MARCOS RÍGIDOS Cuando los elementos de un marco lineal están sujetos rígidamente, es decir, cuando las juntas son capaces de transferir flexión fl exión entre los miembros, es sistema asume un carácter particular. Si todas las juntas son rígidas, es imposible cargar algunos de los miembros transversalmente sin provocar l a flexión de los demás MARCOS RIJIDOS DE ACERO
INTRODUCCION El empleo de este sistema se debió al desarrollo de nuevos materiales y sistemas de construcción (concreto armado, acero soldado) y a nuevos métodos de análisis y dimensionamiento. El sistema convencional Losa_Trabe_Columna Losa_Trabe_Columna (Marco Rígido) ha sufrido variaciones, ejemplo: el desarrollo de la losa plana que al no contener vigas o trabes redunda en una mayor economía en cimbra, acabados, peralte, alturas de entrepisos lográndose de esta manera adicionar un entrepiso por cada 10 construidos. Los marcos forman parte de la estructura, ya sea la que esta compuesta por columnas y trabes o la que esta compuesta por muros y losas. Es por eso que los marcos nos ayudan a entender el funcionamiento lógico de las cargas y como estas actúan de acuerdo factores externos como son vientos, sismos, nieve, etc.
¿QUE SON LOS MARCOS RÍGIDOS? Un tipo de estructura son los marcos rígidos que actualmente han ido tomando fuerza debido a que facilitan la estructuración de los edificios y más con el uso del acero posibilita cubrir grandes luces. TIPOS DE MARCOS ORTOGONALES DE SOPORTE LATERAL
Muros y Tirantes cruzados
DE SOPORTE VERTICAL
Columnas y muros
DE ESPACIAMIENTO HORIZONTAL
Pisos, Losas, Armaduras, vigas.
FUNCIONAMIENTO DE LOS MARCOS RÍGIDOS Los marcos formados por columnas y trabes están unidos, formando uniones rígidas capaces de transmitir los elementos mecánicos en la viga sin que haya desplazamientos lineales ó angulares entre sus extremos y las columnas en que se apoya. Sobre las vigas principales, que además de resistir las cargas verticales ayudan a resistir las cargas laterales, se apoyan en algunos casos las vigas secundarias encargadas de soportar el sistema de piso. Entreejes
Es la división interna de un marco estructural repetitivo definido por los claros de las columnas. Columnas centrales Mayor carga Columnas Laterales Media carga Columnas esquinadas Un cuarto de carga Un marco rígido transfiere el momento de una viga a las columnas de apoyo que dan como resultado que las columnas comportan la resistencia a la flexión con la viga. Esta interacción entre los entreejes significa que la resistencia a la flexión resultante de una F, se comparte entre diversos entreejes.
USOS DE MARCOS RÍGIDOS:
Son ideales para: Gimnasios Supermercados Hangares, Bodegas o cualquier aplicación, donde el espacio interior libre es necesario.
BENEFICIOS O VENTAJAS DE UTILIZAR MARCOS RÍGIDOS DE ACERO Interior libre o espacio universal Flexibilidad en el aprovechamiento del espacio interior. Rápida construcción. Diseño flexible incomparable Menor Costo Variedad de columnas Mínima pendiente de la cubierta
CARACTERISTICAS DE LOS MARCOS RÍGIDOS Los Marcos Rígidos pueden ser diseñados con una cumbrera centrada, excéntrica o de una sola pendiente. La pendiente de techo puede ser tan baja como 2%. Los Marcos Rígidos también pueden ser usados con otros sistemas estructurales, incluyendo estructura de acero tradicional y madera. Esta sólida red estructural de acero laminado en caliente, según norma ASTM. Opción de columnas rectas, semirectas (tipo supermercado), o de sección variable Luces de hasta 90 m. o más con alturas de hombro de hasta 24 m. Las luces libres pueden fluctuar entre 9 y 90 metros. El Sistema de Marcos Rígidos acepta cualquier carga de viento, sismo, nieve, puente grúa o equipos propios del proyecto. Puede darse cualquier distribución en Columa semirecta(tipo supermercado) Columna de sección variable Columna recta
SISTEMA BALLOOM En el cual los montantes de los muros corres continuos desde la comentacion al techo, las viguetas intermedias del piso se arman a los lados de los montantes de los muros. CONCLUSIONES Los marcos rígidos de acero son una excelente opción para estructurar una edificación que requiera de espacios versátiles, universales o flexibles, espacios interiores de grandes dimensiones.Y Esto actualmente es muy útil y más cuando las necesidades son cambiantes. Además este sistema estructural permite cubrir luces o grandes claros por lo que se puede utilizar en muchas tipologías arquitectónicas. Otro punto importante es que los marcos rígidos de acero pueden ser utilizados para expresar arquitectónicamente formas interesantes y a la vez dar sensaciones espaciales únicas. Esto mediante la repetición de los mismos, un diseño de ellos que generen movimiento en la cubierta, etc. Y por ultimo mencionar que este sistema estructural es muy sencillo en cuanto a su funcionamiento y por ende, que se utilice para cualquier tipo de edificación. Por lo que siempre será recomendable conocer todos los posibles sistemas de estructuración para proponer al cliente cual es la mejor solución a sus necesidades sabiendo ponderar el limite de elección entre la conveniencia de dos sistemas.
