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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE ARQUITECTURA

Asesor: Arq. Jorge Escobar

CONSIDERACIONES SOBRE EL DISEOARQUITECTNICO CON ESTRUCTURAS DE ACERO.

Presentado por:

DORMAN ORLANDO SILVA LIRA

Al conferrsele el ttulo de Arquitecto en el grado de Licenciatura

Marzo, 2006

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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALAFACULTAD DE ARQUITECTURA

JUNTA DIRECTIVA

DECANO Arq. Carlos Enrique Valladares CerezoVOCAL I Arq. Jorge Arturo Gonzlez PeateVOCAL II Arq. Ral Estuardo Monterroso JurezVOCAL III Arq. Jorge Escobar OrtizVOCAL IV Br. Jos Manuel Barrios RecinosVOCAL V Br. Herberth Manuel Santizo Rodas

SECRETARIO Arq. Alejandro Muoz Caldern

TRIBUNAL EXAMINADOR

EXAMINADOR I Arq. Everto SandovalEXAMINADOR II Arq. Publio RodrguezEXAMINADOR III Arq. Hctor Jimnez

DECANO Arq. Carlos Enrique Valladares CerezoSECRETARIO Arq. Alejandro Muoz Caldern

Arq. Jorge Escobar OrtizCONSULTOR

Dorman Orlando Silva LiraSUSTENTANTE

Marzo, 2006

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Wxw|vt|tAl Gran Arquitecto: Jehov Dios

Por supuesto, toda casa es construida poralguien, pero el que ha construido todaslas cosas es Dios (Hebreos 3:4)

A mis padres Delma del Socorro Lira Castelln

Orlando Guillermo Silva ChavarraQuienes con su cario y cuidado han sidoun gran apoyo y magnfico ejemplo.

A mis hermanos Pedro, Yasser y Delma OdaliaA quienes quiero y aprecio.

A toda mi famil ia A mis abuelitos, tos y primos.

En forma muy especial a mi ta Ethel MaraLira, quien sin su ayuda me hubiera sidodoblemente difcil terminar este trabajo.

A mi novia Berly Ninet Estrada GarcaQuien fue un estimulo constante a lo largode la realizacin de esta tesis.

A mis amigos A mis hermanos en la fe, a quienes hansido compaeros de trabajo, en especial ami amigo y socio: Alejandro Solrzano

A todos los luchadores Dedicada a todos aquellos que seesfuerzan por cumplir sus sueos.

Tztwxv||xAl pueblo de Guatemala Que mediante sus impues

contribuye a la formacuniversitaria.

A la USAC Cuyo sistema educativo perm

brindar educacin de calidad menor costo.

A la FARUSAC Donde en sus aulas aprend nuespasado histrico y a servir a semejantes con mi profesin

A mi ASESOR Arq. Jorge Escobar, quien mebrind su direccin y consejo paralograr un documento con muchainformacin prctica.

A los profesionales Ing. Gustavo Argello Pasos

Lic. Martn ArguelloIng. Jorge Enrquez

A las empresas APSA, Guatemala, C. A.DB RILEY INC, Worcester MA, U

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on el hierro, apareci por vez primera enhistoria de la arquitectura un material artifi

de construccin. Pas a travs de una evoluccuyo ritmo se aceler en el transcurso del siglorecibi un impulso decisivo cuando result quelocomotora, con la que se haban estado hacienexperimentos desde finales de la dcada de 18slo poda ser utilizada sobre rales de hierro. El fue la primera unidad de construccin, el precursorla viga. El hierro era evitado en las casas viviendy serva para arcadas, salas de exposici

estaciones de ferrocarril y otros edificios qcumplieran finalidades transitoriSimultneamente, se ampliaron las zonarquitectnicas en las que se empleaba el vidrio, plas condiciones sociales para su creciente utilizaccomo material de construccin slo surgieron centenar de aos ms tarde. En GlasarchitekturScheerbart (1914), todava apareci en el contexto

una Utopa.

Walter BenjamParis: Capital of the 19th Century, 19

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Caso Guatemala: Estructuras para vivienda 168Caso Guatemala: Ampliaciones de viviendas 173Caso Guatemala: Edificios de Ofibodegas 174Caso Guatemala: Pequeos edificios de oficinas 176

CAPITULO VI. CRITERIOS PARA EL DISEO ARQUITECTNICO CONACERO

Introduccin 181Los proyectos en acero 181

Algunas razones para el desarrollo de proyectos en acero 182Seleccin del tipo de estructura 183Criterios para el diseo arquitectnico 184Ejemplo caso: proyecto Guatemala 188

Fuentes de informacin preliminar 192Beneficios de las estructuras de acero 192Espacios abiertos ms amplios 193Columnas ms pequeas 193Se requiere un mnimo de paredes de carga 194Flexibilidad de creatividad y diseo eficiente 194Eficiencia para instalaciones adicionales 195Facilidad de cambio, remodelacin y renovacin 196Reduccin del tiempo total de construccin 197

Reduccin de costos y tiempo de construccin en cimientos 198Tiempo ahorrado es dinero economizado 198Proteccin de incendios 199Desempeo superior en caso de movimientos ssmicos 199El acero es un material durable 201Las construcciones de acero son resistentes a todo tipo de clima 201El acero como material reciclable 201Objeciones tpicas al uso de estructuras de acero 202Sugerencias para mejorar la economa en estructuras de acero 206

Argumentos de materiales rivales 207Ventajas del acero 210Sobre la construccin del proyecto 211Talleres de acero 212Equipos y procedimientos del departamento de diseo 212Escalas de dibujo 212Lneas y tipos de letras 213Sistema de proyecciones ortogrficas 214Orientacin de vistas en el dibujo 215Secciones 215

Vistas auxiliares 216Lneas de corte 216

Lneas auxiliares que indican continuidad 216Fabricacin de proyectos 217Estimacin y Contratacin 217Costo por porcin 217Precio por libra 217Precio por porcentaje 217Costos por instalacin 218Costos por fabricacin 218Departamento de dibujo 220Planos de montaje 221Sistema de marcas, hojas ndice y numeracin de planos 221Lista de materiales 224Ejemplo de planificacin 224

CAPTULO VII. CONCLUSIONES Y BIBLIOGRAFA

Conclusiones y recomendaciones 233Bibliografa 235

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CONSIDERACIONES SOBRE EL DISEO ARQUITECTNICO CON ESTRUCTURAS DE ACERO

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Finalmente, exponer los criterios a seguir y consideraciones a tomaren cuenta para lograr eficiencia en las propuestas conarquitectnicas con acero estructural.

g.- Objetivos

i.- Objetivo general

Realizar un documento que contenga de manera sintetizadainformacin sobre los criterios a seguir para lograr propuestasarquitectnicas competitivas usando el acero como estructuraprincipal.

ii.- Objetivos especficos

1. Obtener y generar conocimiento fundamentado en conceptos,teoras y explicaciones concretas sobre el uso y la prctica dela construccin relacionada al desarrollo de proyectos conaceros estructurales.

2. Proponer criterios de diseo arquitectnico con acerosestructurales.

3. Mostrar los beneficios de construir con estructuras de acerocomparado con otros materiales.

4. Proponer recomendaciones y sugerencias para lograr diseos

econmicos, funcionales y eficientes.

5. Mostrar las diferentes formas de presupuestar un proyectorealizado con estructura de acero.

h.- Procedimiento de la investigacin

En este apartado se expresan las actividades generales que se

desarrollarn consecutivamente para culminar la presente tesis:

1. Se elabor un referente terico-conceptual sobre los tematratar, utilizando bibliografa especializada.

2. Muchas afirmaciones se basarn en entrevistas realizada

ingenieros y arquitectos con experiencia en el campo deconstruccin en acero as como a la experiencia personal este campo.

3. Se mostrarn algunos edificios que marcaron un adelantola tcnica de construccin del acero.

4. A travs de bibliografa especializada se darn criterios diseo de espacios con estructuras de acero.

5. Se construir la explicacin clara y especfica de todos componentes bsicos de una estructura metlica.

6. En cada investigacin de campo se utilizarn medios grabacin de audio y video como apoyo a la redaccin fin

Se utilizar una cmara canon eos elan IIe tipo reflex cobjetivos 35-80 mm y 70-300 mm. Un dispositivo flaSpeedlite 380EX, marca Canon. Filtros varios. Se utilizadibujos realizados en AutoCAD 2004 as corepresentaciones en 3 dimensiones realizadas en 3D StudSe realizar la redaccin, graficacin y presentacin final trabajo de tesis. Se utilizar Word 2003 como procesador palabras.

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en Alemania y Espaa era ms avanzado que en Inglaterra, tantoen cantidad como en produccin.

B.- TCNICAS CONSTRUCTIVAS PREDISPONIBLES EN LA REVOLUCINDUSTRIAL.

La revolucin industrial comenz en el siglo XVIII, y cambi

mundo como pocas cosas lo haban hecho antes. En aquel tiemconvergieron en Inglaterra diversos factores necesarios paraprogreso industrial, como fueron el conocimiento tcnico, suficiecapital, disponibilidad de materias primas y la posibilidad transportar stas y los productos terminados a bajo costo. Escircunstancias dieron comienzo a un aumento rpido y precedentes de la productividad.

Por otra parte, algunos sucesos anteriores prepararon el caminla industrializacin. Se empez a utilizar como combustiblecarbn, que era fcil de obtener en Inglaterra.

A partir de 1740 se produjo adems un importante aumento depoblacin inglesa, por lo que la industria tuvo que hallar nuevmtodos de satisfacer la creciente demanda. El futuro radicaobviamente, en ms y mejores mquinas. La banca suministr

fondos para crear nuevos negocios, y legiones de trabajadoinundaron las nuevas fbricas mecanizadas. Se legalizaron sindicatos, que antes haban estado proscritos. Los trabajadobritnicos, menos restringidos por la reglamentacin de los gremque los de la Europa continental, eran contratados a destajo, lo qaadi otro incentivo para encontrar mejores maneras de acelela produccin.

