ESTRUCTURAS PORTICADAS SOPORTE

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1 ESTRUCTURAS PORTICADAS SOPORTE Construcción I. Materiales i técnicas. 1r curso Àrea de Construcció Curso Clave Máster y Curso Asignatura Sesión 1/4 Pág. 1

2 Índice 1. Definición 1.1. Pórtico 1.2. Vanos, 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 a acciones verticales 3.2. Deformaciones a acciones horizontales 3.3. Transmisión de esfuerzos y deformaciones entre elementos 3.4. Apeos 3.5. Compatibilización de deformaciones 4. Estabilidad 4.1. Estabilidad global 4.2. Estrategias de estabilización: Por masa Por núcleo rígido Por plan rígido Por nudos rígidos 5. Materiales y uniones 5.1. Materiales amorfos 5.2. Materiales conformados 6. Percepción del plano del pórtico 7. Fuentes de información

3 1 01 DEFINICIÓN

4 1.1 Pórtico Pórtico: Soporte formado por elementos lineales (barras) que definen un plan virtual. Uno de los elementos (el superior o jácena) esta sometido a flexión.

5 1.2 Vanos, niveles, crujías: Puede tener un vano Pórtico 1 Pórtico 2 Puede tener más vanos Puede tener uno o más niveles riostra Puede tener voladizos en los extremos jácena voladizo Puede haber dos o más pórticos, definiendo crujías entre ellos pilar vano pilar crugia Los elementos pueden funcionar independientemente o de forma conjunta. En ese último caso, el elemento lineal de unión entre pórticos se llama riostra Finalmente, el elemento que acaba de conformar un plano continuo entre pórticos se llama forjado

6 1.3 Requerimientos Transmisión de acciones: Hay que asegurar un comportamiento unitario de la estructura, con tal de transmitir las acciones verticales y horizontales a través de los elementos de soporte y estabilización hasta el terreno. Deformabilidad: Hay que controlar las deformaciones del pórtico y de los rellenos que éste pueda tener. Estabilidad: Hay que estabilizar el pórtico frente a las acciones horizontales (viento, sismo, etc ) Los elementos deben conseguir la estabilidad dentro del mismo plano del pórtico, bien sea por nudos rígidos, planos indeformables, etc. También hay que garantizar la estabilidad del pórtico en el plano perpendicular al mismo.

7 2 02 TRANSMISIÓN DE ACCIONES

8 2.1 Transmisión de acciones verticales: Las acciones verticales que actúan sobre el edificio son: Peso propio (estructura) Sobrecargas permanentes (fachadas, etc.) Sobrecarga de uso (personas, mobiliario) Nieve Las acciones verticales a menudo son cargas distribuidas y hay que controlar su descenso por la estructura. Esto conlleva una jerarquización de los elementos que forman la estructura: Descenso de cargas verticales: Forjado>Jácena>Pilares>Cimientos >Terreno

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

10 Le Corbusier. Unité d'habitation (Marsella, )

11 2.2 Transmisión de acciones horizontales: Las acciones horizontales que actúan sobre la edificación son: Viento (presión i succión) Sismo Las acciones horizontales a menudo son cargas distribuidas variables en intensidad y frecuencia y hay que controlar su transmisión. Transmisión de las cargas: Fachada> pórtico> forjado-jácenas > pilares-núcleos-planos rígidos>cimientos >terreno

12 3 03 DEFORMACIONES

13 L. Mies van der Rohe. Neue National Gallerie (Berlin, ) Flecha excesiva Reducción de luz y Voladizos extremos Dilataciones con pilares y jácena empotradas Dilataciones con pilares y jácena articulados

14 3.1 Deformaciones a acciones verticales Cualquier acción provoca deformaciones sobre 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 unió: sólo en jácenas (uniones articuladas) en jácenas y pilares (uniones rígidas = empotramiento) Códigos gráficos: articulación / rótula patín nudo rígido / empotramiento

15 3.2 Deformaciones a acciones horizontales Cualquier acción provoca deformaciones sobre 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 en jácenas (uniones articuladas) en jácenas y pilares (uniones rígidas = empotramiento) Códigos gráficos: articulación / rótula patín nudo rígido / empotramiento

16 3.3 Transmisión de esfuerzos y deformaciones entre elementos En una estructura isostática, las cargas se transmiten por el único camino posible. En una estructura hiperestática, las cargas e transmiten por el camino más rígido de los varios caminos disponibles. En una estructura hiperestática se transmiten flexiones a los pilares, i por lo tanto éstos tienen mayor riesgo de alabeo. Una estructura puede ser más o menos hiperestática (grado de hiperestatismo)

17 3.3 Transmisión de esfuerzos y deformaciones entre elementos Un pórtico puede tener uno o más vanos, que pueden funcionar de forma conjunta o independiente. Vanos 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 que se transmiten las deformaciones entre elementos y las flechas se compensan y, por tanto, a igualdad de carga y inercia (canto), son menores que en el caso de vanos independientes. Por otro lado, en una estructura con uniones rígidas entre elementos, la carga de un elemento comporta deformaciones en elementos adyacentes, aunque éstos no estén directamente cargados.

