Nuevos conceptos de elementos estructurales

EL Vidrio
Vigas pretensadas

 

El Vidrio es considerado como un material muy atractivo en la arquitectura por su transparencia en el uso de ventanales como tipo de cerramiento realizando grandes fachadas acristaladas donde es este el  personaje principal en la obra.

En los últimos años, este material (aparentemente frágil), se esta empezando a utilizar como elemento  estructural: vigas, para la construcción de  pabellones, salas, lucernarios o invernaderos. Siempre ubicados de manera muy puntual en la estructura, imitando elementos de fachada de acero o aluminio que traspasen las cargas de esfuerzos horizontales  (no permanentes) a la estructura portante del edificio.

En el vidrio la resistencia de tracción es muy inferior comparada a su gran resistencia a la compresión, lo que hace que las vigas se tengan que dimensionar al máximo esfuerzo de tracción que pueda resistir, mientras que las zona comprimida estaría muy por debajo de sus posibilidades reales de resistencia. Debemos tener en cuenta  que la resistencia a compresión de un vidrio recocido es de 10000 kg/cm2, mientras que su resistencia a tracción es de 400 kg/cm2, 25 veces menor.

Como solución para igualar esta circunstancia y conseguir un mayor aprovechamiento de la resistencia a compresión del vidrio y por consiguiente minimizar las secciones de los elementos, se propone la PRECOMPRESION de las vigas de vidrio, consiguiendo así que las tracciones producidas por la flexión en la parte inferior sean compensadas con la precompresión de manera que puedan soportar una mayor carga.

 

LOSA RECTANGULAR APOYADA EN PUNTOS

LOSA RECTANGULAR APOYADA EN PUNTOS

Cuando una losa rectangular solo se apoya en  sus cuatro vértices todos los puntos salvo esos cuatro descienden y se curvan a diferencia con las losas apoyadas en todo el perímetro.

El análisis de la deformación permite decir que: La zona central resulta traccionada en la cara inferior en las dos direcciones. - En las proximidades de los vértices, la continuidad con el soporte provoca tracciones en la cara superior en las dos direcciones. - La deformación de los vértices afecta la deformación de los bordes, que aunque libres aparecen traccionados en su cara superior.

El espesor de la lámina es el punto más importante en este tipo de losa desde el punto de vista de la resistencia. Es determinante el espesor de la lámina  y si no es posible se deberá disponer de armadura especial  q va a depender de la tensión de las barras q se colocan y la tensión del acero para resistir el punzonado en forma de barras verticales Todo esto Le dará fortaleza al proyecto

En los soportes internos, por existir paños de losa en los cuatro cuadrantes, el eje del mismo se curva menos que en un soporte de borde que recibe paños de losa de un solo lado. El soporte que resulta más curvado es el de esquina ya que recibe un solo paño de losa y su eje se curva en las dos direcciones 

DISPOSICIONES SOBRE EL PROYECTO

Aquí se tomara en cuenta las disposiciones que se deben tener en cuenta en el momento de definir el proyecto a los efectos de lograr una solución que asegure la mejor materialización del mismo.

Espesor. Cuando los espesores son muy pequeños se dificulta el correcto posicionado de las armaduras por lo tanto no se recomiendan para obras con control normal de su ejecución espesores menores a 10 cm.

Organización de la malla – Cuantías. Las losas deben cumplir con las cuantías establecidas para este tipo de elemento estructural.

Organización de la malla - Diámetros. El diámetro de las barras que conforman la malla de una losa influye en un porcentaje importante en la relación entre la altura útil y el espesor de la lámina.

Organización de la malla - Separaciones. La separación entre las barras debe asegurar una razonable distribución

Organización de la malla – Resolución de los bordes. Los bordes apoyados se deben proyectar armadura en la cara superior de la losa atendiendo al hecho de que la continuidad material con la viga de apoyo impide el libre giro de la lámina.

RELACIONES ENTRE SOLICITACIONES Y DEFORMACIONES

Las ecuaciones diferenciales que expresan las relaciones entre cargas y solicitaciones no resultan suficientes para la determinación de las solicitaciones en las placas

Losas Aisladas

LAS PLACAS

Las placas son elementos estructurales (unidades funcionales estructurales) de carácter superficial es decir que en ellas dos de las dimensiones predominan sobre la tercera.