Adems, Inglaterra tena una fuerza laboral bien preparada. profesor Shepard B. Clough dice que las universidades Glasgow y Edimburgo no tuvieron rivales en las ramas deinvestigacin y experimentacin cientficas en las postrimeras siglo XVIII.20

20 De este modo, con Inglaterra a la cabeza, la revolucin industrial se extendi por toEuropa y Estados Unidos, y contina hasta este da en las naciones desarrolladas.

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CAPITULO II SINTESIS HISTRICA DE LA EVOLUCIN DEL ACERO COMO MATERIAL CONSTRUCTIVO

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CAPITULO II. SINTESIS HISTRICA DE LA EVOLUCIN DEL ACERO COMO MATERIAL CONSTRUCTIVO

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Polytechnique) merecen el crdito de haber iniciado el plan paraconstruir una torre de 1000 pies en Pars. Su diseo consista enun nmero de dibujos de fecha 1884. Estos ingenieros fueronempleados en la oficina de Gustave Eiffel.

Ilustracin II.9. Torre Eiffel del libro: Galerie desMachines, dibujo de la monografa por J. Alphand.Ferdinand Dutert & Victor Contamin.

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CAPITULO II SINTESIS HISTRICA DE LA EVOLUCIN DEL ACERO COMO MATERIAL CONSTRUCTIVO

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Ilustracin II.13.Naves del mercado central de Pars, 1854-1857,ampliado en 1860-1866. (Victor Baltard y Flix Callet)

Otra nave comenzaba en 1851, una combinacin pocoafortunada de arquitectura en piedra y hierro construidaseguramente por iniciativa de Napolen III, fue derribadaantes de su terminacin. El nuevo prefecto municipal,George-Eugene Haussman, declar que deseaba paraPars mercados de hierro y cristal. Baltard, con Hittorf elms importante colaborador de Haussman en materia dearquitectura, present un nuevo proyecto, que tambinfue realizado.

Ilustracin II.14.Casa de viviendas en el Trdelmarkt deNuremberg, 1883. (Maschinenbau-Actien-Gesellschaft Nrnberg, W. Hecht (arq.)

Vista durante las obras. La sorprendente estructura dehierro est lista para murar, los ladrillos de alto hornopara ello ya han llegado a la obra. Los tirantesdiagonales quedaban tras la superficie de la fachada.

Ilustracin II.15. Nave de mquinas de la ExposicinUniversal de Pars, 1887-1889.

La Nave de mquinas era el edificio ms espectacular dela Exposicin Universal de 1889. Con una longitud de420 metros, una altura de 43.50 y un arco de 115 metros,cubra sin apoyos una superficie de 46,000 metroscuadrados, a los que se aadan dos naves laterales de20 metros de anchura. La construccin estaba formadapor arcos de tres puntos de articulacin; su perfil de caja,

realizado como armadura, tena un tamao de 3.50 x0.75 ,metros.

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valores podan ms que el afn de descubrir y experimentar. Lasinnovaciones quedaron limitadas al sector industrial. El escritorWalter Mller-Wulcrow comento: Es ante todo la potencia de lamoderna vida industrial la que puede atraer a nuevas

personalidades creadoras y hacerlas desplegar su talento.23

La primera organizacin alemana que tuvo una actitud ms abiertafue la Deutscher Werkbund (Federacin alemana del trabajo)fundada en 1907 por doce artistas y doce fabricantes, con el fin demejorar la forma y calidad de los productos de consumo. En aqueltiempo, exista cierta insatisfaccin laboral debido al trabajomecanizado, por tanto el objetivo de la Deutscher Werkbund,

incorporar a la produccin industrial la satisfaccin que crea laelaboracin manual de productos de calidad.24

Los arquitectos eran conscientes que en la construccin defbricas exista cierta jerarqua en la forma: los procesos deconstruccin ya estaban dados as como las condiciones estticasde la fbrica. La pretensin por tanto era de darle al edificio msque una cubierta, darle una digna vestimenta segn palabras deWalter Gropius en 1913. Darle luz, aire y pulcritud, y la impresinde una liberacin hablando en sentido industrial- de la estupidezdel trabajo en la fbrica: as trabajar con ms alegra en laconsecucin de grandes empresas comunes, donde su lugar detrabajo, forjado por artistas, se corresponde con el sentimiento debelleza innato en cada uno, actuando de forma estimulante sobrela monotona del trabajo mecnico.

23 Extracto tomado del libro Arquitectura del Siglo XX , por Peter Gssel y GabrieleLeuthuser, pgina 9124 La revista Der Industriebau dijo que muchos fabricantes admiten que unacolaboracin artstica en la construccin de las instalaciones puede producir algo de loque la industria actual no puede prescindir: una publicidad del ms noble rango. Para elescritor Julios Posener esto tena un doble sentido: Por una parte, la obra tienenaturalmente que impresionar, que hacer propaganda de s misma y por otra, y talvez lams importante, ha de hacer propaganda hacia adentro, ha de impresionar a los

empleados, que deberan sentirse parte de la misma, y orgullosos de estar en ella. Idempgina 91 y 94.


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Ilustracin II.17.Leiter Building en Chicago, Illinois, 1879.William LeBaron Jenney.Foto Taylor / The Art Institute of Chicago

En este edificio, los puntales de hierro tras los pilares de

ladrillo sostenan las vigas de madera de los techos encada piso. Los delgados soportes entre las ventanas erade hierro forjado, y se apoyaban en antepechos depiedra. Dado que la construccin no tena trabazonesresistentes a la traccin, no puede hablarse de una obrade armazn. Es interesante la falta de decoracin detoda la fachada. En 1888 se aadieron dos pisos ms aledificio, estado que muestra la fotografa. En primerplano, a la derecha, se ven los rieles del Elevated, elferrocarril elevado que recorre el interior de la ciudad y

que dio nombre al centro comercial de Chicago, elLoop.

Ilustracin II.18.Singer Bu ilding en Nueva York, 1906-1908Ernest Flagg.Foto tomada de: History of the Singer BuildingConstruction.

La Singer Manufacturing Company declar con orgullo su

edificio de oficinas como el edificio ms alto del mundo.Con sus 612 pies de altura, superaba al monumento deWashington, al City Hall de Filadelfia, a la catedral deColonia y a las pirmides de Gizeh. De la torre Eiffel nose dijo nada. El viejo edificio de 1897 se integr en lanueva obra, siendo asimismo ampliado. En la torre seaprecia claramente el arriostramiento para contraventeo:refuerzos diagonales en las esquinas. Para los cimientosdel edificio se utilizaron unas cajas hundidas porprocedimientos neumticos, que producan unasobrepresin y deban evitar la presencia de agua alexcavar.

Ilustracin II.19.Perfil urbano de Nueva York, en 1914Foto Joseph P. Day / New York Historical Society

En segundo trmino, el Singer Building de Ernest Flag

el Woolworth Building de Cass Gilbert (1911-1913); eprimer trmino, el Adams Building.


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Ilustracin II.20 & II.21.Nave de Montaje de la Fbrica de Turbinas AEG enBerl n, 1908-1909.Peter Behrens (arq.), Karl Bernhard (ing.)Bildarchiv Foto Marburg

La estructura, compuesta por arcos de triple articulacincon cables tensores, tiene una altura de casi 25 metros.En el frente lateral, los apoyos aparecen en el exterior, yentre ellos retroceden un poco las grandes superficiesacristaladas. El frente del frontn est flanqueado por

dos pilones que sevan estrechando. Elfrontn poligonal conla inscripcin de la

empresa parecedescansar en elventanal central. Enrealidad estoselementos deapariencia poderosa

y maciza son slo un fino revestimiento de hormign,sostenido por una malla de acero. Son elementos sinfuncin portante alguna., Las finas listas de hierro en lasranuras de los pilones y la fina estructura de metal deltmpano indican lo artificioso de los medios empleados.

Ilustracin II.22.Fbrica de hormas del calzado Fagus en Al feld/Leine,1910-1914.Walter Gropius, Adolf Meyer y Eduard WernerFoto Klaus Frahm

La construccin industrial fue para Gropius, despus deabandonar la oficina de Behrens, su campo de principalactividad, consiguiendo plasmar convincentemente susideas en su primer encargo de construccin de la Fagus,una fbrica de hormas de calzado. El aspecto artsticode todo el complejo fue elaborado por Gropius. Nteselas proporciones de la fotografa la fachada oeste.

Ilustracin II.23 & II.24.

Fbrica de cristal de la factora Ford en Dearborn,Michigan, 1924.

Albert Kahn

Archivo Albert Kahn Associates

La fbrica, dedicada a la elaboracin de cristal plano, se

compona de cuatro hornos para fundicin, a los que seacopabla una larga nave. Aqu se enfriaba el cristal enbandas transportadoras, y era finalmente lijado y pulido.Hasta su elaboracin final, cada cristal recorra tresveces la totalidad de la nave. Caracterstica en Kahn erala ordenacin simtrica de las naves, con ampliasaberturas en los cristales para desviar el calor.

Seccin transversal y planta.

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Ilustracin II.25.Casa para Edith Farnswor th, Illinois. 1946-1951.Ludwing Mies van der RoheFoto Hedrich-Blessing

Ocho columnas de acero pintadas de blanco soportan lasplataformas del techo y del suelo, y elevan la casa porencima del terreno, propenso a inundaciones. A la casale precede una plataforma desplazada lateralmente. Losamplios escalones comunican los dos niveles. El interior,limitado de arriba abajo por planchas de cristal, quedadividido slo por un ncleo de maderas nobles quecontiene la cocina y los sanitarios. Un armario separa eldormitorio de estar.

Ntese la simplicidad en la proyeccin del espacio a

travs de la esbelta estructura. A pesar que el diseo deviviendas unifamiliares puede resultar costoso

1en este

sistema de marcos, este proyecto result adecuadodebido a la distribucin adecuada del espacio.

1

Vase el tema Estructuras para viviendas en elCaptulo V.

