SISTEMAS ESTRUCTURALES
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SISTEMAS ESTRUCTURALES
Son sistemas compuestos de uno o varios elementos, dispuestos de tal forma,
que tanto la estructura total como cada uno de sus componentes, sean capaces
de mantenerse sin cambios apreciables en su geometría durante la carga ydescarga.
ESTRUCTURAS APORTICADAS
Se denominan Estructurasaporticadas,
aquel sistema que presentan gran
reciedumbre o dureza en todos su
elementos y los mismo se encuentran
adosados a través de juntas rígidas, estas
estructuras pueden ser de concreto con
acero de refuerzo o metálicas.
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ESTRUCTURAS RETICULARES
Se denominan Estructuras Reticulares,
Armaduras o Cerchas, aquel sistema
formado a base de triángulos unidos
entre sí a base de soldaduras o pernos,
este tipo de estructura presentan gran
rigidez y son utilizadas en estructuras
donde hay grandes luces, las uniones
entre cada elemento son llamada
nodos; estas estructuras pueden ser de
acero o de madera.
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES
Los sistemas estructurales según el Grado de Indeterminaciónclasificados en:
- Sistemas Estructurales Hipostático: Son aquellos sistemas inestables y para
calcularlos se recurren a las ecuaciones de la dinámica. Matemáticamente una
estructura es hipostática cuando el número de incógnitas es menor que el
número de ecuaciones, por tanto el valor obtenido en la ecuación de grado de
indeterminación es menor que cero.
-Sistemas Estructurales Isostático: Son aquellos sistemas estables y para
calcularlos se recurren a las ecuaciones de equilibrio estático.
Matemáticamente una estructura es isostática cuando el número de incógnitas
es igual al número de ecuaciones, por tanto el valor obtenido en la ecuación de
grado de indeterminación es igual a cero.
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Sistemas Estructurales Hiperestático:
Son aquellos sistemas estables, para calcularlos
se recurren a diversos métodos motivado a que
la estructura es estáticamente indeterminada.
Matemáticamente una estructura es
hiperestática cuando el número de incógnitas es
mayor que el número de ecuaciones, por tanto
el valor obtenido en la ecuación de grado de
hiperestaticidad es mayor que cero.
Ecuación para determinar el grado de indeterminación:La ecuación empleada
para determinar el grado de indeterminación estática o grado de hiperestaticidad, en
sistemas estructurales APORTICADOS es:
o N b: Número de Barras.o R: Restricciones.o N j: Número de Juntas.
o Ec: Ecuación de Condición.o Juntas Articuladas :Ec = (m-1) por cada junta articulada.
o m = Número de barras que llegan a la junta.o Juntas Rígidas :Ec = 0.
G.I. = [(3* N b) + R] - [(3* N j) + Ec]
o G.I. < 0 ³Hipostático´.
o G.I. = 0 ³Isostática´.o G.I. > 0 ³Hiperestática´.
Ecuación para determinar el grado de indeterminaciónLa ecuación empleada
para determinar el grado de indeterminación estática o grado de hiperestaticidad, ensistemas estructurales R ETICULADOS es:
o N b: Número de Barras.
o R: Restricciones.o N j: Número de Juntas.
G.I. = [ N b + R] - [(2* N j)]
o G.I. < 0 ³Hipostático´.o G.I. = 0 ³Isostática´.
o G.I. > 0 ³Hiperestática´.
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OTRA CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES
Estructuras macizas:Son aquellas en las que la resistencia y la estabilidad se logran
mediante la masa, aun cuando la estructura no se completamente sólida.
Estructuras reticulares:Consiste en una red de elementos ensamblados
Estructuras superficiales: Pueden tener alto rendimiento debido a su función doble como
estructura y envolvente, pueden ser muy estables y fuertes.
TIPOS DE ESTRUCTURAS
Muros estructurales
Cuando este sistema se utiliza tiene dos elementos distintivos en la estructura general del
edificio:
M uros: Utilizados para dar estabilidad lateral, así como apoyo
a los elementos que cubren el claro. Generalmente sonelementos a compresión. Pueden ser monolíticos o entramados
ensamblados de muchas piezas.
Aunque no se utilizan para transmisión de carga vertical seutilizan, a menudo, para dar estabilidad lateral.
Elementos para cubrir claros: Funcionan como pisos y
techos. Dentro de estos se encuentran una gran variedad de
ensambles, desde simples tableros de madera y viguetas hastaunidades de concreto precolado o armaduras de acero.