Están asociadas al hormigón armado como el material de construcción más idóneo, o quizás único, para materializarlas.

El estudio de un caso particular, una losa de planta rectangular simplemente apoyada en todo su perímetro y cargada uniformemente, permite establecer criterios de comportamiento y modelos de análisis que resultarán luego extrapolables a otros casos más complejos.

Para comprender el comportamiento de esta losa se la modeliza como dos conjuntos de fajas perpendiculares entre sí. Cada elemento de superficie de la losa pertenece a los dos sistemas de fajas y por lo tanto el total de carga que actúa sobre él influye en la deformación de las dos fajas que lo atraviesan, produciéndose descargas en las cuatro zonas de apoyo de las fajas.

LOSA RECTANGULAR SOBRE APOYOS PARALELOS

Este es el caso más simple de modelizar ya que en él las fajas resistentes tienen una única dirección, la perpendicular a los apoyos.

Si la carga es superficial uniforme todas las fajas reciben la misma carga y todas sufrirán una deformación igual. Todos los cortes perpendiculares a los apoyos son iguales entre sí y los cortes paralelos a los apoyos son líneas rectas, es una deformación de simple curvatura que se designa como cilíndrica. Los dos casos tratados en este capítulo son los únicos en los que no aparecen esfuerzos de torsión.

 

LOSA EN MENSULA:

Todo lo expresado en cuanto al modelo de comportamiento de la losa apoyada en lados paralelos es aplicable a la losa en ménsula apoyada en una única línea.

La malla que se asocia a este tipo de losa está formada en su totalidad, barras resistentes y secundarias, por barras rectas que al llegar a los bordes libres se prolongan por la cara inferior una longitud igual a dos veces el espesor. Esta malla se debe prolongar dentro de la losa que es continua con la ménsula y que posibilita su equilibrio.

CASOS ESPECIALES DE CARGAS:

Interesa analizar el caso de la incidencia de la existencia de un muro, carga lineal sobre la losa. Se generan dos situaciones tipo: el muro paralelo a los apoyos y el muro perpendicular a los apoyos.  El primer caso no difiere sustancialmente del caso general ya que la deformación sigue siendo cilíndrica dado que la carga de muro afecta a todas las fajas por igual.

Las losas en ménsula se comportan análogamente. En ambos casos al determinarse las solicitaciones debe hacerse intervenir en la faja representativa la carga puntual que representa la acción del muro.

 

LOSAS NERVADAS.

Cuando las necesidades resistentes exigen grandes alturas para la losa, puede ser conveniente incorporar huecos a la misma, huecos que eliminen parte del hormigón de la zona traccionada por el flector, esto es posible ya que las losas suelen tener un dimensionado sobreabundante con respecto al esfuerzo cortante.

El material restante, que forma los nervios y la carpeta, resulta suficiente para las exigencias de esta solicitación. Los huecos se pueden lograr con moldes que pueden quedar o no incorporados a la construcción.

Se conforma de este modo una pieza nervurada o nervada que puede ser asimilada a un conjunto de vigas en forma de T. La norma UNIT 1050, apartado 51.3, fija criterios de dimensionado:

- la separación máxima entre ejes de nervios es 70 cm.

- el espesor de la carpeta superior no debe ser menor a 5 cm. ni al décimo de la distancia libre entre nervios.

- el ancho del nervio no debe ser inferior a 5cm.

- la verificación al cortante debe realizarse de la misma forma que en las vigas.

- se deben disponer nervios transversales que garanticen la uniformidad de la deformación de los nervios longitudinales.

Tipo y clasificación de las cargas.

Tipos de cargas

    Antes de conocer que son las cargas y sus tipos tenemos que entender que es un sistema estructural.Un sistema estructural es un conjuntos de cuerpos bien distribuidos capaces de resistir cargas, su finalidad es resistir y distribuir la carga a los apoyos, también llamados fundaciones del edificios, manteniendo así de forma estable y sin deformaciones el emplazamiento.

     ya que conocemos que es un sistema estructural podemos definir que es una carga:

     Las cargas es el peso que recibe la estructura, la fuerza ejercida por la losa y agentes exteriores como lo son muebles, personas, hasta efectos del viento, o accidentes naturales. estas también son llamadas fuerzas externas.


     las cargas se dividen en tres tipos:

- Cargas muertas.
- Cargas vivas.
- Cargas accidentales( de vientos o sísmicas).

