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Asignatura: Estructuras II, Profesor: , Carrera: Fundamentos de Arquitectura, Universidad: US
Tipo: Apuntes
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ANTONIO DELGADO TRUJILLODr. Arquitecto. Profesor Titular
Departamento de Mecánica de Medios Continuos, Teoría de Estructurase Ingeniería del Terreno. E.T.S. de Arquitectura. Universidad de Sevilla
TEMA 03. DISEÑO DE ESTRUCTURAS TRIANGULADAS. LA ESTRUCTURA TIPO NAVE
ÍNDICECaracterísticas y funcionamiento de las estructuras trianguladas
Resumen inicialDefiniciónDenominaciónDenominación de barrasOrigen conceptualUsosLucesMaterialesNudosFuncionamientoMétodos de cálculoCondiciones de diseño
Clasificación según el modo de formaciónTipologías de estructuras trianguladas
Estructuras planasEstructuras espaciales
Vínculos externos. La nave como estructura triangulada sobre pilaresEstabilidad de naves y organización de elementos
TEMA 03. DISEÑO DE ESTRUCTURAS TRIANGULADAS. LA ESTRUCTURA TIPO NAVE
DEFINICIÓN Una estructura triangulada es una estructura reticulada de barras rectasdispuestas en triángulos. DENOMINACIÓN Se denominan estructuras trianguladas, y también estructuras triangulares,cerchas, celosías, armaduras, etc. A veces se denominan estructurasarticuladas, porque tradicionalmente se ha supuesto en el diseño y en elcálculo que los nudos son articulaciones (rótulas). DENOMINACIÓN DE BARAS
TEMA 03. DISEÑO DE ESTRUCTURAS TRIANGULADAS. LA ESTRUCTURA TIPO NAVE
ORIGEN CONCEPTUALOrigen conceptual 1. A partir de vigas Una viga trabaja con momentos flectores y esfuerzos cortantes. Lastensiones del momento flector son grandes en los extremos de la sección.Las tensiones del cortante, en cambio, son grandes en el centro de lasección. Las tensiones del flector suelen condicionar el diseño yfuncionamiento de la viga mucho más que las tensiones del cortante.Entonces puede quitarse material de la zona central de la viga: Así se llegaa las vigas aligeradas o alveoladas. Si seguimos quitando material,conceptualmente podemos llegar a la estructura triangulada.
TEMA 03. DISEÑO DE ESTRUCTURAS TRIANGULADAS. LA ESTRUCTURA TIPO NAVE
Origen conceptual 2. A partir de cubiertas
TEMA 03. DISEÑO DE ESTRUCTURAS TRIANGULADAS. LA ESTRUCTURA TIPO NAVE
Origen conceptual 2. A partir de cubiertas
Evolución desde el triángulo simple hasta la cercha española y la cercha Polonceau
TEMA 03. DISEÑO DE ESTRUCTURAS TRIANGULADAS. LA ESTRUCTURA TIPO NAVE
LUCESVigas trianguladas
:
Por debajo de 8 ó 10 m no soncompetitivas.Entre 8 ó 10 m hasta 15 ó 20 mpueden plantearse.Por encima de 15 ó 20 m resultancasi siempre más económicas.Pueden alcanzar más de 100 m(con vigas trianguladas espaciales).
Cerchas triangulares
:
Además de salvar luces grandes, solucionan la formación de las pendientes,habitualmente en cubiertas a dos aguas.Las luces normales van entre 4 ó 6 m hasta 15 ó 20 m, aunque a veces se llegahasta 30 ó 35 m.
TEMA 03. DISEÑO DE ESTRUCTURAS TRIANGULADAS. LA ESTRUCTURA TIPO NAVE
MATERIALESMadera Tradicionalmente se han utilizado barras de madera. Posteriormente sehan empleado a veces tirantes de acero para las barras a tracción.Desde finales del siglo XIX la madera se ha empleado cada vez menos,hasta finales del siglo XX, pero actualmente hay un renacimiento de lamadera como material estructural. Acero Es un material idóneo para estas estructuras, por su elevada resistencia acompresión y tracción, variedad de perfiles y secciones, y por la mayorfacilidad de conseguir nudos articulados que rígidos. La gran mayoría deestructuras trianguladas se construyen en acero. Hormigón armado o pretensado Se ha utilizado algo, sobre todo en la primera mitad del siglo XX, y aún hoyse utiliza esporádicamente. Pero no es material adecuado para estasestructuras: por los tipos de esfuerzos, encofrados, dificultad de construirnudos a los que llegan varias barras con direcciones diferentes, etc.
