ESTRUCTURAS I. FACULTAD DE ARQUITECTURA, DISEÑO Y URBANISMO l UDELAR 2018

Transcripción

1 ESTRUCTURAS I FACULTAD DE ARQUITECTURA, DISEÑO Y URBANISMO l UDELAR 2018

2 EQUIPO DOCENTE: Juan Vicente Sarachu Juan José Fontana Jesús Arguiñarena Virginia Vila Daniel de la Fuente Pablo Laurino Mónica Umpierre Jorge Talin Iliana Rodríguez Cristina Dufrechou Fernando Pérez Carla Denino Mariana Saura Claudia Chocca

3 GENERALIDADES Área: Año de la carrera: Tecnológica Segundo Conocimientos previos: Tecnología integrada Organización temporal: Semestral Régimen de aprobación: Para aprobar la asignatura en la modalidad controlada el estudiante deberá demostrar la adquisición de los conocimientos impartidos en las pruebas establecidas. Forma de evaluación: Dos pruebas parciales teórico-prácticas.

4 GENERALIDADES Créditos: 12 1 crédito = 15 horas de dedicación Horas totales: 180 hs. Horas aula: 120 hs. Tres clases semanales de 2 ó 3 hs. (expositivas, prácticas y combinadas) Doble dictado: Turno vespertino: lunes y miércoles de 14:30 a 17:30 hs. viernes de 14:45 a 16:45 hs. Material compartido:

5 BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Fichas de la Cátedra de Estabilidad de las Construcciones I Ficha A Conceptos primarios esenciales. Ficha C Estructuras reticuladas. Material de apoyo a clases de flexión. Modelos. Fichas de la Cátedra de Estabilidad de las Construcciones II Ficha Nº1 Introducción al Curso, Análisis Estructural, Introducción a los Métodos de Resolución de Estructuras Hiperestáticas, Solicitaciones. Ficha Nº2 Apuntes Sobre Método de Cross.

6 BIBLIOGRAFÍA BÁSICA CHARON, P. La Méthode de Cross et le Calcul Practique des Contructions Hyperestiques. CROSS, H. y MORGAN, M.D. (1953). Estructuras continuas de hormigón armado, Dossat, Madrid. DIESTE, Eladio (2001). "Arquitectura y Construcción", en Eladio Dieste , pp , Consejería de Obras Públicas y Transportes, Dirección General de Arquitectura y Vivienda, Departamento de Publicaciones de la Junta de Andalucía, Sevilla-Montevideo. GERE, James (2007). Mecánica de materiales, Thomson Editores, México. Sexta edición. Versión original: Mechanics of Materials, Thomson/Brooks/Cole, TIMOSHENKO, Stephen (1957). Resistencia de Materiales. Primera parte: Teoría Elemental y Problemas, Espasa Calpe S.A., Madrid. Traducción al castellano: Tomás Delgado Pérez de Alba. Versión original: TORROJA, Eduardo (1960). Razón y ser de los tipos estructurales, Instituto Técnico de la Construcción y del Cemento, CSIC, Madrid. SALIGER, Rudolf (1946). Estática aplicada. Editorial Labor, Barcelona, España. 795pp. SALVADORI, Mario y HELLER, Robert (1997). Estructuras para Arquitectos, CP67 Editorial, Buenos Aires. Tercera edición. Versión original: SAYAGUÉS, Alberto. Método de Cross SIEGEL, Curt. (1966). Formas estructurales en la arquitectura moderna. Editorial Continental, México. STIOPIN, P.A. (1968), Resistencia de Materiales. Editorial MIR. Moscú.

7 Plan de Estudios 2015 Art.4.1- Conocimientos y capacidades que acredita el título (...) se define al arquitecto como un profesional con perfil técnico y humanístico, de alcance generalista, capaz de aportar al desarrollo social desde su campo disciplinar específico: la construcción del hábitat en todas sus escalas.

