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Tema 11:Vigas, pilares y prticos
1. Vigas. El trabajo a flexin: canto y rigidez.
2. Pilares. El trabajo a compresin y el Pandeo.
3. Uniones de elementos estructurales lineales: nudos.
4. El prtico como sistema.
5. Procedimientos constructivos in-situ y prefabricados.
6. Elementos entramados: cerchas y celosas.
7. Estructuras espaciales.
CONSTRUCCINCurso 2010-2011. Escuela Tcnica Superior de Arquitectura.
Profesor Gonzalo Barluenga Badiola
Objetivos docentes del Tema 11:
Conocer e identificar los elementos
constitutivos de las estructuras reticuladas:vigas, pilares y prticos.
Identificar y analizar el proceso constructivo,
soluciones de unin y el comportamiento de
estructuras porticadas.
Conocer los tipos de elementos estructuralesentramados y las estructuras espaciales
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Estructuras Reticuladas
Son sistemas estructurales en los que predominan loselementos lineales (vigas, arcos y pilares).
Los elementos se organizan de acuerdo con una redplana (planos) o malla tridimensional (espaciales).
Pueden organizarse en dos direcciones perpendiculares(vigas y pilares) o en varias direcciones (cerchas yestructuras trianguladas).
Se distinguen:
elementos de soporte, que trabajan principalmente acompresin,
elementos horizontales o inclinados que trabajan aflexin
otros elementos lineales, dispuestos en cualquier direccin, quetrabajan a compresin o traccin
Estructuras Reticuladas
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Canto y rigidez de vigas
Las dimensiones de la seccin de la viga (anchura y
canto) se proporcionan a las cargas que debe trasladar y
a la distancia entre apoyos (luz).
El canto (altura mecnica) de la viga condiciona el
estado tensional y la deformacin en el centro de vano
(el canto influye al cuadrado en la capacidad mecnica).
Para optimizar el material de la viga, se tiende a
secciones de mayor canto con el material concentrado en
los cordones (alas) y un alma de espesor reducido (quetrabaja a cortante).
Hay que limitar la esbeltezde la seccin (alma).
Los esfuerzos no previstos (torsin) pueden producir
deformaciones locales.
Canto y rigidez
Secciones de viga de acero
Secciones de viga de hormign Viga mixta acero/hormign
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Canto y rigidez
Torsin en viga de borde Pandeo lateral por cortante
El trabajo a Compresin: Pilares
Los pilares son elementos estructurales lineales que
trabajanprincipalmente a compresin.
Recogen las cargas de las vigas o losas y las transfieren a
la cimentacin.
La excentricidad de las cargas (desplazadas respecto al eje
mecnico) y el tipo de unin (empotramientos) producen
esfuerzos de flexin (y de cortante).
Pueden ser de seccin cuadrada (flexin en dos
direcciones) o apantallados (una direccinpredominante).
Pueden tener seccin llena, alas y alma o hueca (tubular).
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El trabajo a Compresin:
Pilares
El pandeo de los pilares
Es la deformacin debida a la inestabilidad lateral de los
elementos comprimidos.
Depende de:
nivel y tipo de carga,
la unin del pilaren sus extremos (posibilidad de giro)
la esbeltez geomtrica (relacin canto/altura de pandeo).
Altura de pandeo: longitud mecnica terica del pilar.
Depende del tipo de unin en base y en cabeza
Se puede produciren todas las direcciones del planohorizontal.
Se incrementa con las solicitaciones de flexin
(excentricidad de carga, empujes laterales, viento).
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Rigidez mecnica y
esbeltez (pandeo)
Nudos de estructuras reticuladas
La transferencia de carga de las vigas a los pilares
se realiza en el nudo (encuentro entre ambos).
Requiere de un desarrollo espacialque permita el
paso de la carga (una parte del pilar y de la viga). El comportamiento de las vigas depende del grado
de empotramiento en el nudo, y ste del tipo de
unin con los pilares (apoyo, articulado o rgido).
En las estructuras de viga/pilar no empotrado, las
vigas trabajan slo en momentos positivos y los
pilares principalmente a compresin.
En las de nudos rgidos (prticos) pilares y vigas
trabajan conjuntamente (giro de los nudos).
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Nudos
El prtico como un sistema
Los prticos son estructuras entramadas planas que
combinan elementos verticales (pilares) y horizontales
(vigas) unidos mediante nudos rgidos.
