ESTRUCTURAS IFACULTAD DE ARQUITECTURA, DISEÑO Y URBANISMO l UDELAR 2018

EQUIPO DOCENTE:

Juan Vicente SarachuJuan José FontanaJesús ArguiñarenaVirginia VilaDaniel de la FuentePablo Laurino Mónica UmpierreJorge TalinIliana RodríguezCristina DufrechouFernando Pérez Carla DeninoMariana SauraClaudia Chocca

GENERALIDADES

Área: Tecnológica

Año de la carrera: Segundo

Conocimientos previos: Tecnología integrada

Organización temporal: Semestral

Régimen de cursado: Presencial

Régimen de aprobación:Para aprobar la asignatura en la modalidad controlada el estudiante

deberá demostrar la adquisición de los conocimientos impartidos en las pruebas establecidas.

Forma de evaluación: Dos pruebas parciales teórico-prácticas.

GENERALIDADES

Créditos: 121 crédito = 15 horas de dedicación

Horas totales: 180 hs.

Horas aula: 120 hs.Tres clases semanales de 2 ó 3 hs.(expositivas, prácticas y combinadas)

Doble dictado: Turno vespertino: lunes y miércoles de 14:30 a 17:30 hs.

viernes de 14:45 a 16:45 hs.

Material compartido:http://www.fadu.edu.uy/estructuras-i/

BIBLIOGRAFÍA BÁSICACHARON, P. La Méthode de Cross et le Calcul Practique des Contructions Hyperestiques.CROSS, H. y MORGAN, M.D. (1953). Estructuras continuas de hormigón armado, Dossat,

Madrid.DIESTE, Eladio (2001). "Arquitectura y Construcción", en Eladio Dieste. 1943-1996, pp.221-

242, Consejería de Obras Públicas y Transportes, Dirección General de Arquitectura y Vivienda, Departamento de Publicaciones de la Junta de Andalucía, Sevilla-Montevideo.

GERE, James (2007). Mecánica de materiales, Thomson Editores, México. Sexta edición. Versión original: Mechanics of Materials, Thomson/Brooks/Cole, 2004.

Norma UNIT 1050:2005 (2005). Proyecto y ejecución de estructuras de hormigón en masa o armado. Instituto Uruguayo de Normas Técnicas, Montevideo, 2005.

TIMOSHENKO, Stephen (1957). Resistencia de Materiales. Primera parte: Teoría Elemental y Problemas, Espasa Calpe S.A., Madrid. Traducción al castellano: Tomás Delgado Pérez de Alba. Versión original: 1930.

TORROJA, Eduardo (1960). Razón y ser de los tipos estructurales, Instituto Técnico de la Construcción y del Cemento, CSIC, Madrid.

SALIGER, Rudolf (1946). Estática aplicada. Editorial Labor, Barcelona, España. 795pp.SALVADORI, Mario y HELLER, Robert (1997). Estructuras para Arquitectos, CP67

Editorial, Buenos Aires. Tercera edición. Versión original: 1963. SANTOMAURO, Roberto (2008). Tensoestructuras desde Uruguay, Mastergraf,

Montevideo.SAYAGUÉS, Alberto. Método de CrossSIEGEL, Curt. (1966). Formas estructurales en la arquitectura moderna. Editorial

Continental, México. STIOPIN, P.A. (1968), Resistencia de Materiales. Editorial MIR. Moscú.

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

Fichas de la Cátedra de Estabilidad de las Construcciones I

Ficha A – Conceptos primarios esenciales.Ficha B – Cables y Arcos.Ficha C – Estructuras reticuladas.Material de apoyo a clases de flexión.Hormigón Armado.Modelos.

Fichas de la Cátedra de Estabilidad de las Construcciones II

Ficha Nº1 – Introducción al Curso, Análisis Estructural, Introducción a los Métodos de Resolución de Estructuras Hiperestáticas, Solicitaciones.

Ficha Nº2 – Apuntes Sobre Método de Cross.Ficha Nº4 – Tramos lineales. Estudio de secciones de hormigón armado.Ficha Nº5 – Verificación al cortante.