Ilustracin II.26. Glass House , casa del arquitecto, New Canaan,Connecticu t, 1949.Philip JohnsonFoto Norman McGrath

Materiales livianos y transparencia caracterizan estacasa. Igual que Mies, Philip Jonson desarroll unaesttica a base del acero, cristal, ladrillo que reflejabaartsticamente en la superficie la estructura del edificio,obligatoriamente cubierta. Para ello dio especialimportancia a los elementos de unin y a los remates.

Aqu Philip Jonson aplic su fantasa al pabelln, cuyointerior tena que estar libre de apoyos y que en su formaoriginal tena que aparecer equilibrando el paisaje comoun espacio flotante de luz entre los cristales.

Ilustracin II.27.Seagram Building, Nueva York, 1954-1958.Mies van der Rohe & Philip Jonson.Foto Ezra Stoller/Esto.

El edificio result distinto a cualquier anterior rascacde Nueva York. Se logr un espacio urbano abierto sin embargo, result rido y desmantelado, sirviendo para guardar distancia conveniente y poder apreciaelevacin del edificio. Los perfiles estructuralesempotraron en la superficie de cristal resaltados lneas de sombra. Los perfiles no fueron produindustriales en serie, sino se fabricaron especialmentbronce. El patn se reforz para darles mayor efptico. Las ventanas van de piso a cielo. La fach

recibe una marcada verticalidad, proporcionando imagen del principio de construccin.

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Ilustracin II.31 & II.32Distribu idora Renault en Swindon / Wiltshire, 1981-1983.Foster Associates (arq.), Ove Arup and Partners (ing.)Foto Richard Davies

La larga nave se compone de 42 unidades iguales de 24metros de longitud, cuyos techos cuelgan de mstiles de

acero de 16 metros, pintados en amarillo Renault. Todaslas funciones central de distribucin, centro deordenadores, sala de exposicin, centro deadiestramiento tcnico y restaurante, con un total de10,000 metros cuadrados- estn reunidos bajo un solotecho. El diseo primitivo prevea elementos decubrimiento con apoyos centrales tensados; la fachadaera la delimitacin del espacio. Pero cuando laconstruccin se troc en un armazn con paredes

exteriores situadasms atrs de los

apoyos, entonces

apareci la dinmicade la concepcin. Eledificio aparece comouna adiccin decubiertas aunque laesttica fue resueltade otra forma.

Ilustracin II.33.Edificio central del Hongkong and Shanghai BankingCorporation, Hongkong, 1979-1986.Foster Associates (arq.), Ove Arup and Partners (ing.)

La nueva concepcin renuncia al clsico modelo con un

ncleo central y una membrana como fachada. Eledificio lo soportan ocho mstiles de cuatro tubos cadauno. En los pisos 11, 20, 28, 35 y 41, los marcos rgidosdividen el edificio. De ellos cuelgan los pisos. A loslados estn 139 mdulos para aseos, instalacionestcnicas y escaleras y ascensores.

Ilustracin II.34.Hysolar-Forschungsinstitu t der Universitt Stuttga1987.Behnisch & Partner; F. Stepper, A. Ehrhardt.Foto Klaus Frahm

Este es un ejemplo tpico del traslado del centrogravedad de la arquitectura, de una visin utpica a hermenutica referida a si misma. Algunos considque las manipulaciones realizadas por los arquiteson concebibles en tanto que la herencia cultural tamest presente en el observador.

Desde el punto de vista tcnico, este ejemplo muestflexibilidad de la estructura de acero y su capacidaadaptarse a conceptos de arquitectura desordenad

Por supuesto la produccin de este tipo de proyetiene una rigurosa planificacin.


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Ilustracin II.35.Hysolar-Forschungsinstitu t der Universitt Stuttgart,1987.Behnisch & Partner; F. Stepper, A. Ehrhardt.Foto Klaus Frahm

Ac se investigan nuevas tecnologas sobre la base delhidrgeno obtenido mediante la energa solar. Elcarcter del edifico deba corresponder al trabajoexperimental e innovador que se da en l. El resultadotiene algo de orden arquitectnico experimental, eincluso una parte de las plataformas fueronimprovisacin.

Este proyecto como el anterior muestran lo flexible quepuede resultar el diseo con estructuras de acero. Elcaptulo V de este trabajo contiene informacin sobre eldesarrollo del Guggenheim de Bilbao, uno de losproyectos ms complejos del pasado siglo XX.

Ilustracin II.36.Cit des Sciences et de LIndustrie. Parc de laVillette en Pars, 1982-1990.Bernard TschumiFoto Peter Gssel

La estrategia del arquitecto Tschumi fue la de un edificiodiscontinuo, un conjunto fragmentado en una porcin demojones que se esparcen por todo el terreno. Existengaleras cubiertas a lo largo de los ejes principales decaminos serpenteantes que llegan a los edificios o

folies rojos. Los objetos arquitectnicos no son aqusolamente los edificios, sino tambin los espaciosintermedios, de acuerdo con el sentido de la poesaconcreta. Los folies o pabellones de Tschumi puedeninterpretarse como aportacin a la discusin sobreposibles transformaciones de la arquitectura en unsistema propio de puntos, lneas y superficies.

Ntese el protagonismo de la estructura de acero y laconcepcin de un espacio liviano.

Ilustracin II.37.Complejo f abril Funder Werk 3 en St. Veit / Glan,1988-1989.

Coop Hinmelblau

Foto Gerald Zugmann

La central energtica con las chimeneas danzantes, -debido a que no estn parelelas entre s-, est separada

de la nave de produccin, comunicndose con ella atravs de un puente. El acceso para camiones que seencuentra debajo est cubierto por un tejado plano.

Este proyecto ilustra la influencia de la arquitectura en unproyecto netamente industrial.

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China tambin rompi el mercado desviando las exportaciones decoque29 para su consumo domstico, al mismo tiempo un incendioen la mayor mina de coque en Estados Unidos origin una severa

escasez obligando a los molinos integrados a aumentar la cantidadde chatarra que ellos usan en sus fusiones de un 10 a un 25% diceJohn Anton analista de Acero para Global Insights

Anton predice que la chatarra y los precios de acero retrocedern amediados del ao. La produccin de coque en Estados Unidosdeber regresar a su lnea normal este verano. Para el prximoao los precios se establecern alrededor de los $367.00 la

tonelada y se mantendrn. Sin embargo, a largo plazo los preciostendern a subir de manera cclica.30

29 Coque: carbn poroso, residuo de la calcinacin de la hulla en la fabricacin del gas.Pequeo Larousse en color por Ramn Garca-Pelayo y Gross.30

Al momento de imprimir este trabajo, la tonelada de acero oscila entre US$600 (aceroplano) y US$750.00 (acero de molino)

Ilustracin II.38 Aumentos de Precios en Chatarra.

Ilustracin II.39 Aumentos de Precios en Acero Estructural


A CARGAS EN ESTRUCTURAS

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III

LINEAMIENTOS GENERALES DE COMPORTAMIENTOESTRUCTURAL

Introduccin

ara entender apropiadamente cmo podemos configurarespacios usando estructuras de acero, es necesario tener un

conocimiento general de estructuras y su aplicacin terica en eldesarrollo de proyectos en acero. Este captulo pretende repasaralgunos conceptos importantes y a su vez mostrar un anlisisconceptual por medio de descripciones y diagramas sin usarmatemticas. Los conceptos se introducen aplicndolos primero aestructuras sencillas y luego se profundizan aplicndolos aestructuras ms complejas, luego se formulan conceptosmatemticos bsicos y se dan algunos ejemplos.

A. CARGAS EN ESTRUCTURAS

Por su origen pueden ser:

1. Cargas naturales: fuerzas debido a la gravedad, el vientolluvia, empujes de tierra, empujes de agua, terremottemperatura y movimientos del terreno.

2. Sobrecargas de uso: estas cargas aparecen porque el edify la estructura se han diseado para un uso especfico. Escargas pueden ser elegidas en el diseo y pueden adems verticales u horizontales.

3. Cargas accidentales: estas cargas provienen de conceptos seguridad, por ejemplo al decidir que cierta estructura scapaz de resistir accidentes entonces existirn elemendiseados especialmente con ese fin. Situacionaccidentales pueden aparecer en estaciones de buses, trenes o en las escolleras de un puerto.

Por consideraciones de diseo pueden ser:

1. Cargas vivas: Es la carga ocasionada por las personas,mobiliario, el equipo, los materiales almacenados, divisionetc., en un edificio. La carga viva a utilizar en los clcudepender por tanto del tipo y utilizacin del edificio. Lreglamentos de construccin tienen diferentes requisitos plas cargas vivas mnimas.

2. Cargas Muertas: Est constituida por los materiales usadosla construccin (como los pisos, muros y columnas).

La funcin principal de una estructura es transferir cargas. Aunqpuede considerarse que cada carga o conjunto de cargas acta forma independiente, los edificios estn normalmente cargados c

una combinacin de varios tipos de cargas. Como el edificio desoportar cualquiera de estas combinaciones, es normal tener

P

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i. Reacciones

La tercera ley de Newton establece: toda accin est acompaada

de una reaccin igual y de sentido contrario.. Esto significa que enun edificio el peso empuja hacia abajo una fuerza igual a la que elsuelo empuja hacia arriba, esta ltima es la reaccin. Comprendereste principio es fundamental para comprender cmo las estructurassoportan las cargas.

Aunque es verdad que la carga y la reaccin actan en el punto deaplicacin de la carga, una estructura transfiere la carga a otro punto.

Debido a la ley de Newton, la suma de las cargas debe ser igual a lasuma de las reacciones. Planteando el equilibrio de fuerzasverticales en una viga de dos vanos tenemos:

P1 + P2 + P3 + P4 = R1 + R2 +R3

Ilustracin III.1

No solamente hay reacciones verticales, sino que en determinadasconfiguraciones pudieran haber horizontales, y tambin de momento.Un momento es el producto de la fuerza por la distancia. Losmomentos de reaccin actan en reaccin opuesta al producido porla fuerza del viento x altura:

Ilustracin III.2

Muchas estructuras necesitan ms de un tipo de reaccin. tomamos el ejemplo del viento soplando sobre un cartel, el sopoproduce reaccin vertical y horizontal y momento de reaccin. Esresisten el peso propio, la carga de viento y el momento de viento.

