normally used to describe a type of arch or beam. In construction, there are many different types of arches and beams. What distinguishes a cant is its slight upward curve. The superelevations are used in windows, interior doors and structural devices such as beams and arches.

Bibliografía Definición ABC. (7 de Marzo de 2019). DefiniciónABC. Obtenido de https://www.definicionabc.com/tecnologia/edificacion.php James, A. (2005). Análisis y Diseño de ESTRUCTURAS. Mexico, D.F.: Limusa.

Salazar, J. E. (2007). Resistencia de materiales básica para estudiantes de ingeniería. Centro de publicaciones universidad Nacional de Colombia sede Manizales. Manizales. Torres Búa, .. (2014). Estructuras. Rigidez. Obtenido de: https://www.edu.xunta.es/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/datos/1464947489/con tido/52_rigidez.html Título: Equilibrio. Sitio: Definición AFecha: 22/10/2008. Autor: Florencia Ucha. https://www.definicionabc.com/general/equilibrio.php Título: Diseño estructural en arquitectura 1a ed. Fecha: 2005. Autor: Gloria Diez. https://books.google.com.co/books?id=OzfgDJMEaqMC&pg=PA17&dq=equilibrio+en+arq uitectura+pdf&hl