TEMA 2 :TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL
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- Alba Blázquez Vera
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1 TEMA 2 :TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL ESTRUCTURAS 1 ENRIQUE DE JUSTO MOSCARDÓ ANTONIO DELGADO TRUJILLO ANTONIA FERNÁNDEZ SERRANO MARÍA CONCEPCIÓN BASCÓN HURTADO Departamento de Mecánica de Medios Continuos, Teoría de Estructuras e Ingeniería de Terreno. E. T. S. de Arquitectura. Universidad de Sevilla.
2 ÍNDICE 1 OBJETIVOS DE APRENDIZAJE ESQUEMA DE TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL ELEMENTOS ESTRUCTURALES ELEMENTOS LINEALES [1] La Viga [1.1]Función [1.2]Solicitaciones [1.3]Clasificación [1.4]Materiales [2] El Pilar [2.1]Función [2.2]Solicitaciones [2.3]Materiales [3] El Pórtico [3.1]Funcionamiento [3.2]Solicitaciones [4] El Arco [4.1]Función [4.2]Solicitaciones [4.3]Materiales [5] El Cable y el tirante [5.1]Función [5.2]Solicitaciones [5.3]Materiales ELEMENTOS SUPERFICIALES [6] El Muro [6.1]Función [6.2]Solicitaciones [6.3]Materiales [7] El Forjado Unidireccional [7.1]Función [7.2]Funcionamiento [7.3]Solicitaciones [7.4]Tipos [8] El Forjado Bidireccional [8.1]Función [8.2]Funcionamiento [8.3]Solicitaciones [8.4]Tipos SISTEMAS ESTRUCTURALES [9] Forjado unidireccional sobre pórticos [Pórticos planos] [10] Forjado unidireccional sobre pórticos [Pórticos espaciales] [11] Forjado unidireccional sobre muros [12] Forjado unidireccional o cubierta sobre arcos [13] Forjado bidireccional sobre pilares [14] Forjado bidireccional sobre muros (o vigas) ESTRUCTURAS ESPECIALES
3 ESQUEMA DE TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL 2 ELEMENTOS ESTRUCTURALES [SUPERFICIALES] MURO [LINEALES] VIGA FORJADO PILAR ARCO CABLE UNIDIRECCIONAL BIDIRECCIONAL SISTEMAS ESTRUCTURALES FORJADO UNIDIRECCIONAL FORJADO UNIDIRECCIONAL FORJADO UNIDIRECCIONAL SOBRE PÓRTICOS SOBRE MUROS SOBRE ARCOS FORJADO BIDIRECCIONAL SOBRE PILARES FORJADO BIDIRECCIONAL SOBRE MUROS
4 ELEMENTOS ESTRUCTURALES ELEMENTOS LINEALES 3
5 1_LA VIGA [1.1] FUNCIÓN 4 [1.2] SOLICITACIONES LA FUNCIÓN PRINCIPAL DE UNA VIGA ES RESISTIR CARGAS PERPENDICULARES A SU EJE. MF 1. DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR V Casa HEMEROSCOPIUM [Arquitecto: Antón García- Abril] LA VIGA TRABAJA PRINCIPALMENTE A FLEXIÓN. 2.DIAGRAMA DE CORTANTE LOS ESFUERZOS A LOS QUE ESTÁ SOMETIDA SON: _CORTANTE _MOMENTO FLECTOR A MENUDO LAS VIGAS SUFREN TAMBIÉN AXIL, AUNQUE EN GENERAL ES DE MENOR IMPORTANCIA. N 3.DIAGRAMA DE AXIL
6 1_LA VIGA 5 [1.3] CLASIFICACIÓN [1.3.1] SEGÚN SU FUNCIÓN: [1.3.2] SEGÚN SU SECCIÓN VIGA SECUNDARIA VIGA DE ALMA LLENA VIGA TRIANGULADA VIGA PRINCIPAL LAS VIGAS SECUNDARIAS O VIGUETAS APOYAN EN LA PRINCIPAL. LA VIGA PRINCIPAL APOYA EN LOS PILARES.