18 3.4 Apeos. La continuidad de los soportes verticales (pilares) uno sobre el 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 en su luz. El factor que afecta más a la flecha es la luz entre suportes. Para mantener la flecha proporcionalmente se deberá aumentar mucho más la inercia (el canto).

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 inserir. Se deberá escoger entre: Estrategia permisiva: Permitir deformaciones diferenciales dejando que los elementos se muevan independientemente en 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 les jácenas i forjados para poder reducir tanto como se puedan las deformaciones. (Así solo reducimos la magnitud del problema, pero no lo resolvemos del todo)

20 4 04 ESTABILIDAD

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

22 4.1 Estabilidad global Una estructura porticada debe ser estable en todas direcciones. No se debe plegar. Debemos estabilizar las seis caras: Las cuatro fachadas La cubierta El terreno

23 4.1 Estabilidad global Una estructura porticada debe ser estable en todas direcciones. No se debe plegar. Debemos estabilizar las seis caras: Las cuatro fachadas La cubierta El terreno

24 4.2 Estrategias estabilización Podemos usar las siguientes estrategias de estabilización: Por masa Por núcleo rígido Por planos rígidos Por nudos rígidos

25 Estrategias de estabilización: Por masa Estabilización por masa o peso 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 i Callicrates amb Phidias, Parthenó (Atenes, Grècia, 477 a 438 ac)

26 4.2.2 Estrategias de estabilización : Por núcleo rígido Estabilización por núcleos rígidos Se consigue la estabilidad porque los pórticos transmiten las acciones horizontales a otros elementos que las pueden absorber. Es necesaria la existencia de un elemento que sea capaz de realizar esta transmisión entre pórticos y núcleo. Normalmente son los forjados o la cubierta. Es recomendable la disposición de los núcleos de forma simétrica respecto a la planta. Es recomendable disponer los núcleos rígidos a distancias no demasiado grandes de cualquier punto de la construcción.

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

28 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 vanos entre pilares. Hay diferentes sistemas: - Diagonales (a compresión y tracción) - Cruces de S. Andrés (solo 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 i por tanto pueden ser articulaciones.

29 Estrategias de estabilización : Por plano rígido Plano rígido por cruces de S. Andrés (solo trabajan a tracción)

30 Estrategias de estabilización : Por plano rígido Plano rígido por diagonales (a tracción y a compresión).

31 4.2.3 Estrategias de estabilización : Por plano rígido Plano rígido por inserción de elementos indeformables.

32 Estrategias de estabilización: Por plano rígido Plano. rígido por combinación de soluciones.

33 Cruces de San Andrés. A. Aalto - Finish Pavilion Expo Paris-1937

34 Cruces de San Andrés. Rogers and Piano. Centre Pompidou (Paris, Francia, 1972 a 1976)

35 Triangulaciones. Arquitecturas en madera. Estación de Francia. A Montaner (Barcelona, 1929)

36 Planos rígidos. Francisco Cabrero. Vivienda unifamiliar ( Madrid. 1961)

37 4.2.4 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 de los pilares con el terreno. Las barras de los pórticos casi siempre están sometidas a axiles y a momentos simultáneamente.

38 Estructura de hormigón Rudolf Schindler. P. Lovell House (New Port Beach, California, 1926)

39 Estructura de acero. Parque en l Avinguda de l Estatut (Barcelona, 2010)

40 5 05 MATERIALES Y UNIONES

41 5.1 Materiales amorfos Los materiales amorfos tienden a generar uniones rígidas. Un ejemplo típico es el hormigón vertido in situ, donde una unión habitual da lugar a un empotramiento bastante riguroso.

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

43 Alvar Aalto. Riola Parish Church (Riola, Italia, 1975 a 1978)

44 5.2 Materiales conformados Los materiales conformados tienden generar 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 es necesario colocar rigidizadores especiales para este fin. Lo mismo pasa con elementos de madera, hormigón prefabricado colocado en seco, i 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 centre in Den Haag

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 i SOM. John Hancock Center (Chicago, Illinois, 1970)

53 6 06 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 Le 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. Cerramientos y distribución libres respecto los soportes verticales, y respecto los límites de los planos de soporte horizontal. La jácena plana: evolución perversa de la de canto. Funcionamiento estructural forzado. Se intenta 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 (major E) Jácena de canto Jácena plana

56 Le Corbusier. Ville Savoie (Poissy, 1932)

57 7 07 FUENTES DE INFORMACIÓN

58 7. Fuentes de información Diccionari manual de la construcció (ITEC) Diccionari visual de la construcció (ITEC) (descargable en format PDF) La construcción de la arquitectura. 3, La composición. Ignacio paricio. Ed. ITEC Sistemas de estructuras. Henio Engel. Ed. GG Estructuras para arquitectos. Mario Salvadori i Robert Heller. Ed. Kliczkowski Publisher.