UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERA ESCUELA DE CIVIL AREA DE ESTRUCTURAS TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL 1 ING. GALINDO
GRUPO 1: ESTRUCTURAS TRIANGULARES Y SU APLICACIÓN
INTEGRANTES Héctor Giovanni Enamorado Minera Williams René Sacalxot Chojolán María Victoria Coyote Hernández Lilian Alexandra Palacios Chin Rodolfo Estuardo Miranda Argueta Heidi hannah Beatrix Orozco Ramírez
CARNET 200416179 201231225 201314129 201314512 201314516 201314781
5 DE SEPTIEMBRE DE 2017
INDICE INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 3 OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 4 GENERAL .......................................................................................................................................... 4 ESPECIFICOS ................................................................................................................................... 4 MARCO TEÓRICO ................................................................................................................................ 5 Estructuras Triangulares .................................................................................................................... 5 Características.................................................................................................................................... 5 Mecanismo ......................................................................................................................................... 6 Estructuras Bidimensionales y Tridimensionales .............................................................................. 7 Comportamiento Estructural .............................................................................................................. 8 Ventajas y Desventajas ...................................................................................................................... 8 APLICACIONES ..................................................................................................................................... 9 En el mundo ....................................................................................................................................... 9 En Guatemala ................................................................................................................................... 12 CONCLUSIONES ................................................................................................................................ 16 REFERENCIAS .................................................................................................................................... 17
INTRODUCCIÓN La tipología estructural es la ciencia que estudia los diversos tipos estructurales en relación con los diferentes materiales a emplearse. Los tipos estructurales a su vez representan las soluciones definidas para resolver los diferentes problemas estructurales dentro de un sistema de trabajo estructural determinado. Se pueden clasificar diferentes sistemas estructurales. Uno de los grandes avances de la ciencia estructural fue la tecnificación de los sistemas triangulados, con los cuales se obtiene ventajas difícilmente logrables con otros sistemas de manera económica. Estos sistemas son aptos para cubrir grandes áreas, con claros grandes sin el uso de apoyos intermedios y con el peso relativamente bajo si se compara con el área cubierta. Sus posibilidades de expresión formal son ilimitadas dadas sus características particulares, pudiendo adaptarse incluso a tipos estructurales propios de otros sistemas. Su edificación se basa en el entramado de barras con determinados requisitos, armadas en el plano ó en el espacio a través de ensambles que conforman nudos de barras triangulados. Sus mayores ventajas son la rigidez y la poca deformación de sus elementos componentes, así como el escaso peso de la estructura en conjunto, constituyendo soluciones sumamente livianas, para luces grandes.
OBJETIVOS
GENERAL Conocer el comportamiento de las estructuras triangulares.
ESPECIFICOS
1. 2. 3. 4.
Conocer las características principales de las estructuras triangulares. Conocer las estructuras triangulares utilizadas generalmente en el medio. Conocer las ventajas de utilizar estructuras triangulares. Conocer las desventajas de utilizar estructuras triangulares.
MARCO TEÓRICO Estructuras Triangulares El triángulo es el único polígono que no se deforma cuando actúa sobre él una fuerza. Al aplicar una fuerza de compresión sobre uno cualquiera de los vértices de un triángulo formado por tres vigas, automáticamente las dos vigas que parten de dicho vértice quedan sometidas a dicha fuerza de compresión, mientras que la tercera quedará sometida a un esfuerzo de tracción.
Cualquier otra forma geométrica que adopten los elementos de una estructura no será rígida o estable hasta que no se triangule. A base de triangulación se han conseguido vigas de una gran longitud y resistencia, que se llaman vigas reticuladas o arriostradas y que se emplean profusamente en la construcción de grandes edificaciones que necesitan amplias zonas voladas y sin pilares, así como en la de puentes de una gran luz. Las vigas de este tipo tienen una mayor resistencia que las vigas macizas. En las casetas de feria se pueden observar, durante los procesos de montaje y desmontaje, los triángulos que soportan el peso de la lona que las cubre. Estos triángulos se denominan cerchas. También es comprensible ya porque se utilizan tirantes o travesaños en la diagonal de puertas de jardín o cancelas. Las grúas tan frecuentes en las proximidades de las grandes ciudades son estructuras desmontables reforzadas con multitud de triángulos. Estructuras trianguladas Este sistema estructural tiene como una de sus principales características la descomposición de fuerzas en tensión pura o compresión pura. Otro aspecto importante es son sistemas estructurales muy rígidos. Sin embargo, cuanto está a compresión y son muy esbeltas sufren pandeo. Entendemos la importancia de comprender el funcionamiento de diversas estructuras que nos rodean. Las estructuras Triangulares son estructuras que se han introducido en nuestras vidas, tales como puentes de acero, edificios como la Torre Eiffel, torretas de distribución de energía eléctrica, etc.
