SISTEMASESTRUCTURALES BÁSICOS

Por: Katherine AzócarC.I. 26.963.349

Estructura I

PÓRTICOS Definición: Los elementos porticados son estructuras de concreto armado con la misma dosificación, columnas, vigas peraltadas, o chatas unidas en zonas de confinamiento donde forman un ángulo de 90º en el fondo, parte superior y los laterales. El sistema de edificios porticados soportan las cargas muertas y las ondas sísmicas por estar unidas como su nombre lo indica, consistiéndose en el uso de columnas, losas y muros divisorios en ladrillo. Comportamiento: Depende, por ser una estructura hiperestática, de la rigidez relativa de vigas y columnas. Para que el sistema funcione electivamente como pórtico rígido, es fundamental el diseño y detallado de las conexiones para proporcionarte rigidez y capacidad de transmitir momentos.

Templo de Atenea NikéAtenas, GreciaArq. Calícrates

404 a.C.

PÓRTICOS Elementos que los caracterizan: Es el sistema de construcción más difundido de este país y el más antiguo. Basa su éxito en la solidez, la nobleza y durabilidad. Un sistema aporticado es aquel cuyos elementos estructurales principales consisten en vigas y columnas conectados a través de mudos formando pórticos resistentes en las dos direcciones principales de análisis (x e y). Ventajas:• Gran libertad en la distribución de los espacios internos del edificio.• Son estructuras muy flexibles que atraen pequeñas solicitaciones

sísmicas.• Disipan grandes cantidades de energía gracias a la ductilidad que

poseen los elementos y la gran hiperestaticidad del sistema. Desventajas:• El sistema general presenta una baja resistencia y rigidez a las cargas

laterales.• Su gran flexibilidad permite grandes desplazamientos, lo cual produce

daños en los elementos no estructurales.

ARCOS Definición: Este sistema es el método estructural más antiguo utilizado para puentes cuando las luces son demasiado grandes para poder utilizar vigas rectas. Los esfuerzos en los arcos son proporcionales a las cargas y a la luz, e inversamente proporcionales a la altura del arco. Para minimizar los esfuerzos a una luz entreapoyos dada, el arco debe ser lo más liviano posible y teneruna altura tan alta como sea económicamente posible. Comportamiento: La forma de un arco debe ser funicularpara las cargas más pesadas a fin de minimizar el momento.Los arcos funiculares ocupan un extremo de la escala detensiones, con ausencia de flexión; las vigas ocupan elextremo opuesto, trabajando sólo a la flexión. La cargapermanente es la usada para dar forma al arco, así noproduce momento por ser funicular a esta carga, el momentointroducido es debido a la carga variable. Arco del Triunfo

París, FranciaArq. Jean Chalgrin y Jean-Arnaud

Raymond29 de Julio de 1836

ARCOS Elementos que los caracterizan: En los apoyos los arcos generan un empuje hacia fuera que debe ser absorbido por los cimientos o mediante contrafuertes, cuando esto no es posible, se coloca un tensor para resistir el empuje que en algunos casos puede estar enterrado. Los arcos pueden ser doblemente empotrados o doblemente articulados. Los últimos permiten la rotación de los contrafuertes ante la acción de las cargas y de las variaciones de temperatura; son relativamente flexibles, y ante variaciones de temperatura o asentamientos del suelo, no desarrollan tensiones elevadas de flexión. Si los cambios de temperaturas causan muchos problemas se puede introducir una tercera articulación en el tramo verde, el cual permite deformaciones y no introduce esfuerzos adicionales. Ventajas: El arco es en esencia una estructura de compresión utilizado para cubrir grandes luces. Un arco lleva una combinación de compresión y flexión debido a no puede cambiar su forma para los tipos de carga, por lo que el material a usar debe soportar algo de flexión además de la compresión que se genera por la forma curva.

CABLES Definición: Los cables son elementos flexibles debido a sus dimensiones transversales pequeñas en relación con la longitud, por los cual su resistencia es solo a tracción dirigida a lo largo del cable. La carga de tracción se divide por igual entre los hilos del cable, permitiendo que cada hilo quede sometido a la misma tensión admisible. Comportamiento: Por su flexibilidad, los cables cambian su forma de acuerdo a las cargas a las que está sometida y pueden dividirse en dos categorías:1. Cables que soportan cargas concentradas. Forma de polígono funicular, esta es la forma natural requerida para que las cargas sean de tensión. 2. Cables que sostienen cargas distribuidas.

Puente atirantado de JerusalénJerusalén, Israel

Arq. Santiago Calatrava25 de Junio del 2008

CABLES Elementos que los caracterizan: Un cable no constituye una estructura auto portante a menos de contar con medios y procedimientos para absorber su empuje. En el proyecto de puentes colgantes, este resultado se logra canalizando sobre las torres la tracción del cable y anclando estos últimos en tierra. Compresión en las torres, flexión en las armaduras y corte en los bloques de anclaje. Ventajas: Los cables son una solución económica puesto que el área necesaria por tracción es menor a la requerida por compresión; pero a pesar de la eficiencia y economía, los cables de acero no son soluciones comúnmente empleadas en estructuras pequeñas, ya que el cable es inestable y este es uno de los requisitos básicos para las estructuras. Por otra parte, el esfuerzo de tensión de un cable es inversamente proporcional a la altura h. El problema económico de un cable con una gran altura, es que esto implica una mayor longitud, pero reduce la fuerza de tracción. Desventajas: Si no son bien colocadas podrían desprenderse y caerse, en muchos casos arruinar la estructura.