8 Plan de Estudios 2015 Art.8.2- Área Tecnología El Área Tecnología comprende cuatro sub-áreas: Acondicionamientos Estructuras Matemáticas Tecnología y Construcción

9 Sub-área Estructuras Objetivos generales El objetivo de esta sub-área es formar al estudiante en los fundamentos técnicos de los proyectos de estructuras arquitectónicas, en su papel como parte integral del diseño de una obra y en su interacción con los otros sistemas materiales que la componen. Queda comprendido el análisis de los sistemas estructurales, sus características morfológicas, y sus procedimientos de diseño, cálculo y ejecución. Se pretende desarrollar en el estudiante la capacidad de: comprender que el diseño estructural interviene en la caracterización espacial y formal de una obra arquitectónica, analizar modelos de organización de la materia, diseñar estructuras a nivel de anteproyecto y proyecto ejecutivo, trabajar en colaboración con especialistas en la materia, evaluar el desempeño estructural de nuevas tecnologías, y realizar una responsable dirección de obra.

10 Sub-área Estructuras Organización Unidades curriculares Obligatorias: Estructuras I Estructuras II Unidades curriculares Optativas: Taller de estructuras experimentales Laboratorio de morfologías estructurales Profundización en el análisis estructural Proyecto avanzado de estructuras

11 Palacio de los deportes en Roma, Pier Luigi Nervi, 1959 Los arquitectos, aún cuando puedan confiar los cálculos últimos de sus estructuras a un especialista, ellos mismos deben ser antes capaces de idearlas y darles correctas proporciones. Sólo entonces, una estructura habrá de nacer saludable, vital y en lo posible hermosa. Pier Luigi Nervi

12 Hipódromo de la Zarzuela, Eduardo Torroja, 1935 Las obras no se construyen para que resistan. Se construyen para alguna otra finalidad o función, que lleva como consecuencia esencial, el que la construcción mantenga su forma y condiciones a lo largo del tiempo. Su resistencia es una condición fundamental, pero no es la finalidad única, ni siquiera la primaria. Eduardo Torroja

13 Mercado de Algeciras, Eduardo Torroja, 1935 El cálculo no es más que una herramienta para prever si la forma y dimensiones de una construcción, simplemente imaginada o ya realizada, son aptas para soportar las cargas a las que ha de estar sometida. No es más que la técnica operatoria que permite el paso de unas concepciones abstractas de los fenómenos resistentes a los resultado numéricos y concretos de cada caso o grupo especial de ellos. Eduardo Torroja

14 Frontón de Recoletos, Eduardo Torroja, 1935 La obra no nace nunca del cálculo; es el cálculo el que resulta de la traza de la estructura, el que pospuesto a ella ha de garantizar sus condiciones de estabilidad y resistencia. Si, por el contrario, del cálculo no resulta esta garantía, el proyectista ha de modificar su obra y repetir el cálculo, como colofón que cierra y confirma su acierto. Eduardo Torroja

15 Una nueva idea llega de repente y de forma intuitiva. No se llega a ella a través de conclusiones lógicas conscientes. Pero, pensando en ella después, siempre puedes descubrir las razones que te han conducido inconscientemente a tu intuición, y encontrarás una manera lógica de justificarla. La intuición no es más que el resultado de la experiencia intelectual previa. Albert Einstein.

16 Estructuras I: Objetivos Reconocer el rol de la estructura en la configuración espacial de la arquitectura. Identificar las tipologías estructurales habituales en nuestro medio y analizar su relación con el proyecto arquitectónico. Identificar las condiciones del equilibrio estable. Conocer las leyes del álgebra vectorial y aquellas que rigen el comportamiento resistente de los materiales. Reconocer las unidades funcionales que componen las estructuras arquitectónicas, e Interpretar sus interrelaciones. Manejar los distintos modelos inherentes al diseño y cálculo de estructuras. Determinar diagramas de solicitaciones y diagramas tensionales en estructuras de barras. Resolver problemas de dimensionado para tipos estructurales y materiales habituales en la práctica arquitectónