FAU – UNLP
TALLER DE ESTRUCTURAS VILLAR-FAREZ-LOZADA
NIVEL IV – AÑO 2012
DISEÑO ESTRUCTURAL, TIPOLOGIAS
bibliografía:
sistemas estructurales
Heinrich Engel
DISEÑO ESTRUCTURAL. TIPOLOGÍAS
A través del diseño estructural las acciones gravitatorias, las fuerzas exteriores, y las
tensiones internas, son sometidas a control y canalizadas por caminos preestablecido. La
intención es introducirlas en un sistema de acciones y reacciones interdependientes que
establezcan un equilibrio dentro de cada componente individual, así como en el sistema
estructural, considerado en su totalidad.
El diseño estructural impide a estas fuerzas reunirse en una concentración destructiva, y
las mantiene controladas, para finalmente reducir los esfuerzos y conducirlos a tierra
donde ya no existe el conflicto de direcciones por no haber espacio para el movimiento.
La esencia del diseño estructural consiste en el desarrollo de un sistema de forma material
que desvía las fuerzas hacia determinadas direcciones y las lleva al suelo con la máxima
eficiencia, estética y material y con una mínima obstrucción del espacio.
Para ello el arquitecto deberá tener presente en el momento de proyectar, los mecanismos
aptos para cambiar la dirección de las fuerzas actuantes, así como las propiedades físicas
de los materiales que conforman el sistema arquitectónico-estructural.
Es común que una misma estructura comparta distintas tipologías básicas y su estabilidad
se logre mediante la conjunción de todas ellas. Sin embargo se podrá distinguir una
predominante.
De acuerdo a la estrategia utilizada en función de los requerimientos arquitectónicos, de
las características de los materiales , elementos y componentes disponibles, podemos
clasificar las estructuras de la siguiente forma:
1.- Sistemas de forma activa: Estructuras que actúan principalmente mediante su forma,
en el plano o en el espacio. Predomina el estado de tracción o compresión simple.
A.- Sistemas de vector activo: Estructuras que actúan principalmente mediante la
colaboración de los elementos. Componentes en compresión o tracción, según el estado
de carga.
B.- Sistemas de superficie activa: Estructuras que actúan principalmente mediante su
continuidad superficial o sistemas estructurales en estado de tensión, membrana.
2.- Sistemas de masa activa: Estructuras que actúan principalmente debido a la masa y
continuidad de la material o sistemas estructurales en estado de flexión
3.- Sistema estructural vertical: Estructuras que actúan principalmente mediante
transmisión vertical de las cargas.
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Sistemas de forma activa, son prototipos de estos sistemas:
a) El cable o cadena colgante vertical (tensor). Sometido a esfuerzo de tracción.
b) La columna o Puntal vertical. Sometido a esfuerzo de compresión
Ambos trasmiten las cargas de un punto a otro mediante simples tensiones
normales.
Como variante el cable suspendido de dos puntos horizontalmente distantes, forma
el correspondiente arco funicular. (en caso de peso propio será una catenaria, en
caso de carga horizontalmente distribuida una parábola cuadrática o de cargas
aisladas un polígono funicular).
Como variante de la columna o puntal tenemos el arco comprimido formando el
antifunicular de la carga.
Estos sistemas desarrollan esfuerzos horizontales en sus extremos (empujes) por lo
que requieren mecanismos adicionales para tomarlos. (muertos de anclaje para los
cables o tensores horizontales para los arcos).
Adicionando estructuras de forma activa puede generarse estructuras superficiales,
debiéndose mantener la condición de estado simple de tensiones que caracteriza a
estos sistemas.
El mecanismo resistente de los sistemas de forma activa, descansa esencialmente
en que la forma material coincide en el caso ideal con el flujo de los esfuerzos.
Estos sistemas son por lo tanto, el camino natural de las fuerzas expresado en
materia.
Sistemas estructurales de vector activo: Constituidos por elementos lineales, los
cuales debido a su reducida sección en relación con su longitud, solo pueden
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transmitir esfuerzos axiles a los nudos de conexión. Estas piezas llamadas barras,
pueden estar sometidas a tracción o compresión.
Las barras ensambladas triangularmente, ya sea en el plano (triángulo) o en el
espacio (pirámide) forman una composición más estable y completa en sí misma,
que va transmitiendo los esfuerzos hasta alcanzar los extremos o apoyos, los que
pueden distar una magnitud considerable sin soportes intermedios.
Nudos: elementos que articulan la conexión de distintas barras, ya sea en el plano o
en el espacio.
Como ejemplo de estructuras de vector activo en el plano son: las cabriadas, las
cerchas o las vigas reticuladas. En el espacio son: las grilla de doble napa de planta
cuadrada, triangular o hexagonal, entrecruzamiento ortogonal de vigas reticuladas o
sustitución de superficies activas por triangulación de barras.
Sistema estructural de superficie activa: La resistencia de estas estructuras se
genera mediante la forma y la continuidad de la misma. Alternando la inclinación de
la superficie respecto a las cargas actuantes ( láminas plegadas ), o curvándolas en
una o dos direcciones. Simple curvatura ( lámina cilíndrica, lámina cónica), doble
curvatura positiva ( cúpula, paraboloide elíptico ) o negativa ( paraboloide
hiperbólico, paraboloide de doble hoja).
En las láminas plegadas, las superficies comparten esfuerzos de flexión en sentido
transversal y longitudinal, así como esfuerzos tangenciales en los pliegues o aristas.
En cambio en las láminas curvadas, los esfuerzos están contenidos en el plano
medio de la lámina, pudiendo ser de compresión, de tracción o tangenciales.
En aquellos casos donde el esfuerzo de tracción sea excluyente, el espesor se
reducirá a un mínimo haciéndose despreciable, dando lugar a las membranas.
Sistema estructural de masa activa: Está compuesto por elementos que si bien
predomina una dimensión como la longitud (vigas), o la longitud y la anchura (losas),
es de suma importancia la altura o espesor del elemento. Esto permite tomar cargas
perpendiculares a su eje o plano, resistiendo mediante un sistema de esfuerzos
internos, la flexión, transmitiendo las cargas a los extremos o apoyos.
Son ejemplo de sistema de masa activa : Vigas, losas, emparrillados, pórticos. etc.
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Sistema estructural vertical: Tiene la finalidad de canalizar las cargas de las
distintas plantas en los edificios en altura. Carece de un mecanismo de trabajo
excluyente, siendo la combinación de los sistemas anteriores.
Las cargas actuantes son:
a) Verticales: Peso propio y sobrecarga.
b) Horizontales: Viento, sismo, acción dinámica (garajes)
c) Secundarios: asentamientos diferenciales de las fundaciones, variación
dimensional por.
temperatura, retracción plástica.
En su funcionamiento resistente varían en importancia, la compresión, la flexión, en
algunos casos la tracción y la rigidez nodal con elementos horizontales.
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