Plan de Estudios 2015Art.4.1- Conocimientos y capacidades que acredita el título

(...) se define al arquitecto como un profesional con perfil técnico y humanístico, de alcance generalista, capaz de aportar al desarrollo social desde su campo disciplinar específico: la construcción del hábitat en todas sus escalas.

Plan de Estudios 2015Art.8.2- Área Tecnología

El Área Tecnología comprende cuatro sub-áreas:

Acondicionamientos

Estructuras

Matemáticas

Tecnología y Construcción

Sub-área EstructurasObjetivos generales

El objetivo de esta sub-área es formar al estudiante en los fundamentos técnicos de los proyectos de estructuras arquitectónicas, en su papel como parte integral del diseño de una obra y en su interacción con los otros sistemas materiales que la componen. Queda comprendido el análisis de los sistemas estructurales, sus características morfológicas, y sus procedimientos de diseño, cálculo y ejecución.

Se pretende desarrollar en el estudiante la capacidad de:

comprender que el diseño estructural interviene en la caracterización espacialy formal de una obra arquitectónica,

analizar modelos de organización de la materia,

diseñar estructuras a nivel de anteproyecto y proyecto ejecutivo,

trabajar en colaboración con especialistas en la materia,

evaluar el desempeño estructural de nuevas tecnologías,

y realizar una responsable dirección de obra.

Sub-área EstructurasOrganización

Unidades curriculares Obligatorias:

Estructuras IEstructuras II

Unidades curriculares Optativas:

Taller de estructuras experimentalesLaboratorio de morfologías estructuralesProfundización en el análisis estructuralProyecto avanzado de estructuras

¨̈̈̈Los arquitectos, aún cuando puedan confiar los cálculos últimos de sus estructuras a un especialista, ellos mismos deben ser antes capaces de idearlasy darles correctas proporciones. Sólo entonces, una estructura habrá de nacer saludable, vital y en lo posible hermosa.¨̈̈̈ Pier Luigi Nervi

Palacio de los deportes en Roma, Pier Luigi Nervi, 1959

Hipódromo de la Zarzuela, Eduardo Torroja, 1935

¨̈̈̈ Las obras no se construyen para que resistan. Se construyen para alguna otra finalidad o función, que lleva como consecuencia esencial, el que la construcción mantenga su forma y condicionesa lo largo del tiempo. Su resistencia es una condición fundamental, pero no es la finalidad única, ni siquiera la primaria.¨̈̈̈Eduardo Torroja

¨̈̈̈El cálculo no es más que una herramienta para prever si la forma y dimensiones de una construcción, simplemente imaginada o ya realizada, son aptas para soportar las cargas a las que ha de estar sometida. No es más que la técnica operatoria que permite el paso de unas concepciones abstractas de los fenómenos resistentes a los resultado numéricos y concretos de cada caso o grupo especial de ellos.¨̈̈̈ Eduardo Torroja

Mercado de Algeciras, Eduardo Torroja, 1935

Frontón de Recoletos, Eduardo Torroja, 1935

¨̈̈̈La obra no nace nunca del cálculo; es el cálculo el que resulta de la traza de la estructura, el que pospuesto a ella ha de garantizar sus condiciones de estabilidad y resistencia. Si, por el contrario, del cálculo no resulta esta garantía, el proyectista ha de modificar su obra y repetir el cálculo, como colofón que cierra y confirma su acierto.¨̈̈̈ Eduardo Torroja

¨̈̈̈ Una nueva idea llega de repente y de forma intuitiva. No se llega a ella a través de conclusiones lógicas conscientes.Pero, pensando en ella después, siempre puedes descubrir las razones que te han conducido inconscientemente a tu intuición, y encontrarás una manera lógica de justificarla.La intuición no es más que el resultado de la experiencia intelectual previa.¨̈̈̈

Albert Einstein.

Estructuras I: ObjetivosAprender a reconocer, durante el proceso creativo arquitectónico, el rol de la estructura en la configuración espacial de la arquitectura.Identificar las condiciones del equilibrio estable. Conocer las leyes del álgebra vectorial y aquellas que rigen el comportamiento resistente de los materiales. Manejar herramientas físico-matemáticas que permitan apreciar críticamentelos resultados de un análisis estructural realizado con programas informáticos.

