ESTRUCTURAS PORTICADAS

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1 ESTRUCTURAS PORTICADAS CONSTRUCCIÓN Y MATERIALES Construcción I. Materiales y técnicas. 1er curso Àrea de Construcció Curso Revisión 09/01/2013 Autores:

2 Índice 1. DEFINICIÓN 1.1 Pórtico 1.2 Abanicos, niveles, crujías 1.3 Requerimientos 2. TRANSMISIÓN DE ACCIONES 2.1 Transmisión de acciones verticales 2.2 Transmisión de acciones horizontales 3. DEFORMACIONES 3.1 Deformaciones en acciones verticales 3.2 Deformaciones en acciones horizontales 3.3 Transmisión de esfuerzos y deformaciones entre elementos 3.4 Apeos 3.5 Compatibilidad de deformaciones 4. ESTABILIDAD 4.1 Estabilidad global 4.2 Estrategias de estabilización: Por peso Por núcleo rígido Por plano rígido Por nudos rígidos 5. MATERIALES y UNIONES 5.1 Materiales amorfos 5.2 Materiales conformados 6. PERCEPCIÓN DEL PLAN DE PÓRTICO 7. CONTEXTO 8. BIBLIOGRAFÍA

3 1. DEFINICIÓN 1.1 Pórtico 1.2 Vanos, niveles, crujías 1.3 Requerimientos

4 1.1 Pórtico Pórtico: Soporte formado por elementos lineales (barras) que definen un plano virtual y como mínimo uno de ellos (el superior o jácena) Está sometido a flexión.

5 1.2 Abanicos, niveles, crujías: Puede tener uno o más vanos Puede tener uno o más niveles Puede tener voladizos extremos Podemos tener más de un pórtico, definiendo crujías entre ellos Los elementos pueden funcionar independientemente o conjuntamente

6 1.3 Requerimientos Transmisión de acciones: Hay que asegurar un comportamiento unitario de la estructura para transmitir las acciones verticales y horizontales a través de los elementos de soporte y de estabilización hasta el terreno. Deformabilidad: Hay que controlar las deformaciones del pórtico y los rellenos que pueda tener. Estabilidad: Hay que dar estabilidad frente a las acciones horizontales (viento, sismo, etc) En el plano del pórtico: Es necesario que los elementos que lo componen alcancen estabilidad dentro de su propio plano, sea por nudos rígidos, haciendo un plano indeformable, etc. En el plano perpendicular al pórtico: Hay también que estabilizar el pórtico en el plano perpendicular a él mismo.

7 2. TRANSMISIÓN DE ACCIONES 2.1 Transmisión de acciones verticales 2.2 Transmisión de acciones horizontales

8 2.1 Transmisión de acciones verticales: Las acciones verticales que actúan sobre la edificación son: Peso propio (estructura) Sobrecarga permanentes (fachadas, etc) Sobrecarga de uso (personas, mobiliario) Nieve Las acciones verticales a menudo son cargas distribuidas y se debe controlar su descenso por la estructura. Esto da lugar a una jerarquización de los elementos que forman la estructura. Descenso de las cargas verticales: Techos> Jácenas> Pilares> Fundamentos> Terreno

9 Pórticos de varios materiales. Stoa de Attalus (Atenas, Grecia, 150aC)

10 Le Corbusier. Unité d habitation (Marsella, 1945 a 52)

11 2.2 Transmisión de acciones horizontales: Las acciones horizontales que actúan sobre la edificación son: Viento (presión y succión) Sismo Las acciones horizontales a menudo son cargas distribuidas variables en intensidad y frecuencia y se debe controlar su transmisión. Transmisión de las cargas: Fachada> pórtico> techos-jácenas de trabas> pilar-núcleos-planos rígidos> fundamento> terreno

12 3. DEFORMACIONES 3.1 Deformaciones en acciones verticales 3.2 Deformaciones en acciones horizontales 3.3 Transmisión de esfuerzos y deformaciones entre elementos 3.4 Compatibilización de deformaciones 3.5 Apeos

13 3.1 Deformaciones en acciones verticales Cualquier acción provoca deformaciones en el elemento que la recibe. Las deformaciones más evidentes son las flechas de los elementos sometidos a un momento flector. Flechas por cargas verticales. En función del tipo de uniones: - Sólo en jácenas (uniones articuladas) - A jácenas y pilares (uniones rígidas = empotramientos)

14 3.2 Deformaciones en acciones horizontales Cualquier acción provoca deformaciones en el elemento que la recibe. Las deformaciones más evidentes son las flechas de los elementos sometidos a un momento flector. Flechas por acciones horizontales. En función del sistema de estabilización: - Sólo pilares (uniones articuladas) - Pilares y jácenas (uniones rígidas = empotramientos) - Ninguno de los dos (núcleos rígidos o planes rígidos)

15 3.3 Transmisión de esfuerzos y deformaciones entre elementos Elementos independientes: Uniones articuladas. No se transmite el momento de un elemento a otro del pórtico. No se transmiten las deformaciones. Elementos dependientes: Uniones rígidas. Se transmite el momento de un elemento a otro del pórtico. Sí se transmiten las deformaciones entre elementos. En una estructura con uniones rígidas entre elementos, la carga de un elemento conlleva deformaciones en elementos adyacentes, aunque estos no estén directamente cargados. En este caso los momentos de las jácenas se transmiten a los pilares. Se disminuye la flecha de la jácena, pero se transmiten flexiones los pilares, y por tanto éstos tienen mayor riesgo de pandeo.

