1.0 Clasificación de Las Estructuras

CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS

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FACULTAD: INGENIERÍA CIVIL ESCUELA: INGENIERÍA CIVIL ASIGNATURA: ANÁLISIS ESTRUCTURAL I DOCENTE: OLAZA HENOSTROZA Carlos Hugo TEMA: CLASIFICACION DE LAS ESTRUCTURAS ALUMNO: DOLORE DOLORESS JAVIER JAVIER Tony CÓDIGO: 122.0904.361

2017

ANÁLISIS ESTRUCTURAL I

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CLASIFICACION DE LAS ESTRUCTURAS I.

CLASIFICAC CLASIFICACIÓN IÓN SEGÚN SU ORIGEN: ORIGEN: ESTRCTURAS NATURALES: Son aquellas que se han formado en forma natural natural sin intervención intervención del ser humano en este rango encontramos encontramos los caparazones caparazones de los moluscos, moluscos, la estructura estructura de los árboles, el esqueleto esqueleto de los animales, animales, etc. ESTRUCTURAS ARTIFICIALES: Son aquellas aquellas elaborada elaboradass por el hombre para satisfacer satisfacer una una necesidad, las podemos encontrar en los puentes, los edificios y en general en todas las las construccion construcciones es realizadas realizadas por por el ser humano. humano. Tienen formas diferentes, atendiendo a su función y su tipo de fuerza que actúen sobre ellas. A su vez, vez, las estru estruct cturas uras pueden pueden ser internas. internas. Y normalmente se les llama llama esque esquelet letos os o pueden pueden ser externas. externas. En este caso se llamarán si son naturales conchas, caracolas y caparazones, y si son artificiales carcasas. 1. Masiv Masivas as y adint adintel elad adas as:: Son macizas, pesadas y muy resistentes. Se emplean materiales que resisten a compresión, como bloques de piedra (Pirámides) (Pirámides) u hormigón hormigón como en presas y embalses. embalses. Formadas por superficies resistentes, pesadas y macizas. Sus elementos son muros, bóvedas y arcos. Es decir son aquellas aquellas en las que hay mucho material, material, que se caracterizan por ser macizas, estables y muy pesadas, y que soportan fundamentalmente esfuerzos de compresión, con lo que se suelen utilizar materiales como piedra, granito, mármol y hormigón. Ejemplos de ello, son las pirámides Mayas, las pirámides ANÁLISIS ESTRUCTURAL I

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egipcias, las pirámides aztecas, rampas, diques, etc.

2. Abovedadas: Son estructuras que tienen arcos y bóvedas los arcos permiten aumentar los huecos en la estructura. las bóvedas son arcos uno a continuación del otro, muy comunes en iglesias y catedrales.


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Las estructuras abovedadas están formadas por: Arcos: Es el elemento constructivo de directriz en forma curvada o poligonal, que salva el espacio abierto entre dos pilares o muros transmitiendo toda la carga que soporta a los apoyos, mediante una fuerza oblicua que se denomina empuje. Bóveda: Es un elemento constructivo superficial, generalmente elaborado en mampostería o fábrica, en el que sus piezas y componentes trabajan a compresión. Elementos de la bóveda Las bóvedas se componen de diversas partes, cuya denominación tradicionalmente es: Apoyos: son las partes de los muros o pilares sobre los que descansa la bóveda. Puntos de arranque: son los de los arcos que componen la bóveda. Dovelas: son las piezas elementales que componen la bóveda. Clave: es la dovela central que cierra la bóveda. Salmeres: son las dovelas en las líneas de arranque de la bóveda. Nervios: son los arcos de dovelas independientes de los témpanos en las aristas. Luneto: es la abertura practicada en la bóveda de otra bóveda que penetra en ella.


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Cúpula: Es un elemento arquitectónico que se utiliza para cubrir un espacio de planta circular, cuadrada, poligonal o elíptica, mediante arcos de perfil semicircular, parabólico u ovoidal, rotados respecto de un punto central de simetría.

Ejemplo de estas estructuras son: Las catedrales. Teatros, circos y acueductos romanos.


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Iglesias y catedrales. Entre algunos túneles y acueductos.