Identificar las tipologías estructurales habituales en nuestro medio y analizar su relación con el proyecto arquitectónico. Reconocer las unidades funcionales que componen las estructuras arquitectónicas, e Interpretar sus interrelaciones. Manejar los distintos modelos inherentes al diseño y cálculo de estructuras.Determinar diagramas de solicitaciones y diagramas tensionales en estructuras de barras.Resolver problemas de dimensionado para tipos estructurales y materiales habituales en la práctica arquitectónica.

Comenzar a desarrollar la capacidad crítica del estudiante frente al diseño estructural y frente a la gestión de la dirección de obra.Preparar al estudiante para ser capaz de mantener un diálogo fructífero con los especialistas.Promover el autoaprendizaje y estimular el trabajo grupal.

Estructuras I: Contenidos

La unidad del pensamiento creativo en la arquitectura.

Conceptos básicos: modelos, equilibrio estable y dimensionado de estructuras.

Tipologías estructurales habituales en la arquitectura: - estructuras traccionadas, - estructuras de bielas (barras traccionadas o comprimidas),- estructuras flexadas (flexión simple y compuesta).

Equilibrio y solicitaciones en estructuras de tramos lineales rectos, esquematizables en el plano:

- estructuras isostáticas: ecuaciones de equilibrio.- estructuras hiperestáticas: resolución por el Método de Cross.

Dimensionado con materiales homogéneos según el método de las Tensiones Admisibles.Predimensionado con hormigón armado según el método de los Estados Límites.

DEFINICIONES

EDIFICIOCuerpo material complejo y estable, con una estructura elaborada con productos fabricados in situ o en planta industrial, unidos entre síen condiciones técnicas y económicas dadas.

ESTRUCTURAOrganización material que define una configuración espacial y la mantiene durante determinado período de tiempo. Sustento material necesario para lograr una construcción estable.

EQUILIBRIO ESTÁTICOUn objeto se encuentra en equilibrio cuando todas sus partes se mantienen a igual distancia de un marco de referencia. Un objeto se encuentra en equilibrio cuando la sumatoria de todas las fuerzas y momentos que sobre él actúan, resulta igual a cero.

SI LA SUMATORIA DE FUERZAS SOBRE UN OBJETO RESULTA DISTINTA DE CERO, EL OBJETO SE DESPLAZA.

SI LA SUMATORIA DE MOMENTOS SOBRE UN OBJETO RESULTA DISTINTADE CERO, EL OBJETO GIRA.

EQUILIBRIO DE FUERZAS VERTICALES

EQUILIBRIO DE FUERZAS HORIZONTALES

EQUILIBRIO DE FUERZAS VERTICALES Y DE MOMENTOS

EQUILIBRIO ESTABLE

Una estructura se encuentra en equilibrio estable cuando se verifican las siguientes condiciones:

EQUILIBRIO GLOBAL: todo el sistema se mantiene quieto con respecto a un marco de referencia, sin desplazamientos ni girossin desplazamientos verticalessin desplazamientos horizontalessin giros

EQUILIBRIO DE LA PARTE: equilibrio de todos los subsistemas (partes)

que descargan unos en otros, vinculados adecuadamente entre sí.Se deben cumplir las mismas condiciones del equilibrio global, hasta nivel molecular.

ESTABILIDAD DE LA FORMA: frente a las acciones y estando la estructura en equilibrio, se deformará.Frente a un sistema de cargas determinado debe existir una deformación única, previsible y controlada, por motivos de integridad, aparienciay confort.

∑∑∑∑ F VERTICALES = 0∑∑∑∑ F HORIZONTALES = 0∑∑∑∑ Momentos = 0

MODELOS

MODELIZAR ES AISLAR LO ESENCIAL DE UN FENÓMENO EN RELACION AL ASPECTO A ANALIZAR.

UN MODELO ES UNA SIMPLIFICACIÓN DE LA REALIDAD EN LA CUAL PONEMOS EN EVIDENCIA UNA DETERMINADA CARACTERÍSTICA QUE NOS INTERESA RESALTAR.