16 3.3 Transmisión de esfuerzos y deformaciones entre elementos Puede tener uno o más vanos que pueden funcionar independientemente o conjuntamente. En el caso de los vanos independientes no se transmite el momento de un tramo a otro de la jácena. En el caso de los vanos dependientes las flechas se compensan, y a igualdad de carga e inercia (canto), son menores que en el caso de vanos independientes. En una estructura isostática, Las cargas se transmiten por el único camino posible. En una estructura hiperestática, Las cargas se transmiten por el camino más rígido de los varios caminos disponibles. Una estructura puede ser más o menos hiperestática (grados de hiperestatismo)

17 L.Mies van der Rohe. Neue Nationale Galerie (Berlin, ) Flecha excesiva Reducción de luz y Voladizos extremos Dilataciones con pilares y jácena empotrados Dilataciones con pilares y jácena articulados

18 3.4 apeos. La continuidad de los soportes verticales (pilares) uno encima del otro siempre es deseable. (Elemento comprimido sobre elemento comprimido). Apeo: Apoyo de un pilar sobre un elemento flectado (jácena, vigueta, etc). Hay que tener muy en cuenta la flecha producida en este último, al aplicarle una carga concentrada importante dentro de su luz. El factor que afecta más a la flecha es la luz entre apoyos. Para mantener la flecha proporcionalmente, se deberá aumentar mucho más la inercia (el canto) que lo que se haya aumentado la luz.

19 3.5 Compatibilización de deformaciones Inserción de un elemento rígido en un elemento deformable Los pórticos flectados tienen unas deformaciones de orden muy superior al de los rellenos que podamos insertar. Habrá que elegir entre: Estrategia permisiva: Permitir deformaciones diferenciales dejando que los elementos se muevan independientemente por juntas elásticas entre ellos. Estrategia coercitiva: Hacer que el elemento de relleno pueda detener las deformaciones, asumiendo la carga necesaria sin romperse. Equiparar deformaciones: Sobredimensionar la inercia mecánica (canto) de las jácenas y techos para reducir tanto como puedan sus deformaciones. (Así sólo reducimos la magnitud del problema, pero no lo resolvemos del todo)

20 4. ESTABILIDAD 4.1 Estabilidad global 4.2 Estrategias de estabilización: Por masa Por núcleo rígido Por plano rígido Por nudos rígidos

21 4.1 Estabilidad global Una estructura porticada debe ser estable en todas direcciones. No se puede plegar. Debemos estabilizar las cinco caras: Las cuatro fachadas La cubierta

25 4.2 Estrategias de estabilización Podemos utilizar las siguientes estrategias de estabilización: Por masa Por núcleo rígido Por planos rígidos Por nudos rígidos

26 4.2 Estrategias de estabilización: Por masa Estabilización por masa Se consigue la estabilidad porque la resultante de las componentes vertical y horizontal pasa por el tercio central de la base de los elementos de soporte. No se generan tracciones. Ictinus y Callicrates con Phidias, Parthenis (Atenas, Grecia, 477 a 438 ac)

27 4.2 Estrategias de estabilización: Por núcleo rígido Estabilización por núcleos rígidos Se consigue la estabilidad para que los pórticos transmiten las acciones horizontales a otros elementos que ya los pueden absorber de por sí. Es necesario un elemento que sea capaz de hacer esta transmisión entre pórticos y núcleo. Normalmente son los techos o la cubierta. Es recomendable la disposición de los núcleos de forma simétrica con respecto a la planta. Es recomendable disponer los núcleos rígidos a distancias no demasiado grandes de cualquier punto de la construcción.

28 Manuel Gallego. Vivienda unifamiliar en Veige (Sada, La Coruña, )

29 4.2 Estrategias de estabilización: Por plano rígido El porqué de utilizar triángulos:porque, si no se modifican las longitudes entre los vértices, es una figura geométrica indeformable. Estabilización por plano rígido Se consigue la estabilidad rigidizando los vanos entre pilares. Hay diferentes sistemas: - Diagonales (a compresión y tracción) - Cruces de San Andrés (sólo a tracción) - Inserción de un elemento indeformable Si la triangulación es total, se reducen al mínimo los momentos en las barras, quedando sometidas casi exclusivamente a axiles de compresión o de tracción. Si la triangulación es total, las uniones no deben garantizar la estabilidad y por tanto pueden ser articulaciones.

30 4.2 Estrategias de estabilización: Por plano rígido Plano rígido por cruces de San Andrés (Sólo trabajan a tracción).

