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ESTRUCTURAS DE BARRAS
1) ¿En qué se diferencia una estereoestructura de una estructura geodésica? Una cúpula geodésica(sistema curvo triangulado) pertenece a un sistema curvo triangulado de doble curvatura total positiva. Está compuesta por cinco triángulos esféricos, lo que equivale a la cuarta parte de una esfera, con una flecha de un tercio del diámetro de dicha cúpula. Hechas de metal, pueden llegar a cubrir tres kilómetros de diámetro. Su geometría le da el máximo volumen con el mínimo de superficie, y es la forma más eficiente contra presiones internas y radiales. Una estereoestructura (sistema plano aporticado), por otro lado, es una estructura metálica plana destinada a soportar cargas normales en su plano, con apoyos puntuales separados cada 10 o más metros de uno a otro. Las estructuras planas soportan los momentos flectores más importantes en correspondencia con los apoyos y en el centro de cada plano, por lo que es necesario que la estructura posea un momento de inercia acorde a las solicitaciones y flechas, lo que hace fijar un espesor importante, construido mediante dos mallas planas paralelas unidas con diagonales.
2) Defina conceptualmente como de materializa una estereoestructura. Una estereoestructura se resuelve construyendo dos mallas planas unidas con diagonales, formando así una estructura espacial llamada estereoestructura de doble napa. Es conveniente comenzar la ejecución del armado de la estructura por los apoyos, recordando que es posible una estandarización de las longitudes de las barras y la utilización de nudos adecuados para tal fin. En el proceso de armado de la estructura los nudos van siendo inmovilizados por medio de las barras que convergen en él. Otra posibilidad es armar partes de la estructura en obrador y luego colocarlas por medio de elevadores donde corresponda, apoyándolos en los nudos. Modulos piramidales, materializados con caños huecos circulares. Se apoya en cuatro vigas perimetrales que corresponden a cuatro fajas extremas. A su vez, estas, descargan en 4 columnas.
3) Estructuralmente, ¿cómo se comporta una estereoestructura? ¿Cuál es el esfuerzo principal al que se ve sometida una estructura de este tipo? La estereoestructura es una estructura plana con apoyos puntuales que soportan los momentos flectores más importantes en correspondencia con los apoyos y en el centro de cada paño. Por este motivo es necesario que la placa posea un momento de inercia acorde con las solicitaciones y limitación de flechas, lo cual conduce a fijar un espesor importante en hormigón armado. En las estructuras metálicas el problema se resuelve construyendo dos mallas planas paralelas unidas con diagonales, formando así una estructura espacial que se denomina estructura de doble napa.
4) ¿Qué tipo de cubierta considera como adecuada para cubrir una estereoestructura? puede utilizarse elementos superficiales livianos, como ha de ser chapa de zinc y las correspondientes aislaciones.
5) ¿A partir de que luz libre emplearía una estereoestructura y cual considera su principal ventaja? A partir de los 10 o mas metros de luz libre resulta lógico utilizar una estereoestructura. Su principal ventaja es la resistencia a las cargas de servicio con relación a su peso propio, por lo cual permite salvar grandes luces sin apoyos intermedios. Además, la estructura al no ser densa como el hormigón, permite como en el Sainsbury Centre de Normal Foster, aprovechar el espacio que hay entre las mayas planas unidas con diagonales, y colocar entre medio todas las instalaciones del edificio.
6) ¿Cuál es el esfuerzo principal al que se ve sometida una estereoestructura bajo la acción de las cargas de servicio? Igual a la 3
7) Indique con que expresiones calcula las diferentes solicitaciones a las que está sometida una estereoestructura y que verificaciones deben realizarse.
8) ¿Cuál es el valor máximo aconsejable de relación entre las luces de una estereoestructura? Para mi esta respuesta esta en la 5
9) Indicar con que relación practica se calcula la altura para el predimencionado de una estereoestructura. Para la determinación de las longitudes de los distintos elementos que constituyen el modulo, es fundamental que ax y ay sean submúltiplos de lx y ly , para evitar la aparición de módulos atípicos. Otro factor importante es que estos no sean muy largos, ya que los que se hallen solicitados a esfuerzos de compresión pandearan fácilmente, debido a su esbeltez. Por último, resulta óptimo que las diagonales d tengan la misma longitud que ax y ay , facilitándose de este modo el montaje. Al establecer de antemano que d=ax=ay, se debe verificar que la altura del modulo h, caiga dentro del rango: L menor/20 ≥ h ≥ L menor/
1) Es posible construir una cúpula esférica con una estereoestructura?
