Sistemas

Sistemas

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  Tema 8:Sistemas estructurales 1.Las acciones mecánicas. Estabilidad y Resistencia. 2. Transmisión de cargas gravitatorias y horizontales. 3. Deformación de la estructura y movimientos del edificio. 4. Trabajo por forma y por flexión. 5. Sistemas y elementos estructurales: orden, organización y sistema. 6. Dimensiones y proporciones: esbeltez. 7. Estructuras masivas y estructuras reticuladas. 8. Normativa. INTRODUCCIÓN A LA CONSTRUCCIÓN Curso 2012-2013. Escuela Técnica Superior de Arquitectura. Profesor Gonzalo Barluenga Badiola Objetivos docentes del Tema 8: • “Conocer e identificar las exigencias básicas que deben satisfacer las estructuras, relativas a las acciones mecánicas.” • “Conocer los tipos y clases de sistemas estructurales utilizados en construcción arquitectónica y las referencias normativas”.
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  Las acciones mecánicas •Son todas las variaciones del medio que movilizan mecanismos de tensión en los elementos constructivos (materiales). • Por tanto, producen cargas mecánicas (solicitaciones). • Pueden ser acciones mecánicas directas (fuerzas, desplazamientos impuestos o momentos) o indirectas. • Las acciones higrotérmicas pueden suponer acciones mecánicas sobre elementos que tienen limitado su desplazamiento (dilatación térmica o entumecimiento). • Dependiendo de la velocidad de carga, se consideran como estáticas (lentas) o dinámicas (rápidas y, normalmente, repetitivas). • En función de la duración de la carga pueden ser variables o permanentes (de larga duración).
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  Sistemas estructurales • Sucometido principal es mantener el edificio en pie, transmitiendo las acciones mecánicas al terreno. • Exigencia Básica de Seguridad estructural: asegurar que el edificio tiene un comportamiento estructural adecuado frente a las acciones e influencias previsibles a las que pueda estar sometido durante su construcción y uso previsto. • Además deben mantener sus propiedades frente a fuego (RF) y a lo largo de su vida útil (durabilidad). • Están constituidos por elementos estructurales y por uniones entre ellos. • Las uniones mecánicas pueden ser apoyos simples, articulaciones y empotramientos. Apoyos simples (uniones “deslizantes”)
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  Uniones estructurales Articuladas Empotramientos (Uniones rígidas)
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  “ La misiónesencial de cualquier estructura, la propiedad que la define como tal, es su capacidad de transmitir las fuerzas externas a puntos convenientes del terreno. La transmisión de dichas fuerzas se consigue mediante su transformación en esfuerzos internos y su distribución a lo largo de las piezas estructurales”. Félix Candela Estabilidad y Resistencia • Para poder transmitir las acciones (que son variables y se combinan entre sí) deben cumplirse ambas exigencias: • Resistencia mecánica: Cada elemento resiste individualmente y el sistema resiste en conjunto. • Estabilidad: - Debe alcanzarse un equilibrio de fuerzas (isostático en nudos articulados). - Si el sistema es redundante, la estructura es hiperestática (nudos rígidos) - Si no se equilibran, se producen desplazamientos (mecanismos).
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  Estabilidad y Resistencia Image byMIT OCW Transmisión de cargas gravitatorias y horizontales • Las acciones exteriores se pueden clasificar según su dirección: • Cargas gravitatorias: dirección vertical, relacionadas con el peso del edificio y de los objetos que contiene. Producen flexiones en los elementos horizontales y compresiones en los elementos verticales • Cargas horizontales: Debida a agentes ambientales (viento, olas, impactos, seísmos) y empujes. Producen compresiones en los elementos horizontales y flexiones en los elementos verticales.
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  Transmisión de cargasgravitatorias Transmisión de cargas gravitatorias
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  Transmisión de cargashorizontales Triangulación Núcleo Rígido Nudos Rígidos
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  Deformación y movimientodel edificio • Las estructuras son, dentro de unos límites, desplazables (se mueven). • La Rigidez es la relación entre carga y deformación. • La deformación de los elementos estructurales (puesta en carga, fluencia) y los desplazamientos y giros de los nudos determinan el desplazamiento. • Además, las cargas variables producen deformaciones variables (viento, temperatura, uso) • Los sistemas estructurales deben considerar el movimiento y hacerlo compatible con otros elementos (cimentación, cerramiento o particiones) Deformación y movimiento del edificio Movimiento por acciones variables Movimiento por deformación
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  Trabajo por formay por flexión • Se refiere al modo de comportarse de cada elemento estructural y a la estructura en su conjunto. • Cuando el equilibrio de las fuerzas se produce en la dirección de la pieza (directriz) predominan los esfuerzos axiles (tracción y compresión) o planares (corte), decimos que el elemento trabaja por forma (ejemplo: un cable, un arco, una bóveda). Permite “diseñar” la forma de la estructura para que ésta trabaje por forma. • Cuando el equilibrio se produce fuera de la directriz de la pieza, aparecen momentos flectores, que se compensan dando canto a las piezas. Trabajo por forma y por flexión Image by MIT OCW Biosphere, Buckminster Fuller
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  Trabajo por forma Sistemasy elementos estructurales • Los elementos de la estructura son cada una de las partes que podemos diferenciar, tanto por su morfología como por su comportamiento. • Las cargas se trasladan desde su posición en el edificio, a través de los elementos estructurales, hasta el terreno (cimentación). • Las relaciones entre los elementos (uniones) determinan cómo responde cada elemento (tipo de solicitación). • La estructura debe comportarse conjuntamente (como un sistema) frente a la suma de cargas .