   Cargas vivas.

  

Son aquellas debidas al uso u ocupación de la construcción y que la identifican. Incluyen personas, objetos móviles o divisiones que puedan cambiar de sitio. Generalmente actúan durante periodos cortos de la vida de la estructura. También incluyen el impacto. Su simbolo corresponde a la incial de live(vivo). También se denominan cagas de "ocupación".

  Cargas Muertas.

     Las cargas muertas, incluye todas las cargas de elementos permanentes de la construcción incluyendo su estructura, los muros pisos, cubiertas, cielo rasos, escaleras, equipos fijos y todas aquellas cargas que no son causadas por la ocupación y uso dela edificación, las fuerzas netas del pre-esfuerzo deben incluirse dentro de las cargas muertas.   

  Cargas accidentales.

  Las cargas accidentales, es aquella que sucede eventualmente en la vida de una estructura, no es constante y puede alcanzar grandes magnitudes. Ésta no se debe al funcionamiento normal del inmueble y se presenta solo durante lapsos breves. Una carga accidental puede ser la ocasionada por sismo, viento, explosiones, incendios y otros fenómenos extraordinarios que pueden presentarse.

  Clasificación de las cargas

     Según el tiempo de aplicación:

-Permanentes: Son las que duran para toda la vida útil de la estructura, esta comprendida por el peso propio de la estructura y en todas las partes rígidas de la construcción: Estructuras, Instalaciones, Cerramientos, Revestimientos. 

- Accidentales: Son aquellas cuya magnitud y/o posición puede variar a lo largo de la vida útil de la estructura, actúan de forma transitoria: Viento, Personas, Nieve, Muebles, Terremotos.

-Estáticas: Son las que no cambian nunca su estado de reposo o lo hacen lentamente den el tiempo: Cerramientos, Personas de oficina y viviendas.

-Dinámicas: Son las que varían rápidamente en el tiempo, son las que durante el tiempo actúan en estado de movimiento (Inercial).

-Móviles: Son aquellas en las cuales la dirección del movimiento es perpendicular con la dirección en que se produce la carga, desplazamiento de un vehículo, desplazamiento de una grúa, un tren.

- De impacto: Son aquellas en las cuales la dirección del movimiento es coincide con la dirección en que se produce la carga, se caracteriza, por un tiempo muy breve, (Instantánea): Choque de un vehículo, movimiento sísmico, publico saltando sobre gradas en estadio deportivo.

           Según su ubicación en el espacio:

-Concentradas: Son las que actúan sobre una superficie muy producida con respecto a la total: una grúa sobre la vía, anclaje de una tensor.

- Distribuidas: Son aquellas que mantienen el mismo valor en toda su expansión, el peso propio de una losa, el publico en una sala de espectáculos.

          Según la intensidad de la aplicación.

-De viento: Es una carga difícil de determinar, depende de la velocidad, ubicación geográfica, altura y forma de las construcciones.

-De sismos: Son vibraciones simultaneas en forma vertical y horizontal (Mas intensas), se transmiten a través de las fundaciones.

   

Sistema de Losas

Sistema de Losas

 -Losas: para entrar en materia, una losa es un elemento de sección transversal
compuesto de diferentes materiales (hormigón, acero, etc) con la función de
recibir las cargas y transmitirlas a las vigas y columnas.

      Tipos de Losas:

 -Por su colocación en la construcción: pueden ser de piso, de entrepiso o de cubierta/techo.

 -Por sus apoyos: Losas perimetrales, de un lado continuo, de dos lados continuos, de tres lados continuos.

 -Por su forma de armar: en un sentido o en dos sentidos.

 -Por el proceso constructivo:

• Losas macizas: es aquella fabricada en concreto armado que cubre espacios mayormente ortogonales, cuyos bordes descansan sobre vigas o muros.

                                        

• Losas planas: son losas que se apoyan directamente de las columnas, es decir, no hay una viga o muro que las sostenga. Este tipo de losas se dividen en dos, las tipo Flat Slab (losa plana donde se aumenta el grosor de la misma en donde hay contacto con la columna) y la Flar plate (se refuerza con acero el área que entra en contacto con la columna).

                                         

• Losas reticulares: estas losas están elaboradas a base de un sistema de trabes cruzadas, formando una retícula. Esta se hace con un molde el cual es vaciado en concreto. La retícula posee vigas que funcionan de nervios para soportar las grandes luces.