Si, se llama cúpulas geodésicas, basadas en la mutación de un icosaedro esférico. Este es una figura inscripta en una esfera formado por 20 triangulos equiláteros iguales, número máximo en que puede dividirse una esfera. Solo cinco de esos triangulos esféricos puede descomponerse en un número infinito de subdivisiones, serie de triángulos, rombos, pentágonos, hexágonos, etc. Estos sistemas curvos triangulados, estructuras de barras, pueden materializarse utilizando elementos metálicos de acero y aluminio, pudiéndose cerrar los espacios entre barras para conformar la cubierta, con los mas diversos materiales, por ejemplo plásticos, vidrios, lonas, chapas de acero o aluminio, madera, etc. Empleando una cúpula geodésica podemos llegar a cubrir un espacio circular de tres kilómetros de diámetro
2) Como se materializa una estereoestructura y a que esfuerzos se ven sometidos sus diferentes elementos. Igual a pregunta 2 y 3.
3) En el calculo de la estereoestructura, se debe efectuar la verificación al pandeo. Explicar
Si, debido a la fuerza de compresión se debe verificar la pieza al pandeo. Dividiendo longitud del pandeo y el radio de giro, obtenemos la esbeltez de dicha pieza que nos permite encontrar en la tabla de coeficiente de pandeo acero A37 el “w”. Multiplicando “w” por la división de D/F, hallamos la tención O la cual debe ser menor a la tención admisible del acero (1400 kg/cm^2 ).
4) A que esfuerzos se ven sometidas las barras oblicuas y que efecto pueden afectarlas?
Las barras oblicuas son producto de tensiones repartidas uniformemente lo que genera una fuerza resultante. Se obtendrán tensiones normales a la sección inclinada y tensiones cortantes a la sección inclinada. Según esto, en una barra prismática sometida a tracción simple NO existe esfuerzo lateral normal entre las fibras longitudinales. Son aquellas barras inclinadas, algunas están traccionadas y otras comprimidas.
5) Como se calculan y que verificaciones se deben realizar a las barras de una estereoestructura?
-Verificación al pandeo: debido a la fuerza de compresión se debe verificar la pieza al pandeo. Dividiendo longitud del pandeo y el radio de giro, obtenemos la esbeltez de dicha pieza que nos permite encontrar en la tabla de coeficiente de pandeo acero A37 el “w”. Multiplicando “w” por la división de D/F, hallamos la tención O la cual debe ser menor a la tención admisible del acero (1400 kg/cm^2 ). Si no verifica se debe adoptar una nueva sección ya que las tensiones son muy altas. -Verificación a la flexo compresión: Además de la fuerza actuante en la barra, se debe tener en cuenta la flexión localizada a que está sometida según análisis de cargas. El momento flector en la barra será: M= (q’y x ax^2 ) /. La tensión debida a la flexo compresión será: O= -D/F +- M/W. Ambos resultados deben ser menos a la tención admisible del acero (1400 kg/cm^2 ) -Verificación del peso propio: Una vez dimensionados todos los elementos constructivos de la estéreo estructura, se deberá verificar que el peso propio real, no supere al supuesto inicialmente. 2 cordones superiores + 2 cordones inferiores + 2 diagonales ascendentes + 2 diagonales descendentes. Esta sumatoria de todos los pesos se divide por
Cuando se analizan los estados de cargas; se determinan cuales son los mas desfavorables para los cables portantes, de estabilización y pendolones. Esto determinará cual es la máxima destracción de los cables y con ellos calcular el valor de la tensión mínima y tensión previa necesaria. Estado 0: Tensión previa
Estado 1: Tensión previa + cargas del peso propio
Estado 2: Tensión previa + cargas del peso propio + carga de viento
Estado 3: Tensión previa + cargas del peso propio + carga de nieve Estado 4: Tensión previa + cargas del peso propio + carga de nieve + carga de viento ….
3) ¿Como esta compuesta una estructura de tracción plana o “cercha Jawerth”? Consiste en colocar una nueva familia de cables, ajenas a la superficie cilíndrica misma, pero vinculados a esta de tal forma que todo sistema entre en carga cuando se aplique un esfuerzo T a alguno de los extremos del cable. Dicho esfuerzo T se denomina tensión previa. Este tipo de estructura se materializa con cubierta livianas (chapa, membranas textiles) y permite diferentes posibilidades formales dependiendo de la disposición geométrica de la cercha y de la posición de la cubierta con relación a los cables. Está compuesta de una cubierta cilíndrica, cables portantes, pendolones y cables estabilizadores.