Ilustracin III.3

CAPTULO III. LINEAMIENTOS GENERALES DE COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL

ii Recorridos de cargas La identificacin de recorridos de cargas verticales para muchos

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ii. Recorridos de cargas

Consiste en la secuencia de cargas y reacciones a lo largo de loselementos estructurales. La reaccin de un elemento puede ser la

carga del elemento siguiente.Hay que hacer notar dos observaciones sobre los recorridos decargas:

1. La primera observacin es que todas las cargas pueden ydeben tener un recorrido de cargas desde su punto deaplicacin hasta el apoyo final. Estos recorridos deben ser

identificados por el diseador de la estructura para todas lascargas y todos los casos de carga:

2. La segunda observacin es que, como la funcin de unaestructura es transferir cargas, el recorrido de cargas es laestructura para cada carga. De modo que la respuesta a lapregunta qu es la estructura? puede variar para cada carga.Para las cargas P2 y P6 la estructura es diferente.

Ilustracin III.4

La identificacin de recorridos de cargas verticales para muchosedificios es relativamente simple. Sin embargo, para edificiossencillos como viviendas puede ser complejo.

El recorrido de cargas es necesario para cargas verticales yhorizontales. Veamos el siguiente ejemplo:

Ilustracin III.5

La mxima carga de viento est producida por el viento actuandoperpendicularmente al cartel. Es decir, no tendremos en cuenta elefecto del viento en los cordones y pilares. El cartel se apoyahorizontalmente en los montantes verticales y stos trabajan comocargas verticales que se apoyan en el cordn superior y en el cordninferior.

Las reacciones de los montantes se transforman en cargashorizontales que actan sobre los cordones superior e inferior. Estoscordones trabajan como vigas horizontales apoyadas en los pilares.

Las reacciones de los cordones superior e inferior actan comocargas en los pilares, que su vez trabajan como voladizos verticalesempotrados en el suelo.

En este caso el recorrido de cargas es toda la estructura. (Vase

Ilustracin III.6)


An en edificios sencillos, los recorridos de cargas verticales no son B. ESFUERZOS INTERNOS

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An en edificios sencillos, los recorridos de cargas verticales no sonlos mismos que los de las cargas horizontales. Como el recorrido decargas es la estructura, esto significa que normalmente existendistintas estructuras para resistir las cargas verticales y las cargas

horizontales. (Vase Ilustracin III.7)

Ilustracin III.6

Ilustracin III.7

B. ESFUERZOS INTERNOS

La estructura transfiere las cargas por medio de esfuerzos, es defuerzas que estn dentro de la estructura, y estos esfuerz

producen tensiones en el material estructural.La estructura tambin se deforma bajo el efecto de las cargas, ymagnitud de la deformacin depende de la rigidez de la estructura.

i.- Un marco simple

En la estructura conocida como marco, los diagramas pueden

dibujados, viendo lo que ocurre en la estructura cuando ecargada.

Ilustracin III.8

Aqu, aunque la carga slo es vertical, existen reaccionhorizontales. Esto ocurre porque de otra forma los pilares desplazaran en horizontal en sus apoyos.


No solamente habr momentos flectores en el marco, sino que

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Ilustracin III.9

La deformada (Ilustracin III.8) muestra qu fibras del dintel y de lospilares estn en traccin y en compresin. Si utilizamos esto comogua, se pueden dibujar los diagramas de momentos.

Ilustracin III.10

El diagrama de momentos se dibuja en el lado de las fibras detraccin de los pilares y el dintel. Para indicar los momentos, seutiliza la convencin de signos tanto para la viga como para lascolumnas.

, qadems existirn esfuerzos cortantes y esfuerzos normales, es decir,tracciones o compresiones. Existen esfuerzos normales en los pilaresdebido a las reacciones del dintel y esfuerzos normales en el dintel

debido a la reaccin horizontal.Tambin se puede dibujar un diagrama de cortantes. Como el queaparece a continuacin.

Ilustracin III.11

Se puede obtener un conocimiento ms profundo de cmo losesfuerzos internos actan en la estructura, suponiendo que lasdistintas partes que componen la estructura son "cuerpos libres". En

el caso del marco los "cuerpos libres" son la viga y los dos pilares.


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Ilustracin III.12

Las fuerzas que actan en estos cuerpos libres para mantener elequilibrio se muestran en la Ilustracin III.13

Es ms fcil comprender el significado de estas fuerzas, examinandopor separado los esfuerzos debidos a la carga horizontal y losesfuerzos debidos a la reaccin horizontal de los pilares.

El efecto de la carga vertical W est equilibrado por las fuerzas enlos apoyos de la viga Pv. stas a su vez producen esfuerzos igualesa Pv en la parte superior de los pilares, que a su vez estn

equilibrados por esfuerzos, tambin iguales a Pv, en la parte inferiorde los pilares. Estos esfuerzos estn equilibrados por fuerzas en losapoyos, que a su vez estn equilibrados por las reacciones(Ilustracin III.14).

Ilustracin III.13


trabajen a flexin. En otras palabras tenemos que Fv = 0 y Fh =

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Ilustracin III.14

Est clara la razn de la existencia de M y PH: aparece porque elnudo entre el dintel y los pilares es rgido, esto es, la unin semantiene en ngulo recto antes y despus de deformarse. Debido ala carga vertical W, el dintel flecha y sus extremos giran. Paramantener este ngulo recto, los pilares intentan desplazarse haciaafuera como mostraba la Ilustracin III.9 (si esto ocurriese, M y PHno existiran). Pero la unin de la parte inferior de los pilares con losapoyos impide el movimiento horizontal y esto hace que los pilares

0 (Sumatoria de fuerzas verticales y horizontales = 0).

Ilustracin III.15

Los diagramas de momentos, cortantes y normales pueden tambinser divididos entre los producidos por la carga vertical W y losproducidos por la reaccin horizontal de los pilares. En el primercaso, es el efecto de la carga vertical sin reaccin horizontal en labase de los pilares.


Para mostrar cmo los esfuerzos internos nos permiten compren

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Ilustracin III.16

En el segundo caso, es el efecto de desplazar las dos partesinferiores de los pilares a la vez.

Ilustracin III.17

Como los dos efectos ocurren a la vez, podemos combinar dosdiagramas para obtener el efecto debido a los dos casos.

Ilustracin III.18

Con este conjunto de diagramas, adems de la magnitud de todoslos esfuerzos, se obtiene la informacin de cmo se comporta unaestructura bajo cualquier tipo de carga.

cmo se transporta la carga, vamos a volver a estudiar el ejemplo cartel cargado con el viento.1

Ilustracin III.19

El cartel en s es un elemento bidimensional2 que estara soportapor los cordones, los montantes y los pilares. Vamos a suponer qslo se apoya en los montantes y los pilares (despreciaremos cordones). Como stos son paralelos, trabajar en una sdireccin.

Ilustracin III.20

1 El mismo principio aplicara para forros metlicos en bodegas industriales. Sin embala aplicacin puede extenderse a edificios en arquitectura. Ntese la estructuracin y fo

usada para el Museo Guggenheim de Bilbao, en el captulo V de este trabajo.2

Vase la seccin: Elementos estructurales en la parte C. Comportamiento deelementos estructurales.


Los momentos flectores y esfuerzos cortantes varan a lo largo de lal it d d l t l t t l l d lt

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longitud del cartel, pero son constantes a lo largo de su altura.

Ilustracin III.21 Ilustracin III.22

Pero es ms claro dibujarlo si lo vemos desde arriba, tal comoaparece en la Ilustracin III.23

Las reacciones del cartel son las cargas que actan sobre losmontantes, y stos actan como vigas apoyadas en los cordones.

Podemos dibujar los diagramas de momentos y cortantes de unmontante cualquiera.

Las reacciones de los extremos de los montantes actan como trescargas puntuales en los cordones superior e inferior. stos trabajancomo vigas apoyadas en los dos pilares; por lo que podemos dibujarlos diagramas de momentos y cortantes de los cordones.

Ilustracin III.23

Ilustracin III.24

Los pilares trabajan como voladizos soportando las reacciones de losmontantes ms la carga que les transmite el cartel. Se pueden ahoradibujar los diagramas de momentos y normales de un pilar.

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Todos los puntos de la seccin se deforman la misma cantidad, esdecir existe una distribucin de tensiones constante o uniforme

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(carga / unidad de superficie).

El hecho de que las tensiones sean constantes en un pilar cargadocon cargas normales nos da una relacin muy sencilla entre esfuerzointerno y tensin, esto es:

Tensin normal = (Esfuerzo normal) x (por el rea de la seccin)

Esto significa que para un esfuerzo dado, la tensin puede variarseaumentando o disminuyendo el rea de la seccin del pilar.

La hiptesis de que las secciones se mantienen planas tambinpuede orientarnos sobre si el elemento estructural debe serconsiderado como de una, dos o tres dimensiones.

En la siguiente figura tenemos tres columnas sometidas a la mismacarga puntual:

Ilustracin III.26

Luego en la siguiente figura tenemos la parte en tensin de las trescolumnas. Las tensiones se abren hacia fuera a aproximadamente60. Esto indica que para la columna mas ancha, la seccin no semantiene plana.

Ilustracin III.27

Esto nos revela una orientacin de si los elementos son de una,dos o tres dimensiones. En la figura anterior, los primeros dospilares pueden ser considerados como de una dimensin debido a

que su distribucin de tensin es sencilla. En el pilar mas ancho sinembargo, se debe suponer que es un elemento de dos dimensiones.

Este efecto se puede experimentar tirando de hojas de papel cadavez ms anchas. La parte tensionada del papel quedar tirante, laspartes no tensionadas quedarn flojas.

Ilustracin III.28iv.- Tensiones de flexin

Cuando las partes del recorrido de cargas cubren un vano, vigas ylosas, los elementos tendrn esfuerzos internos de flexin ymomentos.

Las caras superior e inferior de estos elementos se volvern curvas,aunque una seccin plana seguir plana.


