Estructuras abovedadas

El descubrimiento del arco y la bóveda permitió cubrir espacios mayores y aumentar los huecos en la estructura. Los arcos y las bóvedas están comprimidos. Una bóveda es el resultado de situar varios arcos uno a continuación de otro (bóveda de cañon) o de entrecruzarlos y rellenar los espacios intermedios (bóveda de crecería).

Estructuras de armadura o armazón. Estructuras formadas por piezas alargadas, como barras, tubos, pilares, vigas, travesaños o cables unidos entre sí para formar una especie de esqueleto o armazón. Según la disposición de sus elementos, las clasificamos en: entramadas, trianguladas y colgadas.

Estructuras entramadas.Son las estructuras utilizadas en a construcción de edificios y viviendas. Está constituida por barras de hormigón o acero unidas de manera rígida formando un emparrillado. Cada parte de la estructura tiene una misión específica.

                                  tipos de estructuras

Estructuras naturales.- creadas por la naturaleza, el esqueleto humano, el tronco de los árboles, el caparazón de las tortugas,...

Estructuras artificiales.- conjunto de elementos sencillos proyectados y construidos por el hombre y dispuestos de forma que den rigidez y permitan soportar, sin romperse o deformarse en exceso, determinadas cargas o esfuerzos para las que han sido diseñadas. dentro de las estructuras artificiales tenemos:

structuras masivas.-Las primeras estructuras se formaban acumulando material sin dejar apenas huecos, colocando bloques de piedra o arcilla unos encima de otros o excavando en la roca. Para las ventanas o huecos se utilizaban los dinteles de piedra o madera. Los dinteles constan de una barra horizontal colocada sobre dos soportes verticales, normalmente con la finalidad de dejar un hueco debajo de ellas. También se denomina viga o cargadero.

                             fuerzas de las estructuras

La acción de las fuerzas sobre los cuerpos y su estructura provoca una serie de efectos internos. Estos efectos se manifiestan como tensiones externas.

Esfuerzo es la tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas.

Atendiendo a la dirección y sentido en que actúan las fuerzas que los originan, los esfuerzos se clasifican en:

Tracción.- Al aplicar dos fuerzas perpendiculares a la superficie, en la misma dirección y sentido contrario hacia fuera, el cuerpo tiende a estirarse.

Compresión.- Al aplicar dos fuerzas perpendiculares a la superficie, en la misma dirección y sentido contrario hacia adentro, el cuerpo tiende a comprimirse.

Flexión.- Al aplicar dos fuerzas perpendiculares a la longitud, en la misma dirección y sentido, el cuerpo tiende a doblarse.

Torsión.- Al aplicar dos fuerzas perpendiculares a la longitud, en la misma dirección y sentido contrario, el cuerpo tiende a retorcerse.

Cizalladura o cortadura.- Al aplicar dos fuerzas perpendiculares a la longitud , en la misma dirección y sentido contrario, el cuerpo tiende a cortarse.

                             Cargas de las estructuras


      Fijas o permanentes .- No varían con el tiempo como el peso del cuerpo.
Variables o sobrecargas .- Unas veces actúan sobre el cuerpo y otras no, como las mochilas.

   ¿Qué condiciones debe cumplir una estructura para funcionar bien?. En una estructura valoramos de formo independiente, las siguientes cualidades:
Estabilidad.- Ha de conseguir que el objeto sea estable, no vuelque con facilidad. Para esto el centro de gravedad debe de estar lo más cerca posible de su base.
Resistencia.- Tiene que soportar los esfuerzos a los que se ve sometida sin romperse.

Deformación controlada.- Debe deformarse siempre dentro de los límites que permiten al objeto para el cumplimiento de su función.
Estas condiciones son independientes, una estructura puede ser estable y romperse o ser resistente y no tener estabilidad
Las estructuras estables son aquellas que, al aplicarle una fuerza sobre ellas, conservan su posición, son inestables aquellas que al aplicarles una pequeño empuje, pierden el equilibrio.

La estabilidad está relacionada con el centro de gravedad. el centro de gravedad es un punto imaginario en el que estaría concentrada toda la masa del cuerpo si se pudiera comprimir. Si este punto se sitúa fuera de la base del objeto, este se vuelve inestable y cae.

El centro de gravedad no cambia sea cual sea la posición que adopte. En los cuerpos geométricos el centro de gravedad es fácil de calcular siendo algo más complicado en los cuerpos irregulares. En este último caso es necesario el uso de un plomada para calcular el centro de gravedad.

                                            ESTRUCTURAS

En la naturaleza hay muchas fuerzas: la fuerza de la gravedad, la fuerza del viento, las fuerzas mecánicas que mueven máquinas, las presiones de los gases, las fuerzas que desarrollan los músculos.... ¿Cómo podemos definir una fuerza? ¿qué es una fuerza?. Si empujamos un libro con un dedo, este se desplaza, mientras que si apretamos una goma de borrar esta no se desplaza sino que sufre una deformación. Siempre que aplicamos una fuerza sobre un cuerpo se produce uno de estos dos fenómenos o los dos simultáneamente, de modo que podemos definir fuerza como:

Una fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo (efecto estático) o alterar su estado de movimiento o reposo (efecto dinámico).

Los cuerpos están sometidos a la acción de diferentes fuerzas, ¿cómo consiguen no deformarse ante la acción de tales fuerzas?, gracias a su estructura. Todos los cuerpos presentan partes que les sirven de sujeción y evitan que se desmorones o se deformen en exceso. En nuestro caso esta estructura la forman los huesos, en las plantas el tallo, en una silla las patas, en un edificio las vigas y columnas... Todas estas partes reciben el nombre de estructuras que pueden ser naturales o artificiales.