LOS PÓRTICOS O MARCOS
Son otras estructuras cuyo comportamiento está gobernado por la flexión. Están conformados por la unión rígida de vigas y columnas.
L os pórticos tienen su origen en el primitivo conjunto de la columna y el dintel de piedra usado por los antiguos, en las construcciones clásicas de los griegos, como en el Partenón y aún más atrás, en los trilitos del conjunto de Stonehenge en Inglaterra (1800 años a.C.). En éstos la flexión solo se presenta en el elemento horizontal (viga) para cargas verticales y en los elementos verticales (columnas) para el caso de fuerzas horizontales (figura 6.9: (a) y (c)).
Figura 6.9: acción de pórtico bajo cargas verticales y horizontales v.s. acción en voladizo Con la unión rígida de la columna y el dintel (viga) se logra que los dos miembros participen a flexión en el soporte de las cargas (figuras 6.9 (b) y (d)), no solamente verticales, sino horizontales, dándole al conjunto una mayor «resistencia», y una mayor «rigidez» o capacidad de limitar los desplazamientos horizontales. Materiales como el concreto reforzado y el acero estructural facilitaron la construcción de los nudos rígidos que unen la viga y la columna. La combinación de una serie de marcos rectangulares permite desarrollar el denominado entramado de varios pisos; combinando marcos en dos planos perpendiculares se forman entramados espaciales. Estos sistemas estructurales son muy populares en la construcción, a pesar d e que no sean tan eficientes como otras formas, pero permiten aberturas rectangulares útiles para la conformación de espacios funcionales y áreas libres necesarios para muchas actividades humanas (ver figura 6.10).
Figura 6.10: edificio aporticado de concreto reforzado Los métodos de análisis introducidos desde la distribución de momentos de CROSS (1930), hasta las formulaciones matriciales de la RIGIDEZ, ampliamente usados con los computadores, han reducido las tediosas operaciones rutinarias, que limitaron su uso en el siglo pasado. En capítulos posteriores se estudiarán diversos métodos para el análisis clásico de estas estructuras aporticadas: método de las fuerzas o de las flexibilidades; métodos de ángulos de giro y método de la distribución de momentos o de CROSS.
En cursos posteriores se trabajará a profundidad el denominado «Método Matricial de la Rigidez», que es hoy en día el preferido por los sistemas de análisis de estructuras por computador y se hará una introducción detallada al «Método de los Elementos Finitos», que es la mejor herramienta de que disponen los ingenieros para el estudio de esfuerzos en estructuras complejas; este tema lo podrán cursar los estudiantes que seleccionen la «línea de profundización en estructuras», del plan de estudios de Ingeniería Civil.
Formas generales de estructuras porticadas y marcos, formados con barras de nudos rígidos. La utilización de los pórticos es cada vez más usual en la construcción industrial metálica por diferentes razones: - La mejora en los procedimientos de cálculo, más complejos que para las estructuras de nudos articulados. - La utilización de PVS para la optimización de los mismos, así como el empleo de tornillos de alta resistencia. Reflejamos en el gráfico correspondiente una serie de formas que nos permiten recorrer con detalle la descripción de esta importante tipología estructural que constituye frecuentemente la estructura principal de las naves industriales.
En las figs.1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 13 y 14 podemos ver un pórtico simple con apoyos articulados (figs.1,3,5 y 6) o empotrados (figs.2 y 4), sin pendiente (figs. 1 y 2), a dos aguas (figs. 3,4,5 y 6) y con tirantes (figs. 5 y 6), con utilización de arcos en vez de
vigas de eje recto (figs. 13 y 14) para mejorar el comportamiento del pórtico en diferentes sentidos y en base a las cargas que actúen sobre dicha estructura.
Deberemos por tanto analizar las ventajas e inconvenientes que presentan las diferentes tipologías de arcos simples de forma que diseñemos tales estructuras adaptándonos a las necesidades de cada caso. En las figs.7 y 19 podemos ver un pórtico múltiple, con una sola altura o con varias alturas. El elevado grado de hiperestaticidad de los pórticos múltiples le confiere interesantes características resistentes, como elemento estructural fiable que debe garantizar la estabilidad de la construcción a la que pertenece: • • •
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En su conjunto Parcialmente Durante su funcionamiento normal Durante su ejecución Frente a patologías
La dificultad de su cálculo por métodos manuales se redujo considerablemente con el método de Cross y posteriormente la utilización de procedimientos de cálculo por ordenador ha facilitado su utilización. En las figs. 8 y 9 podemos ver un semipórtico que es una estructura en la que un extremo de una viga no se apoya en un pilar.
En las figs. 16, 17 y 18 vemos lo que denominamos como marcos que presentan formas cuadradas, representativas en entramados laterales, que suelen presentar apoyos articulados.
Se han representado otras formas poligonales en las figs. 10, 11 y 12, que no precisan comentario específico aparte del de su escasa utilización