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3. Entramadas: Son las estructuras que se utilizan en nuestros edificios de hoy en día. están construidas por barras de hormigón armado (hormigón con varillas de acero en su inferior) o acero unidas ANÁLISIS ESTRUCTURAL I

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entre sí de madera rígida. Tienen forma de retícula. Sus elementos son pilares y vigas.

4. Trianguladas: Está formado por barras unidas entre sí en forma de triángulo ejemplo: una grupa de la construcción. Tienen forma de retícula. Sus elementos son pilares y vigas.


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5. Colgantes: Estas estructuras se emplean cables de los que cuelgan parte de la estructura estos cables se llaman tirantes o lectores y tienden a estirarse. Soportan el peso de la construcción con cables o barras.


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6. Neumáticas: Las estructuras neumáticas son membranas flexibles pretensadas a base de aire a presión, rigidizadas, en ocasiones, por cables que, frente a la acción de las cargas exteriores, desarrollan esfuerzos de tracción, por lo que constituyen una estructura muy ligera. Un ejemplo muy claro y aparente de estructura neumática en la naturaleza son las pompas de jabón. Suelen ser de forma esférica, tanto las que están flotando como las que están sobre un plano, ya que la membrana esférica representa la superficie mínima bajo la acción de la presión radial, debido no sólo a que las tensiones y la curvatura son constantes en cualquier punto sino a que la esfera es la superficie mínima para un cierto volumen dado. Pueden combinarse formando grupos y, en definitiva, formas más complejas. Del estudio de las mismas se puede llegar a describir el comportamiento de las estructuras neumáticas. 6.1. Tipos de estructuras Neumáticas: a. Estructura soportada por aire: Estructuras formadas por una única membrana tensada por una pequeña presión interna diferencial que puede ser positiva, adoptando entonces formas convexas, o negativa, con formas cóncavas. Pueden formar grandes cubiertas achatada s apoyando sobre estructuras rígidas o bien ser estructuras apoyadas directamente en el terreno. La membrana se anclará siempre a lo largo de su perímetro para evitar que se levante, ya que se trata de una estructura anti gravitatoria. Se debe ir reponiendo el aire perdido. Se disponen entonces dos equipos de ventiladores, como mínimo, de forma que uno actúe sólo en casos de emergencia, cuando la presión disminuya a niveles que pudieran comprometer la seguridad,


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por lo que cada uno debe ser capaz, por sí solo, de soportar y pretensar la membrana al nivel deseado.

b. Estructura soportada con aire a presión: Estructuras formadas por elementos tipo tubo sometidas a presión superior, que forman pilares, vigas, pórticos, etc. El volumen de aire del local permanece a la presión atmosférica. Combinación de ambos sistemas, o bien


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combinando sistemas neumáticos con algún tipo de estructura rígida de soporte. La presión necesaria debe ser mayor, ya que se utiliza para crear formas que soporten las cargas comportándose como si fueran elementos rígidos. Por ese motivo, los materiales que componen las membranas deben ser más resistentes, no sólo porque las presiones son altas sino porque, además, se mantienen durante bastante tiempo. Hay dos tipos de estructuras con aire a presión: Sistemas tubulares formados por elementos lineales inflados de fuerte curvatura en una dirección y que van conformando el espacio por traslaciones sucesivas del elemento (pilares, arcos, vigas,...) y sistemas de doble pared o colchón de aire que forman paredes, forjados o cubiertas. Las dos membranas se unen mediante hilos o diafragmas.


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7. Laminares: Las estructuras laminares (llamadas también cáscaras) son superficies delgadas curvas de pequeño espesor, comparado con las dimensiones globales de la estructura, que resisten, por su forma, las cargas de peso propio y las cargas exteriores mediante esfuerzos normales de compresión y/o tracción y tangenciales, uniformes en el espesor de la propia superficie. Su eficiencia se debe a su curvatura y al alabeo, por lo que puede mejorarse su comportamiento resistente con gran economía de sección, material y peso. Son las más eficientes desde el punto de vista estructural. 7.1. Tipos de estructuras Laminares: Se clasifican según su curvatura en diferentes tipos, tenemos: Simple Curvatura: ANÁLISIS ESTRUCTURAL I