Características Se logran cubrir grandes claros sin el uso de apoyos intermedios Sus posibilidades de expresión formal son ilimitadas Hay pocas deformaciones debido a su rigidez Tienen escaso peso • • • •
Mecanismo 1. Descomposición de piezas externas 2. Las fueras externas se transmiten axialmente a través de las barras. 3. Las barras tienen que ser de escasa sección, escasa longitud, rectas y deben de formar triángulos ➢ Escasa sección: permite la relación de esbeltez ➢ Escasa longitud: Al ser corta el peso seria menos ➢ Triangulación: Propicia la posición adecuada para la descomposición de fuerzas aplicadas. 4. Es importa saber el ángulo que las barras forman estén comprendidos entre los 60° y 45°. ➢ Ángulos menores: Sobrecargan las barras porque deberán tener mayores secciones resistentes. ➢ Ángulos mayores: Poco trabajo de las barras resultando ser sobre diseñadas y desaprovechadas las secciones resistentes. 5. Las barras más cercanas a las reacciones o apoyos conducen mayores componentes que las barras que están alejadas de ellos 6. Sería ideal que la sección de estas barras sea mayor cuando está cerca del apoyo, sin embargo, por la facilidad constructiva se forma en cuenta la sección más gruesa, la que va a resistir más, para el diseño de todas las barras y así unificar la sección con el material que se va a utilizar 7. Al uniformar el grosor de las secciones facilita el ensamble en los nudos.
Los principales tipos de estructuras son: • • •
La armadura o tijera peraltada La armadura de peralte constante Marco triangulado
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El arco Retícula especial
Estructuras Bidimensionales y Tridimensionales Barras : pieza o elemento rígido, prismática o cilíndrica, lineales y rectos, esbeltos, de sección mínima comparada con sus otras dimensiones capaces de conducir esfuerzos axiales de tracción o compresión a lo largo de su eje baricentro. Las barras pueden estar formadas por tubos redondos o cuadrados ángulos, barras o planchuelas. Nudos : Son los puntos de concurrencia de las barras. Un nudo puede estar
compuesto por uno, dos o tres elementos que tienen como finalidad unir firmemente las barras concurrentes. En caso de unir los extremos de las barras con soldadura, es esta misma soldadura uniendo y fundiendo las barras la que actúa de nudo. Retícula: tejido con forma de red, conjunto de dos o más cordones o hilos
cruzados o paralelos. Estéreo : solido
Comportamiento Estructural Una estereoestructura puede comportarse como una losa, tabique, viga o columna.
Comportamiento de la estereoestructura como losa: •
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La maya externa superior está sometida a compresión y maya externa interior está sometida a tracción tomando ambas los esfuerzos axiales. La maya conectiva o intermedia toma los esfuerzos de resbalamiento.
Ventajas y Desventajas VENTAJA DESVENTAJA RIGIDEZ, ESTABILIDAD, No es económico, el montaje y la RESISTENCIA, BAJO PESO, POCA edificación compleja, ni cubre claros DEFORMACIÓN. pequeños.
APLICACIONES En el mundo Grúa de carga existente en el museo marítimo de Bilbao •
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Torre Eiffel en Paris, Francia
El ingeniero civil francés Alexandre Gustave Eiffel la proyectó para la Exposición Universal de París de 1889. El edificio, sin su moderna antena de telecomunicaciones, mide unos 300 m de altura. La base consiste en cuatro enormes arcos que descansan sobre cuatro pilares situados en los vértices de un rectángulo. A medida que la torre se eleva, los pilares se giran hacia el interior, hasta unirse en un solo elemento articulado. Cuenta con escaleras y ascensores (elevadores), y en su recorrido se alzan tres plataformas a distintos niveles, cada una con un mirador, y la primera, además, con un restaurante. Para su construcción se emplearon unas 6.300 toneladas de hierro. Cerca del extremo de la torre se sitúan una estación meteorológica, una estación de radio, una antena de transmisión para la televisión y unas habitaciones en las que vivió el propio Eiffel.
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También podemos ver estructuras triangulares en una gran construcción del Monte Tossal: la cubierta del Pabellón de Tecnificación, obra del arquitecto Enric Miralles.
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El triángulo y los poliedros con caras triangulares se utilizan en las construcciones para aumentar su rigidez y soportar grandes pesos, como ocurre con la estructura de pirámides que sustenta el puente Rojo de la Gran Vía sobre las vías del tren.
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Puente japonés de Akashi Kaikyo.
Los ingenieros japoneses, conocedores de las terribles condiciones climáticas, colocaron el tablero del puente sobre una armadura de soporte formada por una compleja red de apoyos triangulares por debajo de la calzada. La red abierta de triángulos otorga rigidez al puente y a la vez permiten que el viento pase a través de la estructura.