Sistema de postes y vigas
El uso de troncos y árboles en las culturas primitivas como elementos de construcción fue
el origen de este sistema básico, la cual es técnica constructiva importantes del repertorioestructural.
Los dos elementos básicos son:
Poste: es un elemento que trabaja a compresión lineal y esta sujeto a aplastamiento o pandeo, dependiendo de su esbeltez relativa.
Viga: básicamente es un elemento lineal sujeto a una carga transversal; debe generar
resistencia interna a los esfuerzos cortantes y de flexión y resistir deflexión excesiva. Laestructura de vigas y postes requiere el uso de un sistema estructural secundario de relleno
par producir las superficies de los muros, pisos y techos.
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Algunas variaciones de este sistema son:
y Extensión de los extremos de las vigas
y Sujeción rígida de vigas y postes
y Sujeción rígida con extensión de los extremosde las vigas
y Ensanchamiento de los extremos del poste
y Viga continua
Marcos rígidos
Cuando los elementos de un marco lineal están sujetos rígidamente, es decir, cuando las
juntas son capaces de transferir flexión entre los miembros, es sistema asume un carácter particular. Si todas las juntas son rígidas, es imposible cargar algunos de los miembros
transversalmente sin provocar la flexión de los demás.
Sistemas para cubrir claros planos
Consiste en producir el sistema en dos sentidos del claro, en vez de uno solo. El máximo beneficio se deriva de una claro en dos direcciones si los claros son iguales. Otro factor
importante para incrementar el rendimiento es mejorar la característica de la flexión de loselementos que cubren el claro.
Sistema de armaduras
Una estructura de elementos lineales conectados mediante juntas o nudos se puedeestabilizar de manera independiente por medio de tirantes o paneles con relleno rígido. Para
ser estables internamente o por si misma debe cumplir con las siguientes condiciones:
y Uso de juntas rígidas
y Estabilizar una estructura lineal: Por
medio de arreglos de los miembros en patrones rectangulares cooplanares o
tetraedros espaciales, a este se le llamacelosía.
Cuando le elemento estructural producido es una
unidad para claro plano o voladizo en un plano,se llama armadura. Un elemento completo tiene
otra clasificación: arco o torre de celosía.
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Sistema de arco, bóveda y cúpula:
El concepto básico del arco es tener una estructura para cubrir claros, mediante el uso de
compresión interna solamente. El perfil del arco puede ser derivado geométricamente de lascondiciones de carga y soporte. Para un arco de un solo claro que no esta fijo en la forma d
resistencia a momento, con apoyos en el mismo nivel y con una carga uniformementedistribuida sobre todo el claro, la forma resultante es la de una curva de segundo grado o
parábola. La forma básica es la curva convexa hacia abajo, si la carga es gravitacional.
Estructuras a tensión
La estructura de suspensión a tensión fue utilizada ampliamente por algunas sociedades
primitivas, mediante el uso de líneas cuerdas tejidas de fibras o bambú deshebrado. Desdeel punto de vista estructural, el cable suspendido es el inverso del arco, tanto en forma
como en fuerza interna. La parábola del arco a compresión se jala para producir el cable atensión.
El acero es el principal material para este sistema y el cable es la forma lógica.
Estructuras de superficies
Son aquellas que consisten en superficies extensas, delgadas y que funcionan para resolver solo fuerzas internas dentro de ellas. El muro que resiste la compresión, que estabiliza el
edificio al resistir el cortante dentro de un plano y al cubrir claros como una viga, actúacomo una estructura de superficie. La bóveda y la cúpula son ejemplos de este tipo.
Las estructuras de superficie más puras son las que están sometidos a tensión. Las
superficies a compresión deben de ser más rígidas que las que soportan tensión, debido a la posibilidad de pandeo.
Sistemas especiales
Estructuras infladas: Se utiliza inyección o presión e aire como recurso estructural en unavariedad de formas.
Estructuras laminares: es un sistema para moldear superficies de arco o bóveda, utilizandouna red de nervaduras perpendiculares que aparecen como diagonales en planta.
Cúpulas geodésicas:
ideada para formar superficies hemisféricas, se basa en triangulaciónesférica.
Estructuras de mástil : existen estructuras similares a los árboles, que tienen piernas únicas para apoyo vertical y que soportan una serie de ramas. Requiere bases muy estables, bien
anclados contra el efecto del volteo provocado por fuerzas horizontales.