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Cuando la curvatura en un punto dado es del mismo signo en todas las direcciones, excepto en una de ellas (recta generatriz) en que vale 0. Ejemplos: cilindros y conos. Doble Curvatura: 1. Sinclásticas: cuando la curvatura en un punto dado es del mismo signo en todas las direcciones. Ejemplos: cúpula (esfera), paraboloide elíptico, elipsoide, hiperboloide de dos hojas. 2. Anticlásticas: cuando la curvatura en un punto es positiva en algunas direcciones y negativa en otras. Ejemplos: paraboloide hiperbólico, conoide, hiperboloide de una hoja. Las superficies pueden generarse por rotación o traslación. En el primer caso la curva gira alrededor de un eje llamado de rotación, mientras que en el segundo se mueve paralelamente a sí misma. Son ejemplos de superficies de revolución la esfera, el elipsoide de revolución, el paraboloide, el hiperboloide o el cilindro. Son ejemplos de superficies de traslación el paraboloide elíptico, el paraboloide hiperbólico o el conoide.


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8. Geodésicas: Se derivan de las Estructuras de Generación Poliédrica, generadas mediante la subdivisión geométrica de un poliedro o porción de éste. El universo y posibilidades formales que se pueden obtener a partir de los poliedros y sus derivaciones y truncamientos son infinitos, como ejemplo resaltaremos que


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son 18 los sólidos clásicos, cinco regulares o de Platón y 13 semiregulares o de Arquímedes. Los sólidos clásicos se determinan por sólo una dimensión, es decir que conociendo la longitud de una de sus aristas se genera todo el poliedro. Los vértices de este poliedro tocan la superficie de una esfera imaginaria que lo circunscribe. Frecuencias: Al subdividir el triángulo del icosaedro estamos formando frecuencias, por ejemplo, tenemos un triángulo de altura 4, si levantamos los puntos medios de las aristas del triángulo, lo estamos dividiendo en 2, por lo tanto, lo llamamos frecuencia 2 y ahora cada triángulo nos va a quedar con altura 2. Ahora si la arista del triángulo la dividimos en 3 (ver esquema 2), ya no son los puntos medios sino la arista dividida en tres partes iguales y así sucesivamente. Entre más alta es la frecuencia, mas tipos de aristas y por lo tanto, triángulos existen; por ejemplo, la frecuencia 4 tiene 6 tipos de aristas. La frecuencia 1 corresponde al icosaedro mismo. Se le quita uno de los pentágonos que lo forman y se consigue un “plano”, donde la estructura se posa equitativamente. Debemos aclarar que hay frecuencias pares e impares. Las frecuencias pares, forman la semiesfera exacta, es decir, que el alto de la cúpula es el radio de la circunferencia completa. Las frecuencias impares, forman un poco más de una semiesfera, como podemos observar, en este caso la frecuencia 1, la forma se va angostando en su base.


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II.


CLASIFICACIÓN SEGÚN LA MOVILIDAD DE SUS ELEMENTOS: 1. Estructuras Rígidas: Son aquellas que no pierden su forma inicial cuando son sometidas a una carga inferior al límite designado en su diseño y cálculo. Es decir las estructuras rígidas, son aquellas que por sus dimensiones, materiales y constitución morfológica, cumplen su función sin cambiar de forma, al experimentar las acciones ya enumeradas. Ello implica que sus movimientos serán prácticamente de giro y desplazamiento del conjunto, sin que aparezcan deformaciones apreciables de flexión o acortamiento. Pertenecen a este grupo la mayoría de los tradicionalmente llamados muros. 2. Estructuras Flexibles: Son aquellas en que por sus dimensiones y morfología cumplen su función experimentando deformaciones apreciables de flexión. Pertenecen a este grupo las pantallas continuas de hormigón armado. También cabe añadir, a estas definiciones como luego se verá que en las estructuras rígidas los posibles cambios de forma (aunque no apreciables) no influyen en la magnitud o distribución de los empujes del terreno, sin embargo, en las flexibles los cambios de forma pueden influir claramente en la distribución y magnitud de dichos empujes. En estas estructuras flexibles, por lo general, se introduce el elemento artificial en el terreno, por debajo del nivel final de excavación, en una longitud tal que la reacción o empuje en el intradós sea importante y comparable cori 1 empuje del trasdós. Si la longitud es tal que asegura el equilibrio del conjunto con una adecuada seguridad la estructura puede