ES UN SISTEMA SIMPLE CAPAZ DE DAR CUENTA DE ALGÚN ASPECTO DE UN SISTEMA COMPLEJO DE DIFERENTE TAMAÑO Y TAL QUE PUEDAN PONERSE EN CORRESPONDECIA BI-UNÍVOCA.

CADA ASPECTO DE LA REALIDAD QUE INTERESE ESTUDIAR PROPORCIONARÁ UN MODELO PARTICULAR.

HABRÁ TANTOS MODELOS COMO ASPECTOS DE INTERÉS PRESENTE EL OBJETO EN ESTUDIO.

MODELO

de FUNCIONAMIENTO TEÓRICOde GEOMETRÍA de VÍNCULOSde CARGASde MATERIALES

OTROS

MODELO DE FUNCIONAMIENTO TEÓRICO

Descomposición del sistema global en unidades más simples(unidades funcionales), destacando la transmisión de acciones(modelo de acciones) y la interacción entre ellas.

Permite estudiar separadamente cada unidad funcional como subsistema independiente.

- Cada subsistema recibe:

- acciones externas

- transmisión de acciones de otra unidades funcionales.

- Cada subsistema transmite:

-descargas al plano de sustentación o a las unidades funcionales que le brindan el equilibrio, de las que recibe las correspondientes reacciones.

MODELO DE GEOMETRÍA

Reducción de una unidad funcional a su esencia geométrica:- se determinarán las dimensiones fundamentales(elementos lineales, superficiales o volumétricos).

- se considera la materia concentrada en su fibra o plano medio.

MODELO DE ACCIONES

Una vez realizada la clasificación y cuantificación de las cargas que actúan sobre una estructura (cargas permanentes, sobrecargas, cargas variables, etc.), representamos su efecto a través de un sistema de entes físico-matemáticos:

un sistema vectorial de fuerzas y momentos

Se pueden dividir en: - Fuerzas concentradas- Fuerzas distribuidas (en el plano o los ejes medios)- Momentos

MODELO DEL MATERIAL

Se considera en forma simplificada la composición de la materiade acuerdo a las necesidades del diseño estructural, caracterizando sus propiedades y comportamiento.

Existen dos categorías principales:

- materiales homogéneos: acero y madera- homogéneos

(todas las partículas presentan las mismas propiedades)- continuos

(las partículas llenan completamente el espacio)- isótropos

(presentan las mismas propiedades en todas las direcciones)

- materiales heterogéneos: hormigón armado

MODELO DE VÍNCULOS

Representan la forma en que se unen o enlazan las diferentes partes de la estructura (unidades funcionales) entre sí y con el plano de sustentación.

Los vínculos deben garantizar la ausencia de algún tipo movimiento y se agrupan para su estudio según los movimientos que pueden impedir en forma confiable.

TIPOS DE VÍNCULOS

VÍNCULOS SIMPLES:Pueden oponerse a una única dirección de desplazamiento. No impiden giros.

Actuando solos no pueden proporcionar equilibrio estable

apoyos deslizantes o carritos – bielas

VÍNCULOS DOBLES:Impiden todo tipo de desplazamiento. No pueden impedir el giro.Actuando solos no pueden proporcionar equilibrio estable

articulaciones fijas - rótulas

VÍNCULOS TRIPLES:Impiden todo desplazamiento y también todo giro.Pueden llegar a proporcionar equilibrio estable actuando solos.

empotramientos

VÍNCULOS EN EL PLANO

A EFECTOS DE ANALIZAR ESTOS MOVIMIENTOS EN EL ESPACIO UTILIZAMOS TRES

PLANOS ORTOGONALES COMO REFERENCIA:

XY, XZ e YZ.

EN ESTOS TRES PLANOS PODEMOS VISUALIZAR 6 MOVIMIENTOS POSIBLES:

3 TRASLACIONES3 GIROS

UN CUERPO EN EL ESPACIO PUEDE TENER DESPLAZAMIENTOS O GIROS QUE DEBEN SER IMPEDIDOS

En general simplificamos el análisis reduciéndolo al plano.Los movimientos de un sólido en el plano siempre se

pueden reducir a 3: 2 traslaciones y 1 giro

Mediante la adecuada combinación de vínculos debemos asegurar la ausencia de todo tipo de

movimientos.