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Ilustracin III.29

La mxima compresin est en la parte de arriba de la rebanada, lamxima traccin est en la parte de abajo de la rebanada, y en CD,

el eje en que cambian de signo las tensiones, no hay ni traccin nicompresin. Utilizando esta informacin podemos dibujar el diagramade distribucin de tensiones de una seccin de la viga en vistalateral.

Ilustracin III.30

Si adems suponemos que estas tensiones producidas por elmomento flector no varan en el ancho de la viga, podemos dibujar eldiagrama de la distribucin de tensiones en tres dimensiones.

Ilustracin III.31

Esta distribucin de tensiones basada en la elasticidad lineal y que las secciones se mantienen planas se utiliza abundantemente

Ingeniera Estructural. Se puede analizar como dividida en dos paruna distribucin triangular de tensiones de compresin, y udistribucin triangular de tensiones de traccin.

Los tres aspectos que hemos estudiado de la viga se pueden ligar forma lgica con los conceptos que hemos ido examinanrealmente hemos dado tres pasos:

Paso 1. Liga el concepto del momento solicitando la vcon el de las secciones planas mantenindoplanas y el de los lados de la rebanada girando

Momentoflector girado

Lado

SITUACION ORIGINAL DEFORMACIN

Ilustracin III.32

Paso 2. Liga la deformacin de la rebanada producpor el giro de los lados con las ideas elasticidad lineal y distribucin de tensiones.

de la vigaSeccin o tramo


i i

CC La magnitud de la resultante de compresiones debe ser igual

a la magnitud de la resultante de tracciones.

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Variacinlineal dedeformaciones esfuerzos

lineal deVariacin

TT

Ilustracin III.33

Paso 3. Aqu utilizamos el concepto de que si un esfuerzoproduce una distribucin de tensiones, entoncesdonde hay una distribucin de tensiones debe

aparecer un esfuerzo que es la resultante deesas tensiones y esta resultante debe apareceren el centro de gravedad de la distribucin detensiones.

T

C

T

CResultanteCompresiones

de traccionesResultante

BrazodePalanca

Ilustracin III.34

En esta figura llamamos a la distancia entre la "resultante decompresiones" y la "resultante de tracciones", brazo de palanca.Recordando que un momento es el producto de la fuerza por ladistancia, las resultantes de traccin y compresin "producen " elmomento flector. Aqu, de una manera un tanto desconcertante, lafuerza puede ser a la vez la resultante de tracciones o decompresiones y la distancia es el brazo de palanca.

La primera conclusin es:

En segundo lugar, para que exista equilibrio el momento debe serigual al producto de la fuerza por la distancia.

La segunda conclusin es:

La magnitud del producto de la resultante de compresionespor el brazo de palanca debe ser igual a la magnitud delproducto de la resultante de tracciones por el brazo depalanca, que a su vez debe ser igual al momento flector.

El valor del momento flector est "definido" por la posicin delelemento estructural en el recorrido de cargas y el valor de lascargas que el recorrido de cargas debe transferir. Por lo tanto,podemos deducir de la segunda conclusin que si hacemos mayor elbrazo de palanca la resultante de compresiones (o de tracciones) sehar ms pequea y viceversa.

Ilustracin III.35

Todos los esfuerzos de compresin (fuerza por unidad de superficie)en la parte superior de la viga deben sumar la resultante decompresiones, y todas las tensiones de traccin en la parte inferiorde la viga deben sumar la resultante de tracciones. Variando el cantoy por tanto el brazo de palanca, el valor de las resultantes de traccin

y compresin puede ser alterado, lo que significa que el valor de las


tensiones puede ser alterado. Esto slo es cierto si el ancho no sealtera. El valor de las tensiones puede tambin ser alterado variandol h t lt l P l t t l l d l

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el ancho porque ste altera el rea. Por lo tanto el valor de lastensiones puede ser alterado variando el canto o el ancho.

Ilustracin III.36

A diferencia de los elementos cargados con esfuerzos normales, quetienen la misma tensin en toda la seccin, las vigas solicitadas pormomentos tienen tensiones variables con un valor mximo arriba yabajo. Como todos los materiales estructurales tienen un valormximo utilizable de la tensin, las vigas rectangulares y macizas(vigas de concreto reforzado) como la de la Ilustracin III.36 estninfra-tensionadas en toda la seccin excepto en las partes superior einferior.5

Una de las metas del diseo estructural es conseguir que todas laspartes de la estructura estn tensionadas con el valor mximoutilizable del material que se est usando. Es una meta interesantesalvo que nos conduzca a estructuras de geometra que soncostosas de construir.

5 Por esta razn, las secciones WF son muy eficientes debido a que la compresin mxima y

la tensin mxima son absorbidas por el patn y el alma absorbe el esfuerzo de cortante.

Para ms informacin vase la pgina 56.

Ilustracin III.37

No slo puede ser desperdiciado el material a lo largo del canto deviga, sino que tambin puede ser desperdiciado a lo largo de longitud.

Supongamos una viga de seccin rectangular y canto constante; qsoporta una carga puntual en un vano. El valor del momento flecvara a lo largo de la viga.

En esta estructura tan sencilla la tensin mxima aparece slo ensitio, donde el momento flector es un mximo. Prcticamente todoresto de la viga tiene tensiones de flexin menores del mximo. Econtrasta fuertemente con el comportamiento del pilar cargado punta. En ste la totalidad de la seccin, y a lo largo de toda longitud, trabaja con la tensin mxima y por lo tanto no desperdicia en ningn punto del material estructural.

Figura c.38


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Ilustracin III.39

La economa en estos detalles depender del material estructuralque se utilice ya que cada material tiene un mtodo de construccindistinto, sin embargo, el uso de acero puede significar un ahorro en

costo o velocidad de construccin, por ejemplo, se pueden usar otrasformas como tubos redondos, vigas WF, canales o angulares.

Para entender por qu las secciones de la Ilustracin III.39 son"eficientes a flexin " podemos comparar el funcionamiento de unaseccin en ' WF ' con otra en ' + ' que tenga el mismo canto y lamisma rea.

Ilustracin III.40

Como las secciones planas se mantienen planas despus de ladeformacin, si suponemos que las dos secciones tienen la mismatensin mxima utilizable, el alzado lateral de las dos distribucionesde tensiones ser igual a la Ilustracin III.41 para las dos secciones.

Ilustracin III.41

Sin embargo, si se dibuja un diagrama tridimensional como el de laIlustracin III.42 para las dos secciones, aparecen diferenciasdrsticas entre los dos diagramas. En los dos casos se presenta lacompresin mxima y la tensin mxima en el extremo superior einferior de la seccin, sin embargo la seccin WF distribuye losesfuerzos de manera ms eficiente que la seccin +.

Ilustracin III.42

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equivalente a que la estructura sufre una carga, ms un momento.Esto nos da una relacin muy sencilla entre esfuerzo normal ymomento:

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momento:

Momento Flector = Esfuerzo normal por excentricidad.

O:

Excentricidad = Momento flector dividido por esfuerzo normal.

Supongamos que una viga se apoya en un muro como en laIlustracin III.45 Para que el muro tenga slo tensiones normalesuniformes debidas a la reaccin de la viga, sta debe apoyarseexactamente en el centro de gravedad de las tensiones uniformes.

Ilustracin III.45

Esto es normalmente imposible en una estructura real a no ser quese tomen medidas muy precisas para que ocurra. Por lo tanto, lareaccin de la viga estar aplicada en el muro con alguna

excentricidad. Es decir, el muro est cargado con una carga axial yun momento flector.

En la Ilustracin III.46, la excentricidad est dentro del espesor delmuro, pero esto puede no ser siempre el caso. Qu ocurre en labase del muro de un jardn, o de cualquier otro muro aislado, cuandosopla el viento? La carga axial est producida por el peso propio delmuro y el momento est producido por el viento soplando en

direccin horizontal sobre el muro.

Ilustracin III.46

Ilustracin III.47

Aqu la excentricidad puede tener cualquier valor dependiendo de losvalores relativos del esfuerzo normal producido por el peso del muroy del momento producido por el viento.


lo contrario sta se fisurar o colapsar. Por eso las chimeneas o muros de ladrillo vuelcan algunas veces con vientos fuertes.

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Ilustracin III.48

En secciones rectangulares, si queremos que en la seccin sloexistan esfuerzos de compresin, la excentricidad debe estar dentrodel tercio medio de la seccin.

Ilustracin III.49

Esto tiene consecuencias muy importantes en estructuras formadaspor materiales que no pueden soportar tensiones de traccinsignificativas, como la mampostera, la piedra y el hormign armado.En estructuras formadas por esos materiales los esfuerzos normales

deben ser "mantenidos" dentro de la parte central de la seccin o de

Esta forma de combinar tensiones permite comprobar fcilmentelas tensiones estn por debajo de la tensin admisible del materEsto significa que en todas las partes del recorrido de cargas puecomprobarse si el elemento estructural es lo suficientemente fuelo que es muy importante para el diseo de estructuras.

vi.- Efecto de la forma de la seccin.

Si aplicamos una carga simtrica a los siguientes perfiles tendrem

que mientras el perfil WF no presenta torcin, la seccin C intetorcionar, la razn se debe a que la seccin no es simtrica respea un eje vertical.

Ilustracin III.50

De forma general, el efecto de la forma de la seccin del elemeestructural acta junto al tipo de carga para producir distintos tipos

comportamiento estructural. Este comportamiento estructural puellegar a ser extremadamente complicado para elementos de forcualquiera. Lo importante es saber que produce un comportamiesimple o complejo.

En elementos con carga axial, para que todos sus puntos tenganmisma tensin, es decir, tengan distribucin uniforme de tensiondebe ser aplicada la carga en un punto determinado. A este punto

le ha llamado centro de gravedad de la seccin o centro de re


Este punto es aquel en que se equilibra la distribucin uniforme detensiones. Para aclarar este concepto imaginemos una plataforma enforma de T que soporta un grupo de personas del mismo peso

secciones con dos ejes de simetra el centro de reas debe estar enla interseccin de los dos ejes. (Vase Ilustracin III.55)

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q p g p p pespaciada uniformemente en su superficie.

