Análisis Estructural de Elementos Arquitectónicos: Vigas, Losas y Sistemas de Apoyo, Apuntes de Estructuras y Materiales

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ESTRUCTURAS

DE FLEXION

ESTRUCTURAS DE FLEXIÓN

Son aquellas que frente a las cargas de servicio, los elementos que componen el sistema están solicitados a flexión simple, plana o compuesta. Se las puede considerar como SISTEMAS ESTRUCTURALES DE MASA ACTIVA. Son aquellos sistemas que actúan por continuidad de masa. Tienen por objeto solucionar el conflicto direccional entre la horizontal del desplazamiento humano y la vertical de gravedad terrestre, ocupando en lo posible la menor dimensión en planta y por consiguiente optimizando el espacio para su uso. El espacio de uso se encuentra solo interrumpido por los elementos verticales de apoyo (columnas, pilares etc.). MECANISMO SUSTENTANTE La continuidad de masa, es decir la cantidad de material en cada sección, permite la acción combinada de tracción y compresión (flexión simple), en unión con esfuerzos de corte en el interior de la sección. Esta cantidad de material en la sección transversal constituye su más grande inconveniente ya que origina una significativa carga de peso propio y obliga a realizar un exhaustivo análisis de cargas para poder determinar la posición optima de los apoyos, en función de la reducción al máximo de las dimensiones de los elementos estructurales. La acción de las cargas no coincide con el eje del elemento estructural, lo cual genera una curvatura, producida por la rotación relativa de las secciones paralelas infinitamente cercanas. Por acción de la carga y en función de la distancia entre la misma y los apoyos se genera un momento que expresa la carga total que deberá absorber dicho apoyo. Para equilibrar el Momento Flector, se produce un Par Interno, formado por las fuerzas de compresión y tracción, multiplicado por el brazo de palanca (distancia entre las fibras consideradas actuando a la compresión y la tracción). En función de la altura de la pieza (distancia de las fibras sometidas a tracción y a compresión) crece el momento de Inercia de la sección (al que entendemos como la oposición ejercida por la forma de la pieza a deformarse), es decir aumenta su resistencia.

ELEMENTOS SOLICITADOS A FLEXIÓN

ELEMENTOS LINEALES - VIGAS

Denominamos así al elemento estructural lineal que, apoyado generalmente en dos puntos, trabaja principalmente a flexión. En las vigas, la longitud predomina sobre las otras dos dimensiones y suele ser horizontal y normalmente su sección es rectangular En general las cargas son perpendiculares a su eje longitudinal, por lo tanto la solicitación que las afecta es la flexión y corte Estos elementos también pueden condicionar el proyecto por sus dimensiones o su ubicación. Al ser su función soportar losas de entrepiso y paredes, de ellas dependerá su longitud, y en relación a esta se determina su altura Normalmente, al diseñar se hace coincidir las vigas con los

El Par interno es el encargado de equilibrar el efecto del Momento Flector originado por las fuerzas exteriores y las reacciones de vínculo. LOSAS Son elementos superficiales horizontales solicitados a flexión.- Se pueden materializar con hormigón armado o por medio de elementos prefabricados que unidos sean trabajen en forma solidaria. Losas armadas en una dirección Apoyo Según la disposición de la armadura principal las losas se clasifican en losas armadas en una dirección cuando ly el cociente entre la luz mayor y la menor sea mayor de 2 se arma en la dirección de luz menor. Apoyo lx Se calcula para una faja de 1 m de ancho y se predimensiona en función de la luz Este tipo de losa cuenta con otra armadura llamada de repartición o secundaria, dispuesta ortogonalmente a la principal, cuya función es fijar las barras de ésta en ubicación y posición, y proporcionar cohesión Losas armadas en dos direcciones Apoyo Cuando el cociente entre los dos lados es menor de 2, la losa se arma en ambos sentidos. Debe tener apoyo en los cuatro bordes ya que se ly arma en las dos direcciones, es decir tiene armadura cruzada. lx La losa trabaja en mejores condiciones por una mejor distribución de esfuerzos, por lo que la deformación será menor y podrá entonces tener menos espesor, pero requiere más armadura

Armadura de repartición Armadura principal lx.  2 ly A la altura h debe sumarse el recubrimiento para determinar Armadura de repartición el espesor total de la losa “d” Armadura principal H = l. 35

Losa nervurada Puede ser considera similar a la losa maciza armada en una sola dirección, y se la utiliza para cubrir luces más grandes. La altura “h” se predimensiona del mismo modo, es decir : lo que resulta un aumento considerable del peso propio. l d h

.... a  70cm Los espacios entre nervios pueden quedar huecos o con encofrado perdido (ladrillos cerámicos, telgopor, etc.), que sirven además de aislante térmico. Losas premoldeadas de viguetas y bloques Es un sistema muy utilizado en nuestro medio, ya que agiliza la construcción simplificando la tarea de montaje y armado. Constituida por viguetas pretensadas (hormigón precomprimido) y bloques cerámicos huecos, permiten la construcción de entrepisos con menor peso, simplicidad y comodidad. La zona de compresión se completa en obra, mediante el llenado de intersticios y recubrimiento de 5cm desde la cara superior del bloque Losas o placas con sistema”steel-deck” Frecuentemente utilizado a nivel mundial, está constituido por un “tablero metálico” aproximadamente 1mm de espesor, acanalado que es a la vez armadura y encofrado de la losa de hormigón armado CASETONADO Son losas nervuradas cruzadas por lo cual son válidas las consideraciones hechas para las losas cruzadas macizas y las losas nervuradas Considerando que en el hormigón armado, por debajo Del eje neutro, quien toma los esfuerzos de tracción es la armadura, es posible agrupar las barras de acero en nervios, retirando o reemplazando el hormigón por otro material más liviano. De este modo se da solución a ambos problemas. Podemos cubrir luces de 6m o 7m sin que el peso propio Sufra un incremento importante h = l. 35

Losa de refuerzo Columna con capitel Refuerzo incluido en la losa TABIQUES Son elementos estructurales en los que predomina su superficie en relación a su espesor y frente a cargas horizontales (viento o carga sísmica) se comportan como ménsulas empotradas en la base. Se construyen en hormigón armado y se utilizan en edificios en altura. Como toma también cargas gravitacionales (verticales) , es decir su peso propio y la carga de los elementos

que apoyan sobre él, esta solicitado a FLEXO COMPRESION.

PÓRTICOS

Son estructuras formadas por barras horizontales y verticales unidas rígidamente en los nudos Viga o travesaño En el pórtico frente a la deformación producida por cualquier tipo de cargas el nudo gira pero columna o manteniendo la posición relativa de sus ejes. Pie de pórtico 90º Los momentos se transmiten del travesaño a los pies del pórtico, es decir actúan en forma solidaria, esto permite salvar luces importantes y resistir grandes esfuerzos. Pueden materializarse principalmente en hormigón armado, o en acero. Deformación frente a cargas verticales (^) Deformación frente a cargas horizontales

Simples PLANOS Múltiples PÓRTICOS ESPACIALES Pórticos simples Pórticos múltiples en edificios en altura Century Tower – Tokio N N N F F