31 4.2 Estrategias de estabilización: Por plano rígido Plano rígido por diagonales (Trabajan a tracción y en compresión).

32 4.2 Estrategias de estabilización: Por plano rígido Plano rígido por inserción de elementos indeformables.

33 4.2 Estrategias de estabilización: Por plano rígido Plano rígido por combinación de varias estrategias.

34 Esquemas de estabilización. A. Aalto Pavellón finlandés Expo Paris-1937

35 Rogers & Piano. Centro Pompidou (Paris, Francia, 1972 a 1976)

36 Arquitecturas de madera. Triangulaciones

37 Francisco Cabrero. Vivienda unifamiliar (Madrid. 1961)

38 4.2 Estrategias de estabilización: Por nudos rígidos Estabilización por nudos rígidos Se consigue la estabilidad a partir de la suma de las rigideces de todos los nudos de las barras entre ellas (empotramientos), y los pilares con el terreno. Las barras de los pórticos casi siempre están sometidas a axiles y momentos simultáneamente.

39 Rudolf Schindler. P. Lovell House (New Port Beach California, 1926)

40 5. MATERIALES Y UNIONES 5.1 Materiales amorfos 5.2 Materiales conformados

41 5.1 Materiales amorfos Los materiales amorfos tienden a dar per se uniones rígidas. Un ejemplo típico es el hormigón vertido in situ, donde una unión habitual da un empotramiento bastante riguroso. Para conseguir una articulación en hormigón deben realizarse operaciones poco habituales, tales como cruzar armados.

42 Giuseppa Terragni. Casa del Fascio (Como, Italia, 1936)

43 Alvar Aalto. Iglesia parroquial de Riola (Riola, Italia, 1975 a 1978)

44 5.2 Materiales conformados Los materiales conformados tienden a dar per se uniones articuladas. Aunque a simple vista puedan parecer empotramientos, las uniones de acero (incluso soldadas) son bastante articuladas. Para tener una unión que se pueda considerar empotramiento hay que colocar rigidizadores especiales para este fin. Lo mismo ocurre con elementos de madera, hormigón prefabricado colocado en seco, y otros. Para conseguir un empotramiento con uniones en seco debemos hacerla más compleja, como mínimo con dos o más puntos de unión separados entre ellos.

45 Articulación

46 Pórtico con cercha

47 Lacaton & Vassal. Casa unifamiliar (Lege, Cap Ferret, 1998)

48 Arconiko Architekten, boule center in the haghe

49 Shigeru Ban. Puerta Este (Odawara Kanagawa, 1990)

50 Lacaton & Vassal. Casa unifamiliar (Latopie, Floriac, 1993)

51 Norman Foster. Sainsbury Center (Norwich, Inglaterra, 1977)

52 I. M. Pei. Bank of China Tower (Hong Kong, 1982 a 1990) Bruce Graham y SOM. John Hancock Center (Chicago, Illinois, 1970)

53 6. PERCEPCIÓN DEL PLANO DEL PÓRTICO

54 6.1 Percepción espacial del plano del pórtico Permanencia perceptiva del plano del pórtico utilizando jácenas de canto con un funcionamiento óptimo.

55 6.1 Percepción espacial del plano del pórtico El ideal moderno. El plano estructural no direccionado. Los muros dejan de ser los definidores del espacio. Tampoco lo son los planos de los pórticos con jácenas de canto. Cierres y distribución libres respecto a los soportes verticales, y respecto a los límites de los planos de apoyo horizontales. La jácena plana: "evolución" perversa de la de canto. Funcionamiento estructural forzado. Se trata de compensar la menor inercia mecánica de la sección (menor canto) con más cantidad de material (mucha más anchura), materiales con mayores resistencias y mayor módulo de Young (mayor E)

56 Le Corbusier. Ville Savoie (Poissy, 1932)

57 7. CONTEXTO

58 CONTEXTO EFICIENCIA CAPACIDAD MECÁNICA DE LA ESTRUCTURA EN RELACIÓN A SU PESO. DEPENDE DE LA GEOMETRÍA DE LAS UNIONES Y DEL MATERIAL. (Luces cortas - cantos controlados - REDUCCION del gasto material) CICLO DE VIDA DEL SISTEMA DE PÓRTICOS 1 - CONSTRUCCIÓN: MATERIAL, TRANSPORTE, TIEMPO DE EJECUCIÓN, RESIDUOS 2 - USO: DURABILIDAD, MANTENIMIENTO, FLEXIBILIDAD AL CAMBIO DE USO, ADAPTABILIDAD 3 - DECONSTRUCCIÓN: REVERSIBILIDAD, REUTILIZACIÓN, RECICLAJE, DEPOSICIÓN

59 8. BIBIOGRAFIA Diccionario manual de la construcción (ITEC) Diccionario visual de la construcción (ITEC) (descargable en formato pdf) La construcción de la arquitectura. 3, La composición. Ignacio Paricio. Ed. ITEC Sistemas de estructuras. Henia Engel. Ed. GG Estructuras para arquitectos. Mario Salvadori y Robert Heller. Ed. Kliczkowski Publisher.