                                       

• Losas nervadas: en este tipo de losas, las vigas se consiguen en un solo sentido a lo largo de la misma, separadas a una medida constante entre sí.

                                       

• Losas prefabricadas: como su nombre indica, son losas que se construyen previamente en una fabrica y solo se acoplan al proyecto.

                                       

• Novalosa o losacero: es una lámina de acero galvanizada soportada por vigas y recubierta por concreto. Vale aclarar que este tipo de losa no es considerado un sistema estructural.

                                       

• Losas spancret: son losas donde el concreto es vertido sobre cables pre forzados. Esta posee huevos en forma de panal (hexágonos) que aligeran el peso de la misma.

                                       

• Losas siporex: son elementos de concreto ligero reforzado para entrepiso, techos y muros. La diferencia es su fabricación, ya que estos son tratados con químicos y sometidos a vapor para aligerarla y aislarla.

                                       

• Losa de Vigueta y bovedilla: son losas creadas a partir de viguetas paralelas entre si a las cuales se les coloca la bovedilla en los espacios existentes. Las bovedillas son piezas de concreto con huecos, especialmente diseñadas para ensamblar entre las viguetas. Este sistema aligera el peso total de la losa.

                                        

Tipos de Vigas

Tipos de Vigas

Existen varios tipos de vigas los cuales son utilizados en muchos proyectos de construcción por el soporte que le proporciona a los pisos y los techos, además de que vienen en una amplia variedad de formas. A los constructores aficionados se les sugiere que consulten con un ingeniero estructural al intentar decidir qué tipo de vigas utilizar en sus proyectos.

-Viga Vierendeel: es una viga con forma de celosía ortogonal que permite salvar grandes luces (de 6 a 27 metros dependiendo de la distancia entre verticales). Presenta claros rectangulares en el alma y configuración estructural relativamente ineficiente comparada con las armaduras triangulares.

Viga Vierendeel en voladizo

-Viga Cantiléver: La viga es un cantiléver en una dirección y es un elemento con un soporte fijo (empotrado) en uno de sus extremos y la carga perpendicular a su eje que causa doblamiento. Es también llamado voladizo.

Puente en Cantilever

-Viga Continua: esta viga es soportada por dos o más apoyos para lograr una mayor rigidez, de modo que se puede calcular el efecto que una carga tendría sobre vigas individuales de iguales luces.

 

Armadura de Viga Continua 

-Viga gerber: Son vigas continuas que, aunque serían hiperestáticas se intercalan tantas rótulas como grados de hiperestatismo tuviera sin ellas. La localización de estas rótulas se hace de manera que la viga final sea resistente. Estas vigas sobresalen alternamente con claros cortos simplemente apoyados en los extremos de las vigas en cantiléver.

                                        

-Viguetas: son vigas cercanamente espaciadas extendidas en una sola dirección. Cada una de las vigas cortas paralelas que sostienen las cargas de un suelo o techo, y que están sostenidas a su vez por vigas mas largas.

                                          

-Retículo de viguetas: es un sistema de vigas que se extiende en dos direcciones, con las vigas en cada dirección unidas unas con otras.

                                   

Hay que mantener en cuenta a la hora de colocar las vigas de la losa debido a que si se reparten los esfuerzos de manera errónea las partes adyacentes de la losa pueden torcerse como resultado de la flexión en dos direcciones. 

Vigas

Las vigas son elementos estructurales que trabajan principalmente en flexion. A demas de trabajar con este tipo de  esfuerzo, también participan La tension, la cual ocurre principalmente en la parte inferior, y la compresión, que ocurre en la parte superior.

Los mismos están hechos o utilizan varios materiales los cuales son: la madera, el acero y el concreto, a demás de los materiales de mampostería (estos últimos dos estando reforzado con acero gracias a que son materiales "débiles" a la hora de producirse la Tensión).

Para evitar las fracturas por tensión en la cara convexa de las vigas de concreto se realiza un presforzado, las cuales se realizan antes de vaciar el concreto en el encofrado, y Postensado, que se raliza despues del endurecimiento del concreto.

En la Vigas pueden suceder esfuerzos cortantes, debido a que la fuerda de compresión y la fuerza de tensión ocurren en direcciones opuestas, lo cual es esencial para la flexión de la viga.