La unin rgida produce la flexin conjunta de amboselementos frente a cargas gravitatorias y horizontales,
incrementando la rigidez y reduciendo la deformacin.
Los materiales ms habituales son acero y hormign.
La combinacin de varios prticos en planos
perpendiculares constituye un sistema entramado espacial(aumenta el monolitismo del conjunto y posibilita
soluciones modulares)
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El prtico como un sistema
El prtico como un sistema
Estructura porticada de madera Estructura porticada de acero
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El prtico como un sistema
Procedimientos constructivos
Las tcnicas constructivas empleadas en las
estructuras dependen en gran medida del material
empleado y de los medios auxiliares disponibles.
En las estructuras de madera y de acero, las piezas
viene preparadas de taller y en obra se realizan las
uniones secas (atornilladas, soldadas o adhesivas)
Las estructuras de hormignpueden ejecutarse in-
situ (elementos y uniones se realizan a la vez) o
estarprefabricadas (las piezas llegan acabadas aobra y se unen una vez posicionadas)
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Procedimientos constructivos (madera)
Procedimientos constructivos (acero)
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Construccin in situ de prticos de hormign
Se realizapor niveles, disponiendo plantas de pilares y,
una vez endurecidos, vigas, nudos (rgidos) y forjados.
Las vigas tienen continuidad de hormigonado.
Los pilares obtienen la continuidad porsolape de las
armaduras.
Procedimiento de ejecucin:
Construccin/montaje del encofrado (molde)
Colocacin de armaduras (ferralla) Vertido/bombeado y compactado del hormign
Curado (proteccin e hidratacin durante varios das)
Descimbrado (tras alguna semana)
Construccin in situ de prticos
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Estructuras porticadas prefabricadas
Constituidas por elementos prefabricados (vigas,
pilares o marcos).
Las uniones se realizan in-situ y pueden ser:
Uniones secas: por sistemas de atornillado, soldado o
uniones adhesivas (Se pueden poner en carga tras su
ejecucin o al poco tiempo).
Uniones hmedas: por hormigonado o inyeccin de
pastas o morteros (grouts). (Hay que esperar hasta que
el material frage antes de la puesta en carga).
Para evitar problemas de falta de empotramiento,
las uniones se suelen constituir en puntos de poca
exigencia mecnica (momentos flectores nulos).
Estructuras
prefabricadas
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Elementos entramados: Cerchas y celosas
Estn compuestos por elementos lineales que trabajan
a compresin o a traccin (cargas en nudos).
Permiten cubrir grandes luces evitando esfuerzos deflexin en las barras (con grandes flechas).
Los nudos son articulados, para evitar flexiones
Pueden ser planos (barras coplanares):
Cercha: Entramado triangulado con silueta a dos o ms
aguas. Se utiliza para cubrir grandes luces y conformar los
faldones de cubierta.
Viga de celosa: Entramado triangulado con cordones
inferior y superior paralelos (horizontales) unidos a
intervalos por elementos verticales (montantes) o
inclinados (diagonales o tornapuntas).
Elementos entramados: Cerchas y celosas
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Cerchas y celosas
Cerchas y
celosas
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Estructuras Espaciales
Son soluciones entramadas trianguladas que
combinan barras en diferentes planos, creando
una estructura espacial.
Se consiguen descomponiendo superficies en
elementos lineales unidos mediante articulaciones.
Para evitar flexiones en las barras, los nudos se
trazan con exactitud geomtrica.
Segn la geometra de la estructura, se distinguen: forman varios planos (pabelln, flecha, chapitel)
Forman una superficie (plana o curva). Hay que
considerara el espesor asociado a la superficie.
Estructuras Espaciales
Biosphere, Buckminster Fuller
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Estructuras Espaciales
Tema 11:Vigas, pilares y prticos
1. Vigas. El trabajo a flexin: canto y esbeltez.
2. Pilares. El trabajo a compresin y el Pandeo.
3. Uniones de elementos estructurales lineales: nudos.
4. El prtico como sistema.
5. Procedimientos constructivos in-situ y prefabricados.
6. Elementos entramados: cerchas y celosas.
7. Estructuras espaciales.
CONSTRUCCINCurso 2010-2011. Escuela Tcnica Superior de Arquitectura.
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Bibliografa de consulta recomendada
TORROJA, E. Razn y ser de los tiposestructurales. Editorial IccET. Madrid.
(Captulos VI, IX y X)
MONJO (y otros). Tratado de construccin.
Sistemas constructivos. Munilla-Lera. Madrid,
2000 (Captulo 7).