TEMA 03. DISEÑO DE ESTRUCTURAS TRIANGULADAS. LA ESTRUCTURA TIPO NAVE
A. Cargas en los nudos, y nudos articulados
Las barras trabajan solamente con esfuerzos axiles, de tracción ocompresión. B. Cargas en los nudos, y nudos rígidos
Además de los axiles, aparecen cortantes y flectores, que se denominanesfuerzos secundarios. Si la estructura está bien diseñada y construida,estos esfuerzos secundarios son tan pequeños que los podemosdespreciar en el cálculo. Si calculamos la misma estructura con nudosrígidos y con nudos articulados, los resultados deben ser sensiblementeparecidos. C. Cargas en las barras, y nudos articulados
Los esfuerzos en la barra cargada, debidos a las cargas en la barra, lospodemos calcular como una barra biarticulada. Sí puede haber cortantes yflectores en la barra cargada. Pero en las barras sin carga sólo aparecenaxiles. D. Cargas en las barras, y nudos rígidos
Pueden aparecer cortantes y flectores (no despreciables) y axiles, entodas las barras, tanto en las cargadas como en las descargadas.
TEMA 03. DISEÑO DE ESTRUCTURAS TRIANGULADAS. LA ESTRUCTURA TIPO NAVE
Esquema de una estructura triangulada elemental, con nudos articulados o rígidos.En el caso de nudos articulados, sólo aparecen axiles.En el caso de nudos rígidos, para conservar el ángulo entre barras aparecen flectores ycortantes. Si la estructura está bien diseñada y construida, estos flectores y cortantes sondespreciables.
TEMA 03. DISEÑO DE ESTRUCTURAS TRIANGULADAS. LA ESTRUCTURA TIPO NAVE
Método de los nudosMétodo de CremonaOtrosMétodo de RitterMétodo de la viga equivalente(método de análisis global)Otros
Método matricial
ACTUALES
Basados en el equilibrioMétodo de los elementos finitos
de la sección Basados en el equilibrio
del nudo
TRADICIONALES
Método de la viga equivalente.A partir de los cortantes y flectores de una vigaequivalente, con las mismas cargas, se puedenobtener los axiles:Con los momentos: los axiles de los cordones.Con los cortantes: los axiles de montantes ydiagonales.
TEMA 03. DISEÑO DE ESTRUCTURAS TRIANGULADAS. LA ESTRUCTURA TIPO NAVE
CONDICIONES DE DISEÑO Para que las estructuras trianguladas tengan un buen funcionamiento, esaconsejable cumplir las siguientes condiciones de diseño:
-^
En cada nudo, los ejes de las barras deben cortarse en un punto. Si no esasí, pueden aparecer flectores y cortantes no despreciables.
-^
NO retículas muy irregulares.
-^
NO ángulos pequeños entre barras (aproximadamente 15º o menos).
-^
NO barras de rigideces muy diferentes.
-^
NO mallas hiperestáticas internas (sobre todo si el grado hiperestático eselevado).
TEMA 03. DISEÑO DE ESTRUCTURAS TRIANGULADAS. LA ESTRUCTURA TIPO NAVE
CLASIFICACIÓN SEGÚN EL MODO DE FORMACIÓN (2/4)
B. ESTRUCTURAS COMPUESTAS Son estructuras formadas a partir de estructuras simples con alguno de estoscriterios:a) Uniendo dos estructuras simples con una barra y un nudo.b) Uniendo dos estructuras simples con tres barras no paralelas ni concurrentes.c) Sustituyendo en una estructura simple una o varias barras por est. simples.También cumplen la relación:
b = 2n – 3
(b = nº barras; n = nº nudos), y si los
nudos son articulaciones, son estructuras isostáticas (internamente).
TEMA 03. DISEÑO DE ESTRUCTURAS TRIANGULADAS. LA ESTRUCTURA TIPO NAVE
CLASIFICACIÓN SEGÚN EL MODO DE FORMACIÓN (3/4)
C. ESTRUCTURAS COMPLEJAS Son las estructuras trianguladas que no son simples ni compuestas.Pueden ser isostáticas o hiperestáticas.El caso más habitual es el de las cerchas con doble diagonal. Su gradohiperestático (en caso de articulaciones en nudos) es igual al número dediagonales en exceso.