7 1_LA VIGA 6 [1.4] MATERIALES: LAS VIGAS PUEDEN SER DE HORMIGÓN, ACERO O MADERA. [1.4.1] HORMIGÓN: VIGA RECTANGULAR VIGA TRAPEZOIDAL VIGA EN T VIGA EN I LOSA CON NERVIO LOSA CON DOBLE NERVIO [1.4.2] ACERO: [1.4.3] MADERA: VIGA VIGA VIGA VIGA VIGA VIGA EN DOBLE T (IPE) EN U (UPN) DOBLE T (HEB) EN CAJÓN DE PERFIL HUECO ALVEOLAR (VIGA BOYD) VIGA VIGA VIGA VIGA VIGA VIGA RECTANGULAR DOBLE T DE CAJA DE DOBLE CAJA CON ALMA ONDULADA CON DOBLE ALMA ONDULADA
8 2_EL PILAR [2.1] FUNCIÓN 7 [2.2] SOLICITACIONES LA FUNCIÓN PRINCIPAL DE LOS PILARES ES MANTENER ELEVADA LA ESTRUCTURA DEL FORJADO SUPERIOR (PUEDE SER LA CUBIERTA O EL SUELO DE LA SIGUIENTE PLANTA). MF V N Edificio CAJA GRANADA [Arquitecto: Alberto Campo Baeza] EL PILAR TRABAJA PRINCIPALMENTE A COMPRESIÓN, A FLEXIÓN COMPUESTA (AXIL+FLECTOR) O A FLEXIÓN COMPUESTA ESVIADA (AXIL+DOS FLECTORES). LOS ESFUERZOS A LOS QUE ESTÁ SOMETIDA SON: - AXIL - MOMENTO FLECTOR A MENUDO, LOS PILARES SUFREN TAMBIÉN ESFUERZO CORTANTE. EN GENERAL, EL CORTANTE EN PILARES ES: - PEQUEÑO, PARA ACCIONES VERTICALES. - GRANDE, PARA ACCIONES HORIZONTALES. 1. DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR 2.DIAGRAMA DE CORTANTE 3.DIAGRAMA DE AXIL
9 2_EL PILAR 8 [2.3] MATERIALES: LOS PILARES PUEDEN SER DE ACERO, HORMIGÓN O MADERA [2.3.2] ACERO: [2.3.1] HORMIGÓN: PILAR RECTANGULAR 2. PILAR CIRCULAR PILAR PILAR PILAR PILAR PILAR PILAR 2 [2.3.3] MADERA: SIMPLE CON PERFIL HEB SIMPLE CON PERFIL TUBULAR CIRCULAR SIMPLE CON PERFIL TUBULAR RECTANGULAR EN CAJÓN CON DOBLE PERFIL Y PRESILLAS EN I CON DOBLE PERFIL Y PRESILLAS EN CRUZ CON CUATRO PERFILES ANGULARES PILAR RECTANGULAR 2. PILAR CIRCULAR
10 3_LA UNIÓN DE LA VIGA Y EL PILAR: EL PÓRTICO [3.1] FUNCIONAMIENTO [3.2] SOLICITACIONES EL PÓRTICO ES UN SISTEMA ESTRUCTURAL FORMADO POR VIGAS Y PILARES. LAS VIGAS APOYAN SOBRE LOS PILARES TRANSMITIENDOLES LA CARGA. SI LA UNIÓN ENTRE VIGA Y PILAR ES ARTICULADA, LA VIGA SÓLO TRANSMITE A LOS PILARES CARGA VERTICAL. EN ESTE CASO LOS PILARES FUNCIONAN A COMPRESIÓN SIMPLE (SÓLO AXIL). 9 N 1.DIAGRAMA DE AXIL SEDE ARCELOR [Arquitectos: Enric Miralles y Benedetta Tagliabue] SI LA UNIÓN ENTRE VIGA Y PILAR ES RÍGIDA, LA VIGA TRANSMITE A LOS PILARES CARGA VERTICAL + MOMENTO (Y A MENUDO, TAMBIÉN CARGA HORIZONTAL). EN ESTE CASO EL PILAR FUNCIONA A FLEXIÓN COMPUESTA (AXIL + FLECTOR) MF Greenwich Academy Upper School [Arquitectos: SOM] V 1. DIAGRAMA 2.DIAGRAMA DE MOMENTO DE CORTANTE FLECTOR N 3.DIAGRAMA DE AXIL
11 4_EL ARCO 10 [4.1] FUNCIÓN [4.2] SOLICITACIONES LA FUNCIÓN DEL ARCO ES SOPORTAR CARGAS VERTICALES. A DIFERENCIA DE LA VIGA, Y GRACIAS A SU FORMA, EL ARCO ES UN ELEMENTO QUE FUNCIONA PRINCIPALMENTE A COMPRESIÓN. EL ARCO TRABAJA A COMPRESIÓN SIMPLE O COMPRESIÓN COMPUESTA. ESFUERZOS A LOS QUE ESTÁ SOMETIDO: AXIL (COMPRESIÓN) A MENUDO EL ARCO TAMBIÉN ESTÁ SOMETIDO A MOMENTO FLECTOR, AUNQUE EN GENERAL ÉSTE ES DE MENOR IMPORTANCIA QUE EL AXIL AXIL MOMENTO FLECTOR N MF RH RH Rv Santuario PADRE PÍO [Arquitecto: Renzo Piano] Rv