Ilustracin III.51Se supone que ese grupo representa una distribucin uniforme detensiones. Pero dnde est el punto de equilibrio? Al contrario de loque ocurra con el columpio, este punto debe encontrarse en dosdimensiones. Se pueden dibujar dos diagramas: uno a lo largo de la T,otro a travs de ella.

Ilustracin III.52En la direccin AB el punto de equilibrio estar ms cerca de B que de

A, pero en la direccin CD la carga es simtrica, por lo que el punto deequilibrio est en el punto medio entre C y Do Los puntos de equilibriosson en realidad lneas y el centro de reas es el punto de interseccinde esas lneas. (Ilustracin III.85)

Si la carga axial se aplica en el centro de reas, se producir unadistribucin uniforme de tensiones. Si se utiliza otra forma de seccin(o plataforma) el centro de reas, se desplazar. Las lneas de

equilibrio deben coincidir con los ejes de simetra, por lo que en

Ilustracin III.53

Ilustracin III.54

Ilustracin III.55

Y si no hay ejes de simetra el centro de reas slo puede obtenersebasndose en clculos.6

6 Para las propiedades fsicas de las formas tradicionales de aceros , El Manual of Steel

Construction. Allowable Stress Design. Ninth Edition, contiene entre otras caractersticas

esta informacin.


vii.- Estructuras mixtas en acero

Aunque el hormign armado es la construccin mixta ms usada,

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q gtambin se pueden combinar perfiles laminados de acero y hormignarmado para formar elementos estructurales. Este tipo de

construccin se usa frecuentemente en vigas donde la estructura depiso, un elemento estructural de hormign de dos dimensiones, seusa como parte de las vigas principales.

Para conseguir que trabajen conjuntamente, la losa se une con laparte superior de las vigas por lo que se conoce como conectores oNelson Stud. Estas piezas son de acero, tienen frecuentementeforma de clavija y estn soldadas a la parte superior de la viga.

Ilustracin III.56

Ilustracin III.57Conectores o Nelson Stud en una Viga

El hormign se vierte alrededor de los conectores y stos impidque la losa y la parte de la viga tengan entre s movimienrelativos. Esto permite que aparezcan tensiones tangencialesesfuerzos rasantes entre la losa y la viga.

Ilustracin III.58

Ahora la estructura de piso es la viga y la losa de hormigAadiendo los conectores transformamos la losa en parte del ala la viga que trabaja a compresin.

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A medida que se aumenta la carga de la viga la tensin en esospuntos alcanzar la mxima tensin elstica y se le suele llamarlmite elstico.

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Ilustracin III.61

Los materiales dctiles como el acero pueden volverse frgiles; esto

puede ocurrir debido aun alto nmero de procesos de carga ydescarga repetidos o a sobrecargas altas actuando con temperaturasbajas. Se evitan estos problemas predeterminando estoscomportamientos estructurales.

iii. Comportamiento plstico

Para que las estructuras colapsen "gradualmente", deben

comportarse plsticamente en algn punto del recorrido de cargas, yeste comportamiento plstico es el que har que la estructura setransforme en un mecanismo. Para darnos cuenta de cmo ocurreesto, podemos estudiar otra vez una viga.

Ilustracin III.62

Hemos visto que hay dos puntos de tensin mxima en las caras

superior e inferior de la viga y en el punto de momento mximo.

Ilustracin III.63La tensin fp (fuerza por unidad de superficie) es la tensin a partirde la cual el material empieza a comportarse plsticamente. Amedida que se aumenta la carga el punto se transforma en una zonade tensiones plsticas. Esta zona aparece cuando los puntosadyacentes al punto de tensiones mximas de la viga llegan al lmiteelstico y se vuelven plsticos.

Ilustracin III.64

Como la tensin no puede ser mayor que el lmite elstico, ladistribucin de tensiones en la zona plstica se vuelve distinta de laque aparece en la Ilustracin III.36.


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Ilustracin III.65

A medida que aumentamos la carga, aumenta la profundidad de lazona plstica, hasta que la viga alcanza la plastificacin total.

Ilustracin III.66

Cuando se alcanza la plastificacin completa la viga ya no puede sercargada ms y se forma una rtula plstica. La viga colapsagradualmente y se transforma en un mecanismo que gira alrededorde la rtula plstica.9

9 Esto nos ayuda a comprender dnde se hace necesario reforzar una viga, cuando se cambia

el uso del espacio (por ejemplo: las remodelaciones).

Ilustracin III.67

Al momento que aparece en la rtula plstica se le llama momeplstico. La relacin entre el momento elstico, Me, es decir,momento elstico cuyas dos tensiones mximas son el lmite elsty el momento plstico, Mp, vara con la forma de la seccin.

Lo que ha ocurrido es que un fallo local en un elemento del recorrde cargas ha transformado la estructura en un mecanismo plstiLa prediccin de este mecanismo plstico es la base del mtodo clculo en rotura. En una viga aislada el comportamiento elstpermite predecir directamente cmo se formar el mecanisplstico.

Ilustracin III.68


tensiones uniforme. Como la seccin y el material son los mismos enlos dos pilares, se volvern "plsticos" bajo la misma carga.

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Ilustracin III.69

En estructuras ligeramente ms complicadas, como una viga de dosvanos, la formacin de una sola rtula plstica no transforma laestructura en un mecanismo. En este caso la primera rtula plsticase forma en el soporte central, pero la estructura todava no es unmecanismo.

iv. Inestabilidad por pandeo

Cuando un elemento estructural unidimensional y recto se cargaaplicando dos fuerzas en sus extremos, o bien se alarga o bien seaplasta. Si el material es linealmente elstico / perfectamente

plstico, el elemento se deforma elsticamente a medida que seaumenta la carga, hasta que se alcanza el lmite elstico. Elelemento se vuelve ntegramente plstico y se deforma sin lmitebajo la carga de colapso. Como la distribucin de tensiones normalesbajo carga axial se supone que es uniforme, toda la seccin sevuelve plstica bajo la carga de colapso.

El elemento se rompe con la carga de colapso por un alargamiento o

aplastamiento "sin fin". Esto es siempre cierto en los elementos atraccin, pero en los elementos a compresin slo es cierto para uncierto tipo de elementos. Esto ocurre porque en los elementoscomprimidos pueden aparecer una prdida de la estabilidad globalproducida por su propio peso. Imaginemos dos pilares de la mismaseccin, el mismo material y uno de ellos "corto" (grueso) y el otro"largo" (esbelto). Lo que les diferencia en su longitud, y esto noalterar el valor de su carga de colapso Pp (Ilustracin III.122), ya

que los dos resisten las cargas axiales con una distribucin de

Ilustracin III.70

Ilustracin III.71

Si hacemos un sencillo experimento con una chapa esbelta a la quecomprimimos con una carga, nos daremos cuenta de que a medidaque aumentamos la carga la chapa empieza a flectar, es decir,empieza a trabajar a flexin.


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Ilustracin III.72

En el caso de una carga excntrica como la de la Ilustracin III.64, laexcentricidad e se mantiene constante por mucho que se aumente lacarga axial P, y se cumple la teora de ingeniera. En una columnaimperfecta, a medida que la carga axial aumenta la dimensin eaumenta y por tanto el momento M = P x e tambin aumenta: Sihubisemos utilizado la teora de ingeniera para calcular la columna,el momento flector que soporta la columna sera siempre P x e,donde e es la imperfeccin inicial. A medida que aumenta la cargaaxial se ignora el aumento de e y el momento aumentara enproporcin directa a la carga.

Ilustracin III.73

Ilustracin III.74

Si tenemos en cuenta el efecto del aumento de e a medida quecarga se incrementa, el comportamiento carga / desplazamiento est representado por una recta, sino por una curva. A medida quecarga axial alcanza el valor de la carga de pandeo de Euler (FEcarga crtica), la curva se confunde con la lnea horizontal deIlustracin III.125.


En esta figura aparece el punto del eje de esbelteces donde el pilarpasa de ser grueso a ser esbelto. En una columna gruesa se puedeignorar el efecto del pandeo y se puede utilizar la teora de ingeniera

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Ilustracin III.75

La esbeltez de un pilar depende de su longitud, del materialestructural y de la forma de la seccin. Como el efecto que produceel pandeo es un momento flector, cuanto mejor comportamientotenga el pilar a flexin menos esbelto ser. A diferencia de la vigaque trabaja en la direccin de la carga, un pilar 'puede pandear encualquier direccin, por lo tanto los pilares que resisten bien la flexinen cualquier direccin son los menos esbeltos. Por la misma raznque preferimos la seccin en I a la seccin en + en las vigas, lospilares con seccin tubular circular son los menos esbeltos y los que

tienen seccin en + los ms esbeltos. Los ingenieros del siglo XIX notuvieron esto en cuenta, porque usaron con frecuencia secciones en+. A medida que el pilar se hace ms esbelto, se reduce la cargacrtica PE.

Ilustracin III.76

ignorar el efecto del pandeo y se puede utilizar la teora de ingenierapara predecir su comportamiento. Como se explicar ms adelante,

esta distincin se puede hacer porque las columnas gruesas rompencon cargas muy por debajo de su carga crtica. Los pilares quepueden trabajar como voladizos y los que tienen en su longitud unareaccin al movimiento lateral tienen deformadas (por pandeosdistintos como se puede ver en el pilar de la Ilustracin III.93.

En el voladizo la esbeltez se calcular con una longitud 2H, mientrasque el pilar con coacciones en tres puntos se calcula con unalongitud de H/3, seis veces menor.10

Por lo tanto, dependiendo de cmo est unida la columna al resto,puede ser gruesa o esbelta. Para estar seguros de que se sigue la

Ilustracin III.77

teora apropiada deben ser respondidas las siguientes preguntaspara todas las partes de las estructuras que estn comprimidas:

Cul es la deformada por pandeo? La estructura es esbelta?

10 Debido a esto, es comn disear elementos utilizando elementos como arriostres.


Y, como ocurre con muchas de las cuestiones de ingeniera, stasson ms fciles de plantear que de responder.