En Guatemala ● Joist para vigueta:
Se usa principalmente como armadura o nervio de acero en viguetas para losas prefabricadas tipo “vigueta y bovedilla”, está fabricado con cordones o varillas de alta
resistencia de diámetro variable hasta 12 mm, de acuerdo con la capacidad de carga que desee obtener. Compuesto por un cordón superior, dos inferiores y dos diagonales, se diferencia por ser un sistema de alma abierta, en el cual se ha sustituido el material del alma por las diagonales que aportan el refuerzo necesario y exacto al elemento.
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Cerchas en naves industriales:
Son usadas como vigas especiales de grandes dimensiones, y divididas en celdillas triangulares, que sostienen el tejado, constituidos por dos pares, un tirante y otras piezas accesorias, que dispuestas paralelamente sobre los muros y mantenidas por las correas, constituyen la estructura de una cubierta. Suelen estar sometidas a esfuerzos de flexión.
● Joist usados en entrepisos:
Son viguetas estructurales secundarias de alma abierta en acero laminado, diseñadas como elementos simplemente apoyados que reemplazan las viguetas convencionales en concreto y logrando trabajar en seccion compuesta con la losa de concreto. Ideadas para soportar cargas directas de entrepisos.
● Torres de transmisión eléctrica:
es una estructura de gran altura, normalmente construida en celosía de acero, cuya función principal es servir de soporte de los conductores eléctricos aéreos de las líneas de transmisión de energía eléctrica. Pueden tener gran variedad de formas y tamaños en función del uso y del voltaje de la energía transportada. Los rangos normales de altura oscilan desde los 15 m hasta los 55 m, aunque a veces se pueden llegar a sobrepasar los 300 m.1 Además del acero pueden usarse otros materiales como son el hormigón y la madera.
● Pasarelas peatonales:
Realizadas con armaduras triangulares de acero que soporta la tracción provocada por las cargas de servicio en combinación con la losa de concreto.
CONCLUSIONES 1. Debido a que el triángulo es el único polígono que no se deforma cuando actúa sobre él una fuerza. Al aplicar la misma automáticamente las dos vigas que parten de dicho vértice quedan sometidas a dicha fuerza de compresión, mientras que la tercera quedará sometida a un esfuerzo de tracción. 2. El sistema estructural triangular tiene como una de sus principales características la descomposición de fuerzas en tensión pura o compresión pura. Son muy rígidos. Sin embargo, cuanto está a compresión y son muy esbeltas sufren pandeo. 3. Las estructuras Triangulares las estructuras que se han introducido, son como puentes de acero, edificios como la Torre Eiffel, torretas de distribución de energía eléctrica. 4. Las principales ventajas de usar estas estructuras son: Rigidez, Estabilidad, resistencia, bajo peso, poca deformación. 5. Las desventajas de las estructuras triangulares son: no es económico, el montaje y la edificación compleja, ni cubre claros pequeños
REFERENCIAS 1. Tesis: Análisis estructural por el método de elementos finitos asistido por computadora. Salcedo Malaver, Christian Gonzalo. Marzo 2014. 2. Tesis: Guía teórica y practica del curso tipología estructural. Rosales Chiquin, Rodolfo Ernesto. Octubre 2004. 3. Primera Practica de Tecnología 3° ESO, Estructuras Trianguladas. Colegio Espíritu santo, Baena Córdoba. 2013. 4. Estructuras triangulares Consultado en línea en la página web https://prezi.com/7wh1-rjtp_hs/estructuras-triangulares/ el día 31 de Agosto del 2017. 5. Puente de Akashi Kaikyo consultado en línea en la página web https://es.wikiarquitectura.com/edificio/puente-de-akashi-kaikyo/ el día 31 de Agosto del 2017. 6. Estructuras Triangulaes. Consultado en línea en la página web https://es.scribd.com/doc/49006050/ESTRUCTURA-triangular-y-menbranas el día 31 de agosto del 2017. 7. Joist en Guatemala. Consuldado en linea en la pagina web http://www.multigroup.com.gt/?PAGE=17&PRODUCT=23 el día 03 de Septiembre del 2017. 8. Joist en entrepiso. Consulatdo en linea en la pagina web http://espacioleve.com/entrepisos-con-viguetas-metalicas-steel-joist/ el día 03 de Septiembre del 2017. 9. Joist en entrepiso. Consulatdo en linea en la pagina web Joist en entrepiso. Consulatdo en linea en la pagina web http://espacioleve.com/entrepisos-conviguetas-metalicas-steel-joist/ el día 03 de Septiembre del 2017./ el día 03 de Septiembre del 2017