12 4_EL ARCO 11 [4.3] MATERIALES: LOS ARCOS PUEDEN SER DE FÁBRICA, HORMIGÓN, ACERO O MADERA. [4.3.1] FÁBRICA ACUEDUCTO DE SEGOVIA [4.3.3] ACERO SANT LOUIS GATEWAY [Arquitecto: Eero Saarinen] [4.3.2] HORMIGÓN Arco de Hormigón en KINGSTON [4.3.4] MADERA Bodega PEREZ CRUZ [Arquitecto: José Cruz Ovalle]
13 5_EL CABLE Y EL TIRANTE 12 [5.1] FUNCIÓN [5.2] SOLICITACIONES LA FUNCIÓN PRINCIPAL DEL CABLE ES UNIR DOS PARTES DE UNA ESTRUCTURA, O UNIR LA ESTRUCTURA AL TERRENO. LOS CABLES SÓLO PUEDEN TRANSMITIR FUERZA EN LA DIRECCIÓN DE SU EJE. EL CABLE SIEMPRE TRABAJA A TRACCIÓN. ESFUERZOS A LOS QUE ESTÁ SOMETIDO AXIL (TRACCIÓN) N [5.3] MATERIALES LOS CABLES/TIRANTES SON DE ACERO. Pabellon de Europa Expo 92 [Karsten K. Krebs] 1.LEY DE AXIL Renault Distribution Centre [Foster + Partners] Puente del Alamillo [Santiago Calatrava]
14 ELEMENTOS ESTRUCTURALES ELEMENTOS SUPERFICIALES 13
15 6_EL MURO 14 [6.1] FUNCIÓN [6.2] SOLICITACIONES LA FUNCIÓN PRINCIPAL DE LOS MUROS DE CARGA ES, COMO LOS PILARES, SOSTENER LA ESTRUCTURA DEL FORJADO SUPERIOR. LOS MUROS TIENEN LA FUNCIÓN ADICIONAL DE DIVIDIR EL ESPACIO. EL MURO TRABAJA PRINCIPALMENTE A COMPRESIÓN, O A FLEXIÓN COMPUESTA (AXIL + FLECTOR). LOS ESFUERZOS A LOS QUE ESTÁ SOMETIDO SON: EN EL CASO DE MUROS DE CONTENCIÓN, SU FUNCIÓN ES CONTENER EL EMPUJE HORIZONTAL (DE TIERRAS O DE AGUA) QUE SE EJERCE SOBRE UNA DE SUS CARAS. CARGA CENTRADA AXIL MOMENTO FLECTOR LOS MUROS PUEDEN SUFRIR TAMBIÉN ESFUERZO CORTANTE. ÉSTE ES PARTICULARMENTE IMPORTANTE EN EL CASO DE ACCIONES HORIZONTALES. CARGA EXCÉNTRICA CARGA CENTRADA + MOMENTO = e
16 6_EL MURO 15 [6.3] MATERIALES: LOS MUROS PUEDEN SER DE FÁBRICA, HORMIGÓN O MADERA. [6.3.1] FÁBRICA: [6.3.2] HORMIGÓN: [6.3.3] MADERA (ENTRAMADO): Bodegas DOMINUS [Arquitecto: Herzog & Meuron] Villa BORDEAUX [Arquitecto: Rem Koolhaas] Escuela infantil, Isla Cristina [Área Arquitectura, Foto: A. Arévalo]
17 7_EL FORJADO UNIDIRECCIONAL 16 [7.1] FUNCIÓN LAS FUNCIONES DEL FORJADO UNIDIRECCIONAL SON: RESISTIR LAS CARGAS SUPERFICIALES QUE ACTÚAN SOBRE EL PISO DE LA VIVIENDA Y TRANSMITIR ESAS CARGAS A LOS ELEMENTOS SOBRE LOS QUE APOYA (VIGAS O MUROS). RIGIDIZAR LA PLANTA FRENTE A ACCIONES HORIZONTALES. [7.2] FUNCIONAMIENTO [7.3] SOLICITACIONES LOS FORJADOS UNIDIRECCIONALES TRANSMITEN LA CARGA EN UNA SOLA DIRECCIÓN. LOS ELEMENTOS LINEALES RESISTENTES (VIGUETAS, NERVIOS...) DEL FORJADO TRABAJAN PRINCIPALMENTE A FLEXIÓN: LA DIRECCIÓN DE LA CARGA VIENE MARCADA POR SUS ELEMENTOS RESISTENTES (NERVIOS O VIGUETAS). LOS FORJADOS UNIDIRECCIONALES SE COMPONEN DE: ELEMENTOS LINEALES RESISTENTES (VIGUETAS, NERVIOS...) PIEZAS DE ENTREVIGADO (BOVEDILLAS, TABLONES...) (FLECTOR + CORTANTE) PUEDEN TAMBIÉN ESTAR SOMETIDOS A ESFUERZO AXIL, AUNQUE ÉSTE SERÁ EN GENERAL DE MENOR IMPORTANCIA.