F.- GEOMETRA ESTRUCTURAL Y COMPORTAMIENTO

Se puede considerar una estructura como un ensamblaje elementos y estos elementos pueden ser de una, dos o t

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Cuando se utilizan secciones eficaces a flexin, las alas y el alma

que estn sometidas a flexin pueden tener una deformacin porpandeo en parte del elemento; a este fenmeno se le suele llamarpandeo local.

Ilustracin III.78

Por lo tanto el ala superior o el alma pueden pandear localmente enesas zonas de tensiones de compresin altas.

Ilustracin III.79

y p ,dimensiones. Cada elemento tiene un tipo especial

comportamiento estructural, dependiendo de la carga y localizacin en la estructura. Este comportamiento puede veafectado por la esbeltez de las partes de la estructura que tengcarga axial, y esto puede producir inestabilidad.

El comportamiento estructural de cualquier estructura depende una serie de factores, a saber:

La forma de la estructura. El tipo de carga que soporta la estructura. La esbeltez de la estructura.

Para poder concebir estructuras el diseador de estructuras debe capaz de comprender las consecuencias a que pueden dar lugageometra y el ensamblaje de estructuras. Esto se puede conseg

sabiendo cmo se puede cambiar la geometra de la estructuracomprendiendo el comportamiento global de las distincombinaciones que se pueden realizar con los elementos.

i. Geometra de las estruc turas

Para que las estructuras puedan ocupar el espacio del mundo r

deben tener una configuracin o forma. No slo tiene geometraestructura como un todo, sino que cada parte de la estructura detener una configuracin o forma.

Es interesante hacer una distincin entre geometra definidageometra orgnica. Geometra definida significa aquella cuya forse puede expresar matemticamente. Por ejemplo, rectngucrculos, elipses, etc. Por tanto la forma exacta puede

determinada por medio, de clculos matemticos. Esto la diferen


de la geometra orgnica. Se puede crear dibujando o modelando laestructura sin trabas matemticas. El valor numrico de lasdimensiones de esta geometra se puede obtener, si es necesario,midiendo el dibujo o el modelo.

Las estructuras 3 y 4 son armaduras y son la versin ms sencilla.Podemos ahora comparar cmo contrarrestan el momento flector y elesfuerzo cortante estas cinco estructuras.

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j

Los edificios que han producido las civilizaciones, han tenido unageometra definida precisa. Las investigaciones han aclarecido laasombrosa exactitud de la geometra de las antiguas pirmidesegipcias o de los templos clsicos griegos. En realidad la mayora delos secretos de los canteros que construyeron las grandes catedralesgticas eran reglas geomtricas.

Existen evidentes ventajas para una sociedad civilizada en usargeometra definida. Esto se debe a que la civilizacin utiliza extensaslneas de comunicacin y es ms fcil comunicar una geometradefinida que una geometra orgnica. La mayora de las estructurasde los edificios utilizados en las civilizaciones estn basadas enformas rectas y existen razones prcticas y econmicas paraconstruirlas as. Debido a la falta de habilidad de los diseadores, seutiliza muy poco el vasto repertorio de formas que no son rectas pero

que s tienen base matemtica, De nuevo, como el anlisis de lasestructuras no rectas, es difcil, y por tanto laborioso y caro, y loscalculistas prefieren geometras rectilneas.

ii. El comportamiento de los sistemas estructurales

Las siguientes cinco estructuras diferentes, todas soportando la

misma luz, nos dan un repertorio bsico de tipos estructurales.

1. Una viga.2. Un cable.3. Un cable con un codal comprimido.4. Dos codales inclinados con un cable recto.5. Dos codales inclinados. Ilustracin III.80


iii. Armaduras y entramados11

Estas armaduras se usan mucho y se pueden ver en todo tipo deedificios, particularmente como estructuras de cubierta. Como en las

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armaduras bsicas, las barras inclinadas soportan el esfuerzo

cortante y son tambin parte de las resultantes que traccin ocompresin que producen los momentos, mientras que las barrashorizontales soportan slo las resultantes de tracciones. Esto sepuede comprobar si estudiamos los esfuerzos de una armadura tipoA.

Ilustracin III.81

Ilustracin III.82

Si se da un corte a la armadura, una rebanada debe estar enequilibrio con el momento flector y el esfuerzo cortante.

11 Vase Conformacin de armaduras en acero en el captulo siguiente.

Ilustracin III.83De las tres barras cortadas en la rebanada, slo la barra inclinatiene una componente vertical y por tanto puede contrarrestar

cortante.

Ilustracin III.84

Los esfuerzos en los cordones superior e inferior slo contribuyeproducir las resultantes de traccin y compresin, pero tambcontribuye a ello la barra inclinada. Por lo tanto, existen tresultantes de traccin o compresin.

Ilustracin III.85


Como los esfuerzos de las barras no varan a lo largo de su longitud,el incremento de momento de MI a M2 est contrarrestado por elincremento de brazo de la palanca que tienen las distintas alturas dela componente horizontal de la traccin en la diagonal al ser cortada

l i i (V Il t i III 86)

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en las secciones sucesivas. (Vase Ilustracin III.86)

Vemos que el cordn superior est comprimido y que el cordninferior y el diagonal estn traccionados. Es relativamente fcildescubrir la distribucin completa de compresiones y tracciones enarmaduras sencillas como sta. (Vase Ilustracin III.87)

Ilustracin III.86

Ilustracin III.87

De nuevo, podemos considerar los esfuerzos en las barras como losrecorridos de las tensiones principales. Como la armadura se parecems a una viga, los recorridos de tensiones son tambin como los deuna viga.

Ilustracin III.88Armaduras donde existe estabilidad global.

A veces es ms conveniente, por razones prcticas, apoyar estasarmaduras en el nivel del cordn inferior.

Ilustracin III.89La configuracin no se altera, pero las nuevas barras verticalestrabajan a compresin, bsicamente transfiriendo exactamente lareaccin. Las nuevas barras horizontales no trabajan.

Ilustracin III.90


Esto se puede alterar si cambiamos la direccin de los diagonales. que una viga tiene pequeos orificios que la atraviesan y que uarmadura tiene barras ms gruesas y nudos grandes.

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Ilustracin III.91

La distribucin de los esfuerzos es similar en los cordones, peroahora los esfuerzos de los diagonales pasan de ser tracciones a ser

compresiones y viceversa en los montantes.

Ilustracin III.92Esto nos demuestra que el diseador de estructuras puede cambiar,hasta cierto punto, la distribucin de esfuerzos, eligiendo unaconfiguracin estructural determinada. Pero en cualquier caso laarmadura debe ser capaz de producir esfuerzos verticales para

resistir el cortante y un par de fuerzas para contrarrestar el momento.Esto implica que los cordones superior o inferior deben trabajarsiempre a compresin y a traccin respectivamente.

Las armaduras tienen esfuerzos normales en las barras, mientrasque una viga tiene esfuerzos cortantes y de momento. Como hemosvisto, existen similitudes entre el trabajo estructural de una armaduray el de una viga, pero fsicamente son bastante diferentes. Es sin

embargo posible transformar una en otra fsicamente. Supongamos

Ilustracin III.93

Estas dos estructuras no parecen semejantes y parece razonaesperar que la viga trabaje como viga y armadura como armaduEn las zonas alrededor de los pequeos orificios de la viga

producir una ligera alteracin en las tensiones y en las zonalrededor de los nudos de la armadura se puede alterar la direccde los esfuerzos. Pero el comportamiento global continuar siensemejante al de una viga o una armadura. Sin embargo, aumentamos el tamao de los orificios de la viga y hacemos barras de la armadura ms gruesas, el comportamiento puecambiar.

Las dos estructuras deben soportar momentos flectores y esfuerzcortantes, pero las distribuciones de tensiones ya no son ni la de uviga ni la de una armadura. Los orificios grandes de la viga pueden

Ilustracin III.94

invalidar las hiptesis que habamos asumido. Las barras gruesalos nudos grandes nos indican que las barras de la armadura hdejado de soportar slo esfuerzos de traccin o compresin y que nudos ya no se pueden suponer articulados. Si hacemos los orificde la viga cuadrados o quitamos los diagonales de la armadura, dos estructuras se transforman en una sola la viga de montantes.


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Ilustracin III.95Pero cmo puede soportar los momentos y cortantes globales estaestructura que no parece ni una viga ni una armadura? De nuevopodemos cortar una rebanada de la estructura.

Ilustracin III.96Ahora el cordn superior e inferior deben contrarrestar M1 y M2 conresultantes de traccin y compresin y adems los esfuerzoscortantes.

Ilustracin III.97Puede parecer que stos son los nicos esfuerzos que actan en laestructura, pero los cordones superiores e inferiores, al transportaresfuerzos cortantes, estn tambin sometidos a momentos flectores

y esto est lejos de parecer evidente-. En una armadura condiagonales las barras pueden estar unidas entre s por articulaciones.A stos se les llama nudos articulados. Sin embargo, si la viga demontantes tuviese nudos articulados sera un mecanismo ycolapsara.

Ilustracin III.98

Si los nudos de la viga de montantes tienen uniones rgidas, laestructura no colapsa. El colapso ha sido evitado por la rigidez de losnudos, que impiden que cada recuadro de la viga se plieguetransformndose en un rombo, pero para que esto ocurra las barrasunidas entre s por nudos rgidos deben trabajar a flexin.


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Ilustracin III.99Cada barra tiene una deformada en forma de S, con el momento

mximo en los extremos y momento nulo en el centro.

Si dibujamos el momento en la cara traccionada de cada barra,obtenemos un diagrama de momentos bastante extrao para cadarecuadro.

Ilustracin III.100

No slo existen momentos en todas las barras de cada recuadro,sino que tambin existen esfuerzos cortantes (horizontales) en losmontantes.

Ilustracin III.101Este fenmeno no nos debe sorprender demasiado porque semejante al de los esfuerzos cortantes horizontales que aparecen una viga.

Ilustracin III.102

Los momentos flectores a lo largo de la viga son una secuencia para un solo recuadro. Para mayor claridad hemos divididodiagrama de momentos en uno para los cordones y otro para montantes.