4) ¿Es indispensable el cable estabilizador para todos los casos de cubiertas de tracción pura? Explicar Las cubiertas de tracción pura poseen un cable portante, que soporta cargas gravitacionales y tiene curvatura positiva, y un cable estabilizador que soporta la succión del viento y permite tensar la estructura para estabilizar su forma y tiene curvatura negativa. Estos cables permiten garantizar la tensión previa es decir que se trabaje siempre a tracción mediante la aplicación de una solicitación previa igual o mayor a las cargas de servicio. La tensión previa es necesaria para contrarrestar la acción del viento que mediante el efecto de succión evidencia su inestabilidad formal. Por lo tanto es indispensable un sistema estabilizador ya sea siguiendo dos criterios por peso propio o por pretensado.
5) Enumerar las distintas posibilidades formales de las estructuras de tracción plana o “cerchas Jawerth”. Este tipo de estructuras de tracción plana se materializa con cubiertas livianas y permite diferentes posibilidades formales dependiendo la disposición geométrica de la cercha y de la posición de cubierta con relación de los cables. Las dos familias de cables se vinculas por medio de pendolones y/o puntales unidos entre si por nudos.
6) ¿Cuando un sistema estructural esta solicitado a tracción pura?
Se denomina sistemas estructurales en estado de tracción pura a aquellos que mediante las cargas de servicio sus elementos componentes están solicitados solamente a tracción baricéntrica. Estos sistemas estructurales trabajan a un solo tipo de esfuerzo, es decir a una solicitación de tracción baricentrica, y no es posible que pueda modificarse el signo del esfuerzo sin producir la inutilización de la estructura o su colapso.
7) ¿Que propiedades fundamentales deben poseer los elementos resistentes de las estructuras de tracción pura? Enumerar y fundamentar dichas propiedades. Los materiales que resultan aptos para una estructura de tracción deberán poseer las siguientes propiedades fundamentales:
- Muy resistentes a la tracción -Muy flexibles para lograr una fácil adaptabilidad a la forma de equilibrio -Poco extensibles. Responden a estas propiedades: Materiales lineales: -Escasa sección y gran longitud -Despreciable momento de inercia transversal
- Los hay rígidos barras y no rígidos hilos Materiales superficiales: -Espesor despreciable y gran superficie -Despreciable momento de inercia transversal.
8) Que es el polígono funicular de las cargas de servicio? Una de las características de la tracción pura es la necesidad natural de adaptación de su forma al funicular de cargas exteriores para poder trasladar las cargas a los apoyos. También por este motivo se los conoce como sistemas estructurales de forma activa. Puede observarse que la estructura cambia de forma al modificarse la posición de la carga, indicio evidente del mecanismo estructural en juego, en donde la estructura materializa el camino de las cargas hacia los apoyos. Es entonces que mediante la construcción de un polígono funicular de las cargas podemos diseñar la forma que adoptará la estructura.
9) Explicar la diferencia entre una catenaria y una parábola de 2º grado. Graficar. A medida que aumenta en número de cargas, el polígono funicular toma un número creciente de lados y se va aproximando a una curva funicular. Dentro de las curvas funiculares están. -Catenaria: Cuando las cargas sean uniformemente distribuidas a lo largo del cable. -Parábola 2º grado: Cuando las cargas sean uniformemente distribuidas a lo largo de la cuerda de dicha curva.
10) Enumerar y dibujar las posibilidades formales de cubiertas de tracción pura. Se clasifican según su curvatura ya sea: Superficie de simple curvatura: generada por repetición o traslación (el espacio correspondiente al intervalo es cubierto mediante una estructura secundaria, que podrá pertenecer o no al mismo tipo estructural adoptado para la estructura principal. Estas superficies son regladas y se pueden desarrollar en el plano, lo cual es muy conveniente a la hora de materializarlas. Las hay cónicas y cilíndricas. Por superficie de doble curvatura total positiva: generado por rotación, es decir que los centros de curvatura de las curvas principales están ubicadas en un mismo semi-espacio por lo tanto poseen el mismo signo, por ejemplo las esféricas, elipsoides, paraboloides de revolución , tóricas, etc. Es posible aislar una faja para su estudio ya que poseen las mismas características en toda la estructura, son superficies no regladas, no son superficies desarrollables en el plano.
Habiendo calculado previamente la tensión previa mínima en los distintos estados y eligiendo el mayor de ellos, podemos calcular la tensión previa necesaria multiplicando la TPm por el coeficiente de seguridad que varía entre 1,2 y 2 (determinado por el proveedor). Es entonces que con esta TPn se hallan los valores definitivos, determinando la mayor tracción en el cable portante y el estabilizador. Luego se procede al dimensionamiento de los cables estableciendo la carga de rotura para ambos.