TENSORES Definición: Se dice de todos los sistemas que trabajas a tracción, como los cables, pueden ejemplificarse en las carpas de los circos, también pueden ser sistemas de barras rígidas que se utilizan son los que tienen una elevada resistencia a tracción como el acero. Elementos que los caracterizan: Son estructuras especialmente apropiadas para cubiertas de grandes luces con materiales livianos donde el elemento estructural esencial y el esfuerzo fundamental es el de tracción. Los antecedentes de las estructuras de tensores pueden encontrarse en las velas de los barcos.

Parlamento EscocésEscocia, Reino Unido

Arq. Enric MirallesSeptiembre del 2004

TENSORESVentajas:• Son muy flexibles y cambian de forma bajo la acción de cargas

concentradas.• No poseen rigidez a la flexión, ni resisten fuerzas de comprensión.• Bajo la acción de fuerzas concentradas grandes, se deforman, pierde su

perfil original y alcanza el denominado polígono funicular. Desventajas:• Resisten únicamente esfuerzos de tracción pura.• La forma responde a las cargas.• Cualquier cambio en las condiciones de carga afecta a la forma.• Carecen de rigidez transversal.• Las cargas pueden ser muy grandes en relación al peso propio.• No constituye una estructura o autoparlante: el diseño exigirá

estructuras auxiliares que sostengan los cables o alturas importantes. Esto conlleva a una combinación de sistemas estructurales diferentes.

LONAS Definición: Una membrana es una hoja de material tan delgada que para todo fin práctico, puede desarrollar solamente tracción. Algunos ejemplos de membrana constituye un trozo de tela o de caucho. En general, las membranas debes 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 comprensión hasta valores capaces de equilibrar las tensiones de tracción incorporadas a ellas.Comportamiento: Es un elemento estructural que se elabora con textiles, postes y cables tensionados. Son utilizadas para cubiertas y cerramientos en estadios, centros comerciales, aeropuertos, parques, plazoletas de comida, entre otros.

Estadio Olímpico de MúnichMúnich, Alemania

Arq. Frei Otto26 de Mayo de 1972

LONAS Elementos que las caracterizan: La inconsistencia de las membranas respecto a la mayor parte de los estados de tensión, el ingenio humano ha hallado las maneras de utilizar membranas para fines estructurales, sobre todo debido a su largo peso. La carapa del circo es una membrana capaz de cubrir decenas de metros siempre que la tela cuente con adecuado sostén en parantes de comprensión estabilizados por riendas de fracción. Las carpas son útiles como cubiertas temporarias y aceptables como techos permanentes si son altamente pretensadas. Ventajas y desventajas: Las ventajas que poseen los toldos de punto recto es que son muy económicos, además su eje da la posibilidad de adicionar motorización en un futuro y sus laterales descubiertos hacen que sea muy resistente frente a fuertes vientos. Una sus desventajas es que al poseer laterales descubiertos puede llegar a entrar sol por allí. Son de uso común en las carpas plegables.

CARPAS Definición: Funcionan bajo la presión de un gas comprimido entre membranas. El gas hace que las membranas -telas, plásticos o materiales sintéticos- se estiren hasta que ya no den más de sí. Y la propia presión que genere hace que la estructura no se venga abajo, los puestos de este tipo que se montan para las competiciones deportivas y las atracciones infantiles en las que los niños se divierten en saltar pueden servir de ejemplo. Elementos que las caracterizan: Flexible y resistente a tracciones, se comporta como un solo homogéneo y elástico. Pueden absorber, transmitir y trasladar fuerzas exteriores.

TectumValencia, España

Arq. Carlos PusañaFebrero del 2008

CARPASVentajas:• Se pueden crear estructuras donde los diferentes elementos utilizados se

complementan, permitiendo obtener estructuras mucho más ligeras que las obtenidas utilizando solo elementos metálicos.

• Permite explorar soluciones estéticas con una percepción de ligereza y transparencia propios de los elementos textiles que se utilizan para generar la membrana.

• La viga hinchable, la instalación y desinstalación es muy sencilla, mediante hinchado y deshinchado sin necesidad de realizar uniones.

Desventajas:• El principal inconveniente que presentan es que debido a su geometría al

aplicarle una carga horizontal la estructura se vuelve inestable.

CERCHAS Definición: Es una composición de barras rectas unidas entre sí en sus extremos para constituir una armazón rígida de forma triangular capaz de soportar cargas en su plano particularmente aplicadas sobre las uniones denominadas nodos; en consecuencia todos los elementos se encuentran trabajando a tracción o compresión sin la presencia de flexión y corte. Comportamiento: El triangulo en la forma básica de la cercha, esta es una forma estable aún con uniones articuladas. La forma estable del triangulo se puede imaginar si se parte del análisis de un cable sometido a una carga puntual, el cable para ser estable requiere de anclajes que soporten el corte que genera la tensión del cable en el apoyo.

Templo Expiatorio de la Sagrada Familia

Barcerlona, EspañaArq. Antoni Gaudí

1982

CERCHAS Elementos que los caracterizan: Una cercha está formada por los siguientes elementos:

• Los miembros de arriba cordón superior.• Los miembros de abajo cordón inferior.• Diagonales.• Verticales montantes o pendolones, dependiendo del tipo de fuerza.

Ventajas:• La cercha es uno de los principales tipos de estructura empleados en

ingeniería, ya que proporciona una solución práctica y económica debido a la ligereza del peso y su gran resistencia.

• Versatilidad en el uso de materiales para su construcción como lo son la madera y el acero.

Desventajas:• Son estructuras susceptibles a la vibración, lo cual trae como

consecuencia una instalación ruidosa.