Ilustracin III.103

En la celosa se contrarrestaba la diferencia del valor de momentos a un lado y otro de cada rebanada por la variacin brazo de palanca. El brazo de palanca variaba porque variaba

posicin del esfuerzo diagonal. En la viga de montantes esto


consigue variando el valor de los momentos que soportan loscordones. Las compresiones y tracciones son constantes en loscordones y contrarrestarn exactamente el momento global en elpunto de momento nulo que aparece en el centro de su longitud.

Las vigas, por medio de esfuerzos internos de momento y cortantes;las armaduras, por medio de esfuerzos internos de traccin ocompresin, y los entramados, por esfuerzos internos de traccin,compresin, momento y cortante. Si en algn punto del recorrido decargas se debe soportar un momento y un cortante global se puede

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Ilustracin III.104

En cada recuadro el momento global es la suma del momentoproducido por las tracciones y compresiones ms o menos losmomentos de los cordones.

Ilustracin III.105

El trabajo de la viga de montantes con momentos flectores actuandoen los nudos rgidos que unen las barras, es decir, como entramado,se utiliza mucho en ingeniera estructural.

Se pueden distinguir tres tipos de estructuras, vigas, armaduras y

entramados. Cada tipo contrarresta el momento y cortante global.

cargas se debe soportar un momento y un cortante global, se puede

utilizar para ello cualquiera de estos tipos de estructura. Por ejemplolos pilares que soportaban el cartel de la Ilustracin III.5 pueden sertipo viga, celosa o entramado. (Vase Ilustracin III.143)

O de nuevo el prtico (ver Ilustracin III.16), aunque sea en s unentramado, puede ser tambin tipo viga, tipo armadura o tipoentramado. (Vase Ilustracin III.144)

Ilustracin III.106

Ilustracin III.107


Los tipos se pueden mezclar para hacer un prtico con pilares tipoviga y viga tipo celosa, o cualquier otra mezcla.

iv. Estructuras espaciales12

Las estructuras tipo viga, tipo armadura, entramado o funicupueden tener dos dimensiones o tres dimensiones. Los principbsicos de los distintos tipos de comportamiento siguen sien

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Ilustracin III.108

Todos estos marcos son lo mismo, es decir, todos tienen quesoportar la carga por medio de momentos y cortantes globales.Cuando la parte de la estructura sea tipo viga, por medio deesfuerzos internos de momento y cortantes, cuando sea tipoarmadura, por esfuerzos internos de traccin y compresin, y cuandosea tipo entramado, por medio del trabajo de entramado. An ms,un elemento estructural puede ser una mezcla de dos tipos

estructurales.

Ilustracin III.109

Utilizando estas mezclas el ingeniero estructural puede utilizar unagran variedad de sistemas estructurales.

bsicos de los distintos tipos de comportamiento siguen sien

aplicables en tres dimensiones. Ahora, la estructura tiene momeny cortantes globales actuando en dos direcciones, en lugar de una. Esto se puede aclarar esquemticamente con una estructura planta rectangular apoyada en las esquinas.

Ilustracin III.110

Este comportamiento estructural es tpico de las losas. El esquebsico de comportamiento contina siendo el mismo cuando

utilizan estructuras espaciales. Veamos los siguientes cinco tiposestructuras que estn soportadas por sus esquinas.

12

Vase en el captulo IV el tema Reticulado Espacial.


El trabajo de cada tipo de estructura es el mismo de los tiposbidimensionales. La losa resiste las cargas mediante momentos yesfuerzos cortantes como una viga, La malla espacial, mediantetracciones y compresiones en las barras, los cordones superior einferior resistirn los pares de fuerzas producidos por los momentos,

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Ilustracin III.111

La armadura de tres dimensiones se suele conocer por mallaespacial, el sistema de cables por red de cables y la superficie curvapor lmina o bveda. Las estructuras D y E son funiculares, por loque habr que darles distinta forma para cada tipo de carga si sequieren evitar los esfuerzos cortantes y de momento.

p p p ,

los diagonales el esfuerzo cortante y parte de la flexin. Las barrasdel entramado de tres dimensiones soportarn compresiones yreacciones adems de esfuerzos cortantes y momentos debido a susuniones rgidas. La red de cables slo soportar tracciones y suforma variar si vara el tipo de carga. La lmina es la red de cables"invertida". En el supuesto de que los cables tengan forma funicular,las cargas se resistirn nicamente mediante compresiones. Comoocurre con las estructuras funiculares de dos dimensiones, los

apoyos de la red de cables y de la lmina deben ser capaces desoportar reacciones horizontales adems de las verticales.

La serie de estructuras que se pueden derivar de estos tres tiposbsicos es prcticamente sin lmite. No slo se puede variar elsistema estructural, sino que cada parte de la estructura puede serde uno de los distintos tipos.

v. Prevencin de la inestabilidad por pandeo

Aun si la concepcin del sistema estructural est basada en unconocimiento de su comportamiento estructural, la estructura puedeser esbelta y propensa a iniciar un proceso de colapso por pandeo.El diseo de estructuras consiste en parte en darle, a la estructura larigidez necesaria contra estos colapsos inducidos por el pandeo. Eldiseador debe asegurarse de que las partes de la estructura quetrabajan a compresin tienen estructuras rigidizadoras quemantienen la esbeltez dentro de lmites razonables. Podemos aclarareste punto con el ejemplo de una viga con seccin en U.


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Ilustracin III.112La estructura debe resistir el momento global debido a la carga.Como es una estructura tipo viga, este momento producir tensionesnormales de traccin y compresin, y sta actuar en la partesuperior de la estructura.

Ilustracin III.113

Si la zona de compresiones es esbelta, pandear lateralmenteiniciando un colapso. Para prevenirlo esta parte superior de laestructura debe tener rigidez lateral. Esta rigidizacin puede hacersecontinua o discreta. La rigidizacin continua se puede conseguircolocando en la parte superior rigidizadores continuos o haciendo launin entre la parte vertical y la parte horizontal rgida.

Ilustracin III.114

El rigidizador superior impide que la parte vertical de la estruct

pandee lateralmente, al actuar como una viga que trabaje horizontal. Las uniones rgidas impiden que las partes verticapandeen, ya que para que esto se produjese la "U" tendra, qabrirse o cerrarse y esta accin la resisten los momentos flectoque actan en las uniones rgidas.

Ilustracin III.115

Una alternativa a esa solucin es aadir a la estructura rigidizanaislados que producen coacciones laterales en los puntos en los qse colocan.

De nuevo estos rigidizantes pueden ser tipo viga o tipo armadura.


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Ilustracin III.116

Ilustracin III.117Los rigidizadores aislados producen la rigidez necesaria del mismomodo que los rigidizadores continuos, pero en puntos aislados. Estodemuestra que si el esquema estructural era una estructura en formade U, aqul puede estar incompleto como esquema si no leaadimos los rigidizadores contra el pandeo. El diseador puedeelegir la forma de rigidizar una estructura contra el inicio del colapso

por pandeo, pero debe formar parte del esquema inicial, ms que seralgo que se aade en un estado posterior para que la estructurafuncione. Si el diseador de estructuras no es capaz de concebir laestructura sabiendo dnde se necesita rigidizar, el diseo puedequedar prcticamente invalidado. Se pueden necesitar cambiosradicales en el diseo original, cuando se llega a la etapa deldimensionado en detalle con resultados desafortunados para elesquema inicial.

Ilustracin III.118

Si utilizamos todos los conceptos que hemos desarrollado es posibleentender cmo se comportan las estructuras bajo las cargas. Esteconocimiento no nos da ninguna informacin cuantitativa sobre lasestructuras. No nos permite resolver cuestiones como el tamao de

los elementos estructurales; esta informacin slo se puede obtenermediante el clculo numrico.

Como las estructuras estn dentro de edificios, no es normalmenteposible darse cuenta de cmo trabaja la estructura sin informacin

adicional como dibujos o memorias escritas. Si se puede obteneresta informacin, normalmente de revistas tcnicas, podemos utilizaresos conceptos para comprender cmo trabaja una estructura deedificacin en particular. Estudiar el comportamiento de estructurasrealizadas da al diseador sin experiencia una visin importante decmo se construyen y disean las estructuras de edificacin. Comoexiste una variedad tan enorme de estructuras posibles, este estudiono significa que todos los diseos sean copias serviles, pero quiz

una "buena" copia sea mejor que una "innovacin" mal concebida.

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Como un estndar internacional, existe un sistema para nombrar,dibujar y listar todos los materiales que se usan para construir unedificio o cierta parte de el6. La manera correcta de nombrar todosestos materiales se muestra en las tablas de las pginas siguientes.7La informacin se ha puesto en ingls con el objetivo de familiarizar a

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los lectores con los nombres y trminos descritos. En la prcticaprofesional muchos de estos trminos son usados y nombrados porsu nombre ingls.

6 Las partes grandes que pueden ser construidas en taller, se fabrican en taller y luego semontan en la obra. Para esto es necesario un plano de taller (el cual contendr todas laspiezas detalladas) y un plano de montaje el cual indicar cmo la gra montara la pieza y loslugares en que se atornillar o soldar. Vase captulo VI. Construccin del Proyecto.

7 Pueden haber variaciones cuando se requiere una pieza con un detalle particular seproduzca en lugar de una convencional, estas piezas debern estar descritas detalladamenteen los planos. Las tablas que aparecen a continuacin fueron tomadas del libro: Detailing

for Steel Construction, 1983 por AISC.

Ilustracin IV.2

CAPTULO IV. GENERALIDADES TCNICAS SOBRE LA CONSTRUCCIN CON ACERO

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Ilustracin IV.3 Ilustracin IV.4

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"Para las regulaciones de seguridad, los requerimientos deestabilidad y las apropiadas especificaciones de material, este cdigousa la gua de la OSHA.

"A diferencia de los cdigos anteriores este provee nueva

i f i b l dib j d l l t d l it i

acero. Nueva seccin sobre especificacin de materiales, incluy

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