18) ¿Que tipos de cables de acero conoce? Dar ejemplos de armado y tenciones admisibles. Cable de acero de alta resistencia con alma textil. El mismo esta conformado dentro de un determinado diámetro, por cordones, alambres y su alma textil.
19) ¿Que son los pendolones y que finalidad tienen en la estructura de tracción pura? Son aquellos que vinculan el cable portante con el cable estabilizador. La carga actuante en los pendolones depende de la ubicación de la cubierta en relación a los cables portantes o estabilizadores, lo que permite conocer en que estado se da la máxima tracción en los pendolones.
20) Como determinamos si los pendolones están traccionados o comprimidos. Los pendolones están traccionados. Si estuvieran comprimidos se los llama puntales. Esta diferenciación depende de la ubicación del cable portante y el cable estabilizador. Los puntales se encuentran cuando el cable de estabilización esta por encima del cable portante y los pendolones de forma contraria.
21) Que son los cables estabilizadores y portantes, que relación hay entre ellos en una estructura tipo cercha Jawerth o plana y en una membrana? Graficar.
22) Que esfuerzos se desarrollan en los apoyos de las cubiertas tipo cercha Jawerth? Graficar distintas posibilidades para tomar dichos esfuerzos. En un tensor, puntal, columna, arco o cable portante las cargas se transmiten a los apoyos siguiendo un camino a través del elemento estructural. Estos sistemas estructurales trabajan a un solo tipo de esfuerzo, es decir a una solicitación de tracción baricentrica, y no es posible que pueda modificarse el signo del esfuerzo sin producir la inutilización de la estructura o su colapso.
23) ¿Que esfuerzos se desarrollan en los apoyos de las cubiertas tipo membrana? Graficar distintas posibilidades para graficar dichos esfuerzos. Uno de los puntos más importantes a resolver en este tipo de estructuras es la problemática de los apoyos trabajando a tracción. Para ello utilizaremos el método gráfico de composición y descomposición de fuerzas. Como primera medida se determinarán los esfuerzos en los anclajes de los cables de borde, que como es una estructura simétrica, serán los mismos en los puntos A y B.
24) Que fundaciones conoce para resistir esfuerzos de tracción transmitidos por estas estructuras. Las fundaciones posibles para resistir estos esfuerzos de tracción
- Muertos de fundación : Son fundaciones de anclaje que consisten en un volumen prismático de hormigón armado, para cargas inferiores a 6 toneladas. Su masa genera una reacción igual o mayor a la carga de tracción transmitida por los cables.
- Solución combinada : Base de compresión y pilotes de tracción: El puntal se apoya sobre una base de hormigón armado, los tensores llegan a un cabezal del cual nacen dos pilotes de tracción inclinados.
- Fundación con pilotes a compresión y tracción: El puntal y el tensor es remplazado por un sistema porticado conformando un par reactivo que equilibra el momento de vuelco, un pie responde a compresión y otro a tracción. Se utilizan para fundaciones de mas de 8 metros de profundidad.
- Base unificada : En una misma base ambos pies del pórtico, deberá verificarse que la resultante de las cargas se encuentre dentro del núcleo central para que toda la base trabaje a compresión.
25) Enumere las principales características de las estructuras de tracción pura. Diferencias y similitudes entre una estructura cerca Jawerth y membrana tensada. Se denomina sistemas estructurales en estado de tracción pura a aquellos que mediante las cargas de servicio sus elementos componentes están solicitados solamente a tracción baricéntrica. Estos sistemas estructurales trabajan a un solo tipo de esfuerzo, es decir a una solicitación de tracción baricentrica, y no es posible que pueda modificarse el signo del esfuerzo sin producir la inutilización de la estructura o su colapso. La mayor cualidad de estas estructuras es el aprovechamiento que se hace del material, salvando grandes luces y cubriendo grandes espacios, siendo además los mas económicos. Esta estructura de membrana tensada tiene las mismas características formales y de comportamiento estructural que las redes de cables. La principal diferencia radica en la materialización de la superficie. Estas aúnan en un solo elemento compuesto la red estructural y el cerramiento. Están compuestas por tejidos de poliéster de alta tenacidad o tejidos de fibra de vidrio, recubiertos por PVC, PTFE, siliconas, etc. De manera muy similar a la red de cables, estas estructuras también poseen forma de doble curvatura total negativa, pero en este caso aparecen hilos con curvatura diferente lo que les perite ser estabilizadas por medio de la tensión previa como así también es el comportamiento de la cerca Jawerth.
En que casos fundamentaría una estructura de cerca Jawerth?
Que es tensión previa y a que formas geométricas es posible aplicarla?
En que casos fundamentaría una estructura de membrana tensada?
Por que decimos que las estructuras de tracción trabajan a tracción pura?