Una estructura es un conjunto de elementos capaces de soportar fuerzas y transmitirlas a los puntos donde se apoya, con el fin de ser resistente y estable. Las fuerzas que actúan sobre una estructura se llaman cargas.

Las cargas pueden ser el propio peso de la estructura, el peso de los elementos que se colocan sobre ellas, el viento, la nieve.

                               Estructuras de acero

Por lo general, se elige a las estructuras de acero en determinadas construcciones porque agilizan los plazos de obras, reducen los gastos de financiación y, también, los costos de la construcción.

Usualmente su estructura consiste en un entramado con nudos articulados, vigas continuas o sencillamente apoyadas, con complementos singulares de celosía a fin de arriostrar el conjunto.

No obstante, en algunas ocasiones se usan estructuras de nudos rígidos, aunque los nudos articulados resultan más convenientes al utilizar menos material y en cuanto a plazos, costos y superación de controles. Actualmente, los esquemas de nudos rígidos se emplean cada vez más de acuerdo a los avances de la tecnificación.

                Las ventajas de usar estructuras de acero

• Cuando hay que realizar obras con plazos de ejecución acotados.
• Cuando la obra se va a realizar en un sitio muy congestionado, como un centro industrial o urbano cuyos accesos sean muy complejos.
• Cuando lo que se construye es un edificio de crecimiento potencial o cuando sea probable que cambie su función original.
• Cuando se construye un edificio en un terreno desparejo. En estas situaciones son preferibles los entramados con nudos articulados.
• Obras en lugares donde existen amplios espacios libres como un salón o un local público.

    Casos en los que no se debe utilizar la estructura de acero

• Edificios con acciones dinámicas.
• Edificaciones situadas en sectores de atmósfera hostil, como las marinas o parques industriales.
• Edificios donde hay una marcada tendencia a la carga del fuego como en almacenes o laboratorios.

                           Cómo son las estructuras

Las estructuras metálicas cumplen con las mismas funciones que las de hormigón. Por eso, su diseño debe estar pensado para que resistan acciones verticales y horizontales.

Cuando las estructuras sean de nudos rígidos, cosa que no es muy usual, las soluciones generales para que soporten cargas horizontales, serán iguales que para esquemas de hormigón armado.

Ahora, si hablamos de estructuras articuladas, como suelen ser las estructuras de acero, es imprescindible hacerlas más rígidas mediante triangulaciones o añadiendo pantallas adicionales.

                                  Las soluciones

Con el objetivo de hacer más rígida la estructura es que se utiliza la triangulación, guardando las pantallas para las zonas interiores correspondientes a cajas de escaleras y ascensores.

Lógicamente, la trascendencia de las acciones horizontales se incrementa de acuerdo a la altura de la edificación, dado que son consecuencia de la acción del viento, y justamente es en edificios de una altura considerable donde se puede alcanzar soluciones más óptimas.

Para fabricar una estructura de acero, se usan barras cuya elaboración es industrial y su forma corresponde a diferentes tipos como: perfil doble T, Perfil T, sección cuadrada o redonda.

También hay piezas de metal de distintas clases, que se utilizan como medios de unión de esos perfiles.

Teniendo en cuenta todos esos elementos y las distintas formas de utilizarlos, se puede decir que hay varios diseños posibles para las estructuras de acero.

 

Sistema de uniones rígidas estandarizadas para estructuras metálicas de edificios mediante la utilización de piezas de unión estándar

Transforma la estructura del edificio en un mecano.

_Aumenta la rigidez de la estructura pese a utilizar perfiles más ligeros con notable ahorro de material.

_No produce flechas y aprovecha el material al máximo que trabaja en estado semi-rígido.

_El proceso de mecanización en taller es mínimo y en algunos casos innecesario.

_El montaje atornillado en obra es rápido y fácil de ejecutar.

_El diseño estructural es sencillo al igualarse los tipos de unión que resisten mas que las barras.

La estructura del edificio se compone de:

• los perfiles metálicos: Los tipos H e I estandar
• los elementos de unión: tornillos de alta resistencia
• los elementos prefabricados para las conexiones.

Estos son el principal elemento innovador del sistema porque posibilita la estandarización de las soluciones y su rápida aplicación, lo cual puede llegar a reducir considerablemente el empleo de mano de obra y tiempo en el proceso.

Características del elemento que se introduce para la ejecución de las uniones.

Es un elemento rigidizador que se coloca entre las alas y el alma de los perfiles H a ambos lados del mismo. Su forma básica es en U o tubular.

Mediante esta pieza se obtiene un notable grado que “rigidez” en el sistema para transmitir momentos flectores a las otras barras del nudo, tanto en el plano del pórtico como en el plano normal a éste, y su longitud es la necesaria para poder acoplar a la unión la variedad de perfiles utilizados en el mercado.

Para colocar la pieza en su lugar, se lleva cabo una sujeción al perfil base que lo “posiciona” en el lugar adecuado, mientras que la conexión de los demás perfiles se realiza mediante el empleo de unas placas de anclaje soldadas al perfil ó “placas de testa” que se conectan al nudo mediante alguno de los tipos de tornillos existentes en el mercado, pero la mayor eficacia se obtiene con los pre-tensados de alta resistencia..