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quedar en voladizo. Pero si ello requiere gran longitud, se puede preferir por razones económicas el disponer uno o más niveles de apoyo (mediante anclajes o puntales) que proporcionen la reacción necesaria para soportar los empujes del trasdós. Ello conlleva, además, la ventaja de reducir los esfuerzos de flexión que se generan en la propia pantalla, limita sus propios movimientos, etc.

III.

CLASIFICACIÓN SEGÚN SU FORMA: 3. Estructuras Lineales: Son aquellas que tienen una dimensión mucho mayor que las otras dos.

4. Estructuras planas: Son aquellas que tienen una dimensión mucho menor que las otras dos. Es decir se está haciendo referencia a la superficie geométrica que no posee volumen (que es sólo bidimensional)


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5. Estructuras Espaciales: Son aquellas que tienen las tres dimensiones similares.


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IV.


CLASIFICACIÓN SEGÚN EL MATERIAL: 6. Estructura de madera: Son aquellas que poseen como elemento predominante parcial o en su totalidad a la madera; la cual asume la función estructural.


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7. Estructuras de Hormigón: Son todas aquellas estructuras realizadas con dicho material; el Hormigón es el producto resultante de la mezcla de un aglomerante; arena, grava o piedra Machacada (denominados áridos) y agua. Antiguamente se empleó en Asia y en Egipto. En Grecia existieron acueductos y depósitos de agua hechos con este material, cuyos vestigios aún se conservan. Los romanos lo emplearon en sus grandes obras públicas, como el puerto de Nápoles, y lo extendieron por todo su imperio. Antes del descubrimiento de los cementos se emplearon como aglomerantes la cal grasa, la cal hidráulica, y los Cementos Naturales. Desde mediados del S.XIX comenzó a utilizarse en obras marítimas, y a finales del mismo, asociado con el hierro en forma de hormigón armado, en puentes y depósitos, habiéndose extendido su empleo tanto en obras públicas como privadas. Es un material de bajo precio respecto al acero, de resistencia similar o mayor a la del ladrillo, que brinda la posibilidad de construir elementos de casi cualquier forma. También es buen aislante acústico y resistente al fuego. La consistencia o fluidez del hormigón dependerá del contenido de agua de la mezcla. La plasticidad dependerá del contenido de Áridos finos de diámetro.que tienen una dimensión mucho menor que las otras dos.


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8. Estructuras Metálicas: Son aquellas que en la mayor parte de sus elementos o partes que la forman son de metal (más del 80%), normalmente acero. A una estructura de este tipo se le denomina Estructura de Acero. El acero es una aleación (combinación o mezcla) de hierro (Fe) y carbono (C) siempre que el porcentaje de carbono sea inferior al 2%. Este porcentaje de carbono suele variar entre el 0,05% y el 2% como máximo. A veces se incorpora a la aleación otros materiales como el Cr (Cromo), el Ni (Níquel) o el Mn (Manganeso) con el fin de conseguir determinadas propiedades y se llaman aceros aleados. El acero tiene 3 grandes ventajas a la hora de construir estructuras: Soporta grandes esfuerzos o pesos sin romperse. Es flexible. Se puede doblar sin romperse hasta ciertas fuerzas. Un edificio de acero puede flexionar cuando se empuja a un lado por ejemplo, por el viento o un terremoto. Tiene Plasticidad. Incluso puede doblarse (plasticidad) sin romperse. Esta propiedad permite que los edificios de acero ANÁLISIS ESTRUCTURAL I

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se deformen, dando así a la advertencia a los habitantes para escapar. Una estructura de acero rara vez se derrumba. El acero en la mayoría de los casos se comporta mucho mejor en el terremoto que la mayoría de otros materiales debido a sus propiedades. Una desventaja es que pierden sus propiedades en altas temperaturas, lo que hace que no se comporten bien en los incendios.


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