18 7_EL FORJADO UNIDIRECCIONAL [7.4] TIPOS [7.4.1] UNIDIRECCIONAL DE VIGUETAS: LAS VIGUETAS PUEDEN SER DE MADERA, ACERO U HORMIGÓN (SEMIRRESISTENTES, PRETENSADAS O ARMADAS). LUCES HABITUALES: 4,5-6,5M Ca pa Bo ve dil la de co mp res eta u Vig ión 17
19 7_EL FORJADO UNIDIRECCIONAL [7.4] TIPOS [7.4.2] UNIDIRECCIONAL DE HORMIGÓN ARMADO IN SITU: LUCES HABITUALES: 5-7M 18
20 7_EL FORJADO UNIDIRECCIONAL [7.4] TIPOS [7.4.3] UNIDIRECCIONAL DE PLACAS ALVEOLARES: LUCES HABITUALES: 10-14M 19
21 7_EL FORJADO UNIDIRECCIONAL [7.4] TIPOS [7.4.4] UNIDIRECCIONAL DE CHAPA PERFILADA: LUCES HABITUALES: 1,5-2,5M Stahl House [Arquitecto: Pierre Koenig] Burwash House [Arquitecto: Pierre Koenig] 20
22 7_EL FORJADO UNIDIRECCIONAL [7.4] TIPOS [7.4.5] UNIDIRECCIONAL DE CHAPA COLABORANTE CON HORMIGÓN (MIXTO): LUCES HABITUALES: 3,5-4M 21
23 8_EL FORJADO BIDIRECCIONAL 22 [8.1] FUNCIÓN LAS FUNCIONES DEL FORJADO BIDIRECCIONAL SON: RESISTIR LAS CARGAS SUPERFICIALES QUE ACTÚAN SOBRE EL PISO DE LA VIVIENDA Y TRANSMITIR ESAS CARGAS A LOS ELEMENTOS SOBRE LOS QUE APOYA (VIGAS O PILARES). RIGIDIZAR LA PLANTA FRENTE A ACCIONES HORIZONTALES. [8.2] FUNCIONAMIENTO [8.3] SOLICITACIONES LOS FORJADOS BIDIRECCIONALES TRANSMITEN LA CARGA EN DOS DIRECCIONES. PARA ELLO, ESTE TIPO DE FORJADOS POSEEN SUS ELEMENTOS RESISTENTES O NERVIOS EN AMBAS DIRECCIONES, FORMANDO UNA RETÍCULA. LOS FORJADOS BIDIRECCIONALES TRABAJAN PRINCIPALMENTE A FLEXIÓN EN LAS DOS DIRECCIONES (FLECTOR + CORTANTE). LOS FORJADOS BIDIRECCIONALES SE COMPONEN DE: ELEMENTOS LINEALES RESISTENTES (NERVIOS EN LAS DOS DIRECCIONES) PIEZAS ALIGERANTES (CASETONES) PUEDEN TAMBIÉN ESTAR SOMETIDOS A ESFUERZO AXIL, AUNQUE ÉSTE SERÁ EN GENERAL DE MENOR IMPORTANCIA.