COMPRESIÓN DOMINANTE
1) ¿Podemos decir que una estructura trabaja a la compresión pura? ¿Por qué? No. Dado que la sección transversal en este tipo de estructuras no trabaja exclusivamente a compresión pura, sino que debe contemplar la aparición de flexión, decimos que el arco trabaja a compresión dominante cuando no aparecen esfuerzos de tracción. Y que trabaja a flexo-compresión cuando estos esfuerzos aparecen.
2) ¿Que es una estructura de compresión dominante? Son aquellas en las que en su vida útil cualquier sección de los elementos resistentes que las componen, estará solicitada exclusivamente con tensiones de compresión. Para considerarlas como estructuras de compresión dominante, bajo cualquier estado de cargas de servicio, no deberán aparecer tenciones de tracción en ninguna de sus secciones.
3) ¿Cuál es la forma natural de equilibrio de una estructura de compresión dominante. Graficar el mecanismo de desviación de cargas de un arco, una bóveda y una cúpula. La forma natural del equilibrio se produce cuando el eje baricéntrico de la estructura coincide con el anti-funicular de la carga del peso propio. Para las cargas permanentes, el anti-funicular o polígono de las presiones pasará por el centro de gravedad (G) de las secciones transversales, generando tensiones de compresión, uniformes para toda la superficie de estas. Pero si por el efecto de las cargas accidentales este polígono de presiones se desviara de dicha posición, la distancia (excentricidad) entre ella y el centro de gravedad de la sección considerada, sería el brazo que generaría un momento cuyo efecto sería de girar la sección y producir la flexión de la pieza.
-La forma que adopta el cable es la de un polígono antifunicular de cargas. -La flecha no esta entre 7 y 15% de l luz, ya que son mas peraltadas que las de tracción.
11) Que es una superficie de doble curvatura total positiva? Dar ejemplos y graficar generatrices y directrices en cada una de ellas. La cúpula por ejemplo es una estructura con forma de superficie de revolución de doble curvatura total positiva cuya generatriz g es el antifunicular de las cargas de peso propio (estado principal). Constituyen arcos radiales aislados entre si. Constituye la forma dual de una estructura de tracción pura según una superficie de revolución de doble curvatura total positiva resuelta con cubierta pesada. Los semiarcos se apoyan en un anillo superior (comprimido) y uno inferior (traccionado).
12) Enunciar y graficar las posibilidades formales de las estructuras de compresión dominante. Mencionar materiales, secciones y luces posibles. Las más utilizadas son generalmente dos: la bóveda y la cúpula. La bóveda: Es una estructura con forma de superficie cilíndrica cuya generatriz g es el antifunicular de las cargas del peso propio. Pueden ser bóvedas de cañón corrido que puede considerarse como una sucesión de arcos apoyados en los estribos con luz y flecha. La longitud no tiene mayor importancia ya que solamente interviene en lo referente a la rigidez general del conjunto pero si la tiene para el diseño de los apoyos. Bóveda de arcos portantes diferenciados, cuyos arcos resultan ortogonales a las generatrices rectas. Las bóvedas de enrejado comunes están constituidas por la intercesión de arcos oblicuos entre 45º y 60º respecto de las generatrices. Son dos series simétricas de arcos que no precisan de la colaboración de las viguetas rectas. La cubierta misma puede ser por ejemplo de loseta de hormigón.
La cúpula: Es una estructura con forma de superficie de revolución de doble curvatura total positiva cuya generatriz g es el antifunicular de las cargas de peso propio. Constituyen arcos radiales aislados entre si. Cada semi arco esta definido por una longitud en la base y superiormente (estas magnitudes se obtienen mediante la división en igual número de partes de los anillos inferiores y superiores respectivamente. Son datos los valores de la luz y la flecha. El procedimiento es similar al empleado para las bóvedas: la luz de semi arcos se ha dividido en segmentos iguales, estos se apoyan sobre la curva tentativa g estimada a priori; el gajo ha quedado subdividido en sectores trapeciales de base, altura y espesor. Ya se pueden obtener en consecuencia las cargas del peso propio.
13) Defina y describa a que se denomina núcleo central de una sección. Puesto que la curva de presiones, por efecto de las cargas accidentales, puede separarse del centro de gravedad G en cualquier dirección, lo analizado en un plano vertical también lo es para cualquier otro, siempre que remplacemos h por la dimensión correspondiente a la dirección en estudio. De este modo es posible determinar en entorno G por donde deberá pasar N para evitar producir esfuerzos de tracción, a esta figura se la conoce con el nombre de núcleo central de la sección comprimida.