Para que una estructura analizable en un plano esté globalmente en equilibrio, por lo tanto, es necesario que disponga de al menos3 restricciones de movimiento (no redundantes):

3 vínculos simples (no paralelos, ni concurrentes en un mismo punto)

1 vínculo simple + 1 vínculo doble (no concurrentes)

1 vínculo triple

Dado que los movimientos son consecuencia de la acción de fuerzas o momentos, tenemos tres ecuaciones que garantizan la ausencia de

movimiento en un plano:

∑∑∑∑ F horizontales = 0 ∑∑∑∑ F verticales = 0 ∑∑∑∑ Momentos = 0

EQUILIBRIO GLOBAL EN EL PLANO

3 vínculos simples NO redundantes.

3 vínculos simples

redundantes.

3 vínculos simples

redundantes.

1 vínculo doble + 1 vínculo simple NO redundantes.

1 vínculo doble + 1 vínculo simple

redundantes.

Tipos de estructuras según sus vínculos

Si el número de vínculos de la estructura es menor que el estrictamente necesario, posee más incógnitas que ecuaciones; se trata de estructuras HIPOSTÁTICAS. No tienen la posibilidad de alcanzar el equilibrio para todos los posibles estados de carga que se presenten.

Si los vínculos de la estructura plantean igual número de incógnitas que las ecuaciones que nos brinda la estática, tenemos un sistema determinado. A este tipo de estructuras las llamamos ISOSTÁTICAS.

Las estructuras con más vínculos que los estrictamente necesarios, es decir que poseen más incógnitas que las ecuaciones de la estática, son las HIPERESTÁTICAS. Si el número de ecuaciones es limitado y las incógnitas lo superan, hay que plantear otras ecuaciones que nos permitan tener un sistema determinado. Considerando las deformaciones elásticas de las estructuras es posible plantear la igualdad de deformaciones a uno y otro lado de cualquier sección, lo que brinda una fuente ilimitada de ecuaciones.

Tipos de estructuras según sus vínculos

arquitectura - estructura como pensamiento integral unitario

Casa Farnsworth, Mies van der Rohe, 1951

Casa Farnsworth, Mies van der Rohe, 1951

Casa Farnsworth, Mies van der Rohe, 1951

Casa Farnsworth, Mies van der Rohe, 1951

Casa Farnsworth, Mies van der Rohe, 1951

MODELO DE FUNCIONAMIENTO

Casa Farnsworth, Mies van der Rohe, 1951

SÍNTESIS

- Presentamos el curso.

- Hablamos sobre los objetivos generales de la sub-área de ESTRUCTURAS.

- Hablamos sobre objetivos particulares de ESTRUCTURAS I.

- Tomando un ejemplo paradigmático de la arquitectura vimos como a través de los MODELOS nos aproximamos al conocimiento de la REALIDAD, de esta manera definimos:modelo de funcionamiento teórico,

de geometría,de acciones,del material yde vínculos.

- Definimos EQUILIBRIO ESTABLE.

- Clasificamos las estructuras según sus VÍNCULOS en hipostáticas, ISOSTÁTICAS e HIPERESTÁTICAS.

EJERCICIOS PRÁCTICOS:ANALIZAR MODELO FUNCIONAL

EJEMPLO 1:CUBIERTA SOBRE ESTACIONAMIENTOANALIZAR MODELO FUNCIONAL

EJEMPLO 2:CUBIERTA SOBRE ANDENESANALIZAR MODELO FUNCIONAL

EJEMPLO 2:CUBIERTA SOBRE ANDENESANALIZAR MODELO FUNCIONAL

EJEMPLO 2:CUBIERTA SOBRE ANDENESANALIZAR MODELO FUNCIONAL

EJEMPLO 2:CUBIERTA SOBRE ANDENESANALIZAR MODELO FUNCIONAL

EJEMPLO 3:CARTEL PUBLICITARIO

ANALIZAR MODELO FUNCIONAL

EJEMPLO 4:CUBIERTA SOBRE ANDENESANALIZAR MODELO FUNCIONAL

EJEMPLO 4:CUBIERTA SOBRE ANDENESANALIZAR MODELO FUNCIONAL