24 8_EL FORJADO BIDIRECCIONAL 23 [8.4] TIPOS [8.4.1] BIDIRECCIONAL DE LOSA MACIZA: LUCES HABITUALES: 6-8M Pabellón de Alemania en Barcelona [Arquitecto: Mies Van der Rohe]
25 8_EL FORJADO BIDIRECCIONAL [8.4] TIPOS [8.4.2] FORJADO RETICULAR (LOSA ALIGERADA): LUCES HABITUALES: 8-10M 24
26 SISTEMAS ESTRUCTURALES ŸUNIDIRECCIONALES ŸBIDIRECCIONALES 25
27 9_FORJADO UNIDIRECCIONAL SOBRE PÓRTICOS [PÓRTICOS PLANOS] [9.1] FUNCIONAMIENTO Bailey House [Arquitecto: Pierre Koenig] Pórtico 1 Pórtico 2 [REPRESENTACIÓN EN PLANTA] LAS CARGAS SE TRANSMITEN DEL FORJADO A LAS VIGAS DE LOS PÓRTICOS, Y DE ÉSTAS, A LOS PILARES, QUE A SU VEZ LAS LLEVAN HASTA EL TERRENO. LOS PÓRTICOS SON PARALELOS ENTRE SÍ. Casa MALIN [Arquitecto: John Lautner] 26
28 10_FORJADO UNIDIRECCIONAL SOBRE PÓRTICOS [PÓRTICOS ESPACIALES] [10.1] FUNCIONAMIENTO Pórtico 3 Pórtico 4 Pórtico 1 Pórtico 7 LAS CARGAS SE TRANSMITEN DEL FORJADO A LAS VIGAS DE LOS PÓRTICOS, Y DE ÉSTAS, A LOS PILARES, QUE A SU VEZ LAS LLEVAN HASTA EL TERRENO. A DIFERENCIA DEL CASO ANTERIOR, EN ESTE CASO HAY PÓRTICOS EN DOS DIRECCIONES PERPENDICULARES. Pórtico 6 Pórtico 5 Pórtico 2 Pórtico 8 [REPRESENTACIÓN EN PLANTA] EN LOS PILARES COMPARTIDOS POR DOS PÓRTICOS PERPENDICULARES HABRÁ FLEXIÓN EN LAS DOS DIRECCIONES (FLEXIÓN ESVIADA), ADEMÁS DEL AXIL DE COMPRESIÓN. PLANTA de forjado unidireccional sobre pórticos espaciales 27
29 11_FORJADO UNIDIRECCIONAL SOBRE MUROS [11.1] FUNCIONAMIENTO Iglesia de San Román LAS CARGAS SE TRANSMITEN DEL FORJADO A LOS MUROS SOBRE LOS QUE APOYA, LOS CUALES LA LLEVAN HASTA EL TERRENO. [REPRESENTACIÓN EN PLANTA] LOS MUROS SON PARALELOS ENTRE SÍ. 28
30 12_FORJADO UNIDIRECCIONAL O CUBIERTA SOBRE ARCOS 29 [12.1] FUNCIONAMIENTO Mercado de Santa Caterina [Arquitectos: Enric Miralles y Benedetta Tagliabue] EN ESTE CASO, EL FORJADO NORMALMENTE ES DE CUBIERTA, Y TIENE FORMA CURVA, AUNQUE SUS ELEMENTOS RESISTENTES (VIGUETAS, CORREAS) SON RECTOS. Mercado de Santa Caterina [Arquitectos: Enric Miralles y Benedetta Tagliabue]
31 13_FORJADO BIDIRECCIONAL SOBRE PILARES [13.1] FUNCIONAMIENTO Willis Faber & Dumas Headquarters [Arquitecto: Fosters and Partners] [REPRESENTACIÓN EN PLANTA] EL FORJADO BIDIRECCIONAL (RETICULAR O LOSA MACIZA) TRANSMITE LA CARGA EN DOS DIRECCIONES, POR LO CUAL NO HACEN FALTA VIGAS. EN ESTE CASO, LA CARGA SE TRANSMITE DIRECTAMENTE DESDE EL FORJADO A LOS PILARES. Stansted Airport Railway Station. Londres 30
32 14_FORJADO BIDIRECCIONAL SOBRE MUROS [O VIGAS] [14.1] FUNCIONAMIENTO 2 Casas en Ponte de Lima [Arquitecto: Soto de Moura] [REPRESENTACIÓN EN PLANTA] EL FORJADO BIDIRECCIONAL (RETICULAR O LOSA MACIZA) TRANSMITE LA CARGA EN LAS DOS DIRECCIONES PERPENDICULARES, A LOS MUROS O VIGAS SOBRE LAS QUE APOYA. 31
33 ESTRUCTURAS ESPECIALES 32 LÁMINAS Construcción del restaurante Los Manantiales [Félix Candela] Iglesia de Cuernavaca [Félix Candela] Restaurante Los Manantiales [Félix Candela] MALLAS DE BARRAS Fiera Milano [Arquitecto: Massimiliano Fuksas] BZ Bank Berlín [Frank O. Gerhy] Museo Británico de Londres [Arquitecto: Norman Foster] Estadio Olímpico de Sidney [Arquitecto: Bligh Voller Nied] Puente del Cristo de la Expiración [Ingeniero: José Luis Manzanares Japón] ESTRUCTURAS TENSADAS Estadio Olímpico de Múnich [Arquitecto: Frei Otto]
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