14) Como se halla la excentricidad máxima de una sección comprimida? Para evitar la aparición de tensiones de tracción, la excentricidad no debe ser superior, en ningún caso a 1/6 de la altura de la sección, ya que superado ese límite, comenzará a aparecer dichos esfuerzos de tracción incompatibles con el sistema estructural y los materiales aptos para el trabajo de compresión. Adoptando una altura razonable para la sección transversal con el fin de obtener una armadura económica pero librada de la imposición de deber soportar exclusivamente tensiones de signo negativo. Ya no sería entonces de compresión dominante sino una estructura solicitada a fexocompresión con gran excentricidad.
15) En un arco triarticulado, donde es máxima la excentricidad? Cual es el límite de la excentricidad? Similar a la 14.
16) ¿En que sección del arco se da el máximo esfuerzo en sentido horizontal? Luego de conocer la fuerza resultante a raíz del polígono funicular. En una estructura de compresión dominante como por ejemplo en una bóveda, esta fuerza toma los máximos esfuerzos descomponiéndose en dos. En el sentido horizontal el máximo esfuerzo es absorbido por los tensores y equilibrado por la componente horizontal del apoyo opuesto.
17) ¿ En que sección del arco se da el máximo esfuerzo de compresión? Luego de conocer la fuerza resultante a raíz del polígono funicular. En una estructura de compresión dominante como por ejemplo en una bóveda, esta fuerza toma los máximos esfuerzos descomponiéndose en dos, tomado el esfuerzo máximo de compresión por la zapata, como así lo hacen los apoyos continuos, y transmitido directamente a tierra.
18) Que tipo de cargas puede recibir una estructura de compresión dominante y por que? Una estructura de compresión dominante cuenta con cargas permanentes, cuyos valores provienen del cálculo según la luz, la flecha y la carga o peso propio de la estructura que claro también dependerá del material utilizado. El antifunicular o polígono de fuerzas pasará por el centro de gravedad (G) de las secciones transversales generando tensiones (S max) de compresión, uniformemente para toda la superficie de éstas. También contamos con cargas accidentales (viento, sismo, dilataciones, etc) este polígono de presiones se desviará de dicha posición, la distancia (e) entre ella y el centro de gravedad de la sección considerada, sería el brazo que generaría un momento cuyo efecto sería el de girar la sección y generar la flexión en la pieza. A modo de ejemplo de carga accidental, la acción del viento sobre la superficie de la bóveda, produce una presión a barlovento y una succión a sotavento según el diagrama de cargas no uniforme.
19) Como se dimensiona un arco de compresión dominante? Explique los pasos del procedimiento. Que verificaciones de calculo se deben verificar? El predimencionado de un arco de compresión dominante es similar tanto para la bóveda como para la cúpula: la luz del semi-arcos se ha dividido en segmentos iguales; estos se proyectan sobre la curva tentativa “g” estimada a priori; el gajo ha quedado subdividido en sectores trapeciales de base, altura y espesor. Ya se pueden obtener en consecuencia las cargas del peso propio (P). Luego se procede de manera similar con la bóveda de cañón corrido, de manera tal que la cúpula deberá coincidir con el antifunicular de este diagrama de cargas considerado principal (línea de presiones). Las verificaciones son: -De las tensiones de compresión: Como el área de las secciones del semi-arco es variable, en algunos casos las tensiones mas comprometidas no se producen necesariamente en la sección sometida a la solicitación máxima. -Al pandeo: Lp=La/ -A la flexocompresion: Se determinan los valores de RN (resultante) y e y se verifican las secciones correspondientes.
20) Que es la carga crítica de pandeo? También llamada carga de Euler, es la carga axial que da inicio a la inestabilidad por pandeo en un elemento estructural. Se debe verificar que el esfuerzo actuante en el ¼ de la luz no produzca el pandeo de la pieza. Por lo cual se debe averiguar el valor del esfuerzo actuante n dicho punto. Partiendo de la expresión de Euler existen dos posibilidades: -Obtener la carga crítica del pandeo y comparar este valor con el esfuerzo actuante en el ¼ de la luz, debiendo verificarse que la carga crítica de pandeo supere de 3 a 5 veces la del esfuerzo actuante. -Hallar el momento de inercia necesario para la carga crítica, debiendo ser el momento de inercia calculado, menor que el correspondiente a la sección proyectada.
21) Que es el núcleo central y cual es la excentricidad máxima en estructuras de compresión dominante? Graficar. Ídem anteriores.
22) Como se resuelve estructuralmente el diseño de un arco a compresión dominante para el caso en que no se verifica el pandeo? Pag 25
23) ¿Qué dirección toman los esfuerzos en los apoyos de las estructuras de compresión dominante? Explicar que sistemas de apoyos posibles. Graficar.
- Resisten por su forma y son suficientemente delgadas como para no desarrollar importantes tensiones de flexión, corte o torsión, pero suficientemente gruesas para admitir esfuerzos normales de compresión y de tracción, y tangenciales.
- Es importante la continuidad estructural, es decir, la resistencia superficial frente a esfuerzos normales y tangenciales (estado membranal).
- La estructura laminar es simultáneamente la envoltura del espacio interior y la piel exterior de la construcción.
- Existe una gran identidad entre la estructura y la esencia del edificio.
- Cuenta con una rigidización del borde, lo que le permite el buen funcionamiento de los mecanismos sustentantes y manteniendo el perfil superficial de la lámina, consiguiendo así preservar su forma.
- La inercia depende de la curvatura. A mayor curvatura, mayor resistencia, siendo la de doble curvatura la más resistente.
- La forma es lo que resiste la flexión, no el material.
4) Defina el concepto de cascara y sus posibilidades formales. Las cascaras son laminas curvas, convenientemente apoyadas, en las que el equilibrio de las cargas externas, se logra fundamentalmente, por medio de esfuerzos interior normales y tangenciales. Hay 3 tipos geométricos básicos de cascaras: Simple curvatura: -Traslación – Ej. Cascaras cilíndricas -Revolución – Ej. Cascaras cónicas -Doble curvatura total positiva: -Traslación – Ej. Cascaras elípticas: paraboloide hiperbólico -Revolución – Ej. Cascaras esféricas: superficies esféricas -Doble curvatura total negativa: -Traslación – Ej. Cascaras con forma de paraboloide hiperbólico -Revolución – Ej. Cascaras con forma de hiperboloide de revolución
5) Defina el concepto de plegado. El plegado es un tipo estructural constituido por elementos estructurales superficiales planos o alabeados, unidos por sus bordes o aristas. Estos elementos planos o alabeados se comportan según los casos, como losas, laminas o de ambas maneras simultáneamente. El plegado tiene la ventaja de poder soportar cargas que le resultaría imposible siendo plano, debido al aumento de su rigidez, cubriendo entonces grandes luces sin apoyos intermedios. Además, tienen bajo peso propio, son fáciles de ejecutarlos, buenos acústicamente y con iluminación uniforme.
6) ¿Cuál es el comportamiento estructural de las cascaras? Las cascaras son estructuras de pequeño espesor frente a las otras dos dimensiones, curvadas en una o dos direcciones, y provistas de elementos de borde, que permiten su funcionamiento como estructuras espaciales. Tres son los factores fundamentales que entran en la definición de cascara: pequeño espesor, curvatura y elementos de borde (anillo, tímpano, tensor, viga), y si alguno de estos elementos falta, no nos encontramos en presencia de una cascara. Resisten por su forma y son suficientemente delgadas como para no desarrollar importantes tensiones de flexión, corte o torsión, pero suficientemente gruesas para admitir esfuerzos normales de compresión y de tracción, y tangenciales.
7) ¿A que solicitaciones internas están sometidas las cascaras? ¿Por qué? Explicar y graficar. Las tensiones internas son:
- σx tensión normal + o – en la cara x
- σy tensión normal + o – en la cara y
- σt tensión normal + o – en la cara x
- тxz tensión de corte, paralela al eje z, contenida en x
- тyz tensión de corte, paralela al eje z, contenida en y
- тxy tensión de corte, paralela al eje x, contenida en y
- тyx tensión de corte, paralela al eje y, contenida en x Solicitaciones posibles:
- Nx, Ny esfuerzos normales
- Qx, Qy esfuerzos de corte
- Tyx, Txy esfuerzos tangenciales
- Mx, My momentos flectores
- Mxy, Myx momentos torsores
8) ¿A qué se llama superficie media de una lámina de espesor variable? Superficie media es aquella en que todos sus puntos equidistan del intradós y el extradós. En el análisis estructural de las cascaras todos los esfuerzos internos se refieren a la superficie media, es decir, ya integrados en el espesor, olvidándose del mismo hasta el momento del dimensionado. Si es una lámina de espesor variable, la superficie media es aquella que equidista del extradós e intradós. Si se trata de una lámina de espesor constante, la superficie media se halla a e/2 en todos los puntos.
9) ¿Cuál es el comportamiento estructural de las cascaras? Es la forma de la superficie la que determina el mecanismo sustentante. La obtención de una forma correcta es lo que posibilita a la estructura transmitir de modo adecuado las cargas actuantes y repartirlas en la superficie de la misma, en tensiones de pequeña magnitud. Consecuentemente, conseguir diseñar una forma eficaz para la superficie de la cascara, desde el enfoque estructural, funcional, utilitario y estético, es también un acto creador, ya que los sistemas estructurales laminares, son simultáneamente la envoltura del espacio interior y la piel exterior de la construcción. Las láminas resisten por su forma, por lo tanto, hablar de forma es hablar de inercia, es decir resistencia y rigidez. La inercia en las cascaras, por ejemplo, depende de la curvatura, siendo estas más resistentes cuanto mayor sea su curva. La forma es entonces lo que resiste la flexión, no el material.
10) ¿Cuál es la relación entre el espesor e y el radio de curvatura R en una lámina curva? La relación entre e y R se la conoce como C, siendo C=e/r. Esto está relacionado con el material empleado, en donde cada uno tiene su propia relación. Por ejemplo para una lámina curva de H °A °, la relación es entre 1/100 y 1/250. Si los valores obtenidos fueran menores que C, el espesor sería tan pequeño que no podría tomar esfuerzos de compresión y estaríamos en presencia de una membrana. Y si los valores fueran mayores que C podría tomar valores importantes de flexión para lograr el equilibrio, y estaríamos en el ámbito de las láminas gruesas o placas.
11) ¿Cuáles son las formas geométricas más usuales para cubrir grandes luces con estructuras laminares? Graficar y clasificar según la curvatura. Identificar directrices y generatrices. NO ES CLARO EN EL LIBRO, CREERIA QUE SON LAS DE DOBLE CURVATURA TOTAL NEGATIVA, REV:HIP DE 1 HOJA – TRASL: PH (PAG.3) BUENO.. TAMBIEN PUEDEN SER LOS PLEGADOS, no mentira porque dice clasificar según curvatura (PAG 29)
12) Explique las condiciones para que una estructura trabaje en estado laminar (condiciones geométricas, de carga y de borde) Son condiciones para que la estructura trabaje en estado laminar que tenga continuidad estructural, es decir, la resistencia superficial frente a esfuerzos normales y tangenciales (estado membranal). También, que la forma sea capaz de otorgar inercia a la estructura, teniendo rigidez y resistencia, entendiendo que es ella quien funciona como mecanismo sustentante y debe resistir la flexión. Por último, que el borde sea rígido, ya que esto es lo que permite el buen funcionamiento de los mecanismos sustentantes, y mantener un perfil superficial de la lámina, consiguiendo así conservar su forma.
El estado membranal es aquel para el cual en una lamina delgada curva, se desarrollan exclusivamente, esfuerzos internos normales y tangenciales. Se debe interpretar esto como un estado análogo al de las membranas, por no existir momentos flectores, torsores, etc. La membrana es un caso particular de la cascara en donde el espesor e es tan pequeño que solo resiste esfuerzos normales de tracción. Los requisitos para que se cumpla el estado membranal radican en las cargas, la geometría y los apoyos. La carga debe ser distribuida, no puntual, y su variación no debe presentar discontinuidades en toda la superficie. En general, la carga corresponde al peso propio. Por otro lado, la variación de los radios de curvatura sobre la superficie debe ser continua, sin cambios bruscos en la curvatura. Para ellos los valores de los radios en dos puntos de la superficie inmediatamente próximos deben ser iguales. Los apoyos, también son un requisito. Estos no deben restringir o impedir las deformaciones de la lamina, debe haber continuidad en el apoyo. No puede tener puntos de apoyo, sino únicamente líneas de apoyo. A lo largo de estas líneas, las reacciones de apoyo son fuerzas continuas y paralelas a las tangentes en cada punto, es decir, esfuerzos tangenciales.
18) ¿Cómo se pueden clasificar formalmente las cascaras? ¿Cómo se materializan? Graficar. Clasificación formal – PREG. Respecto a la materialización, en general, cualquier superficie geométrica de simple o doble curvatura se puede materializar en una cascara, cuando se elige un material resistente apropiado, se le da curvatura y espesor, y se lo apoya convenientemente. Es posible materializarlos con hormigón armado, aluminio y duraluminio, madera, madera laminada, elásticos reforzados con fibra de vidrio, cerámicos armados.
19) ¿Cómo transmite una cascara los esfuerzos a los apoyos? Explicar y graficar distintas posibilidades, ventajas y desventajas. Los apoyos son un requisito en las cascaras. Estos no deben restringir o impedir las deformaciones de la lamina, debe haber continuidad en el apoyo. No puede tener puntos de apoyo, sino únicamente líneas de apoyo. A lo largo de estas líneas, las reacciones de apoyo son fuerzas continuas y paralelas a las tangentes en cada punto, es decir, esfuerzos tangenciales. Grafico y ventajas y desventajas – PREG.