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  Sistemas y elementos estructurales Sistemasy elementos estructurales El elemento de cubierta, C K, con su gran voladizo sobre el graderío de la tribuna, apoya en el soporte principal, A B sobre el que está articulado, quedando impedido el vuelco por el tirante C D, compensando con ello el peso de la galería DB, y el resto de la cubierta, D E de la sala de apuestas inferior, que queda en parte volada por fuera del tirante ...(...) E. Torroja, Hipódromo de la Zarzuela (1935)
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  Orden, organización ysistema • El orden de una estructura tiene que ver con la jerarquía de sus elementos: unos transmiten las cargas a otros, se apoyan unos en otros. Permite identificar los elementos pero no describe su comportamiento. • La organización de los elementos determina las relaciones entre los elementos (tipos de uniones). Permite analizar las solicitaciones que afectan a cada elemento. • El concepto de sistema estructural se refiere al comportamiento conjunto de los elementos. Permite evaluar el cumplimiento de las exigencias. Dimensiones y proporciones: esbeltez • Las dimensiones de los elementos estructurales dependen de las cargas y del diseño arquitectónico. • La proporción es la relación entre las dimensiones de un elemento, y de los elementos de un sistema entre sí. • La esbeltez es la relación que existe entre la sección de un elemento y su longitud (es una proporción). • Una esbeltez mayor exige una mayor deformación del elemento para estabilizar una carga (mayor tensión). • Los efectos indeseados de una esbeltez excesiva son las deformaciones diferidas y la inestabilidad (pandeo)
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  Dimensiones y proporciones:esbeltez Pandeo de elementos esbeltos Estructuras masivas y estructuras reticuladas • Las estructuras masivas están conformadas por elementos superficiales (muros, losas, bóvedas). • En las soluciones tradicionales (masivas), los elementos estructurales cumplen además otras exigencias (cerramiento, particiones). • Las estructuras entramadas o porticadas combinan elementos lineales enlazados (vigas, pilares, celosías) y elementos superficiales (losas) • En las soluciones convencionales (entramados) la estructura se identifica de manera independiente.
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  Estructuras masivas yestructuras reticuladas Estructuras in-situ y prefabricadas • Las estructuras se pueden construir in-situ (principalmente hormigón) o estar prefabricadas. • Hay diferentes grados de prefabricación, dependiendo de la actividad requerida en obra y del tipo de uniones: Componentes prefabricados: Partes de elementos (viguetas, prelosas, suelas de vigas, perfiles) Elementos prefabricados: lineales, superficiales (losas, paneles) y modulares. Sistemas prefabricados: cerrados (pensado como un conjunto) o combinados con otras soluciones (prefabricación abierta).
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  Estructuras in-situ yprefabricadas Estructura ejecutada in-situ Estructura con componentes prefabricados Normativa • La normativa sobre estructuras está organizada en aspectos generales (acciones a considerar, RF) y criterios de dimensionado y cálculo en función del material constitutivo (acero, madera, fábricas – CTE – y hormigón –EHE). • Los aspectos comunes más importantes son: - No define la estructura ni determina el proceso constructivo. - Facilita el dimensionado y el cálculo. - Limita algunas aplicaciones (seguridad). - Establece criterios de buena práctica y precauciones a tomar (durabilidad).
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  Conceptos del Tema •Estructurasreticuladas•Cargas horizontales•Peso propio •Trabajo por flexión•Apoyo simple •Normativa estructural•Rigidez•Elementos estructurales •Seguridad estructural•Trabajo por forma•Uniones estructurales •Estructuras in-situ y prefabricadas •Deformación y movimientos •Sobrecargas •Estructuras masivas•Cargas gravitatorias•Cargas permanentes y variables •Esbeltez•Resistencia mecánica•Cargas estáticas y dinámicas •Dimensiones y Proporción •Estabilidad•Acciones directas e indirectas •Orden y organización•Empotramiento•Acciones mecánicas •Elementos estructurales•Unión articulada•Sistemas estructurales Tema 8:Sistemas estructurales 1. Las acciones mecánicas. Estabilidad y Resistencia. 2. Transmisión de cargas gravitatorias y horizontales. 3. Deformación de la estructura y movimientos del edificio. 4. Trabajo por forma y por flexión. 5. Sistemas y elementos estructurales: orden, organización y sistema. 6. Dimensiones y proporciones: esbeltez. 7. Estructuras masivas y estructuras reticuladas. 8. Normativa.
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  Bibliografía de consultarecomendada • TORROJA, E. Razón y ser de los tipos estructurales. Editorial IccET. Madrid. • MONJO (y otros). Tratado de construcción. Sistemas constructivos. Munilla-Lería. Madrid, 2000 (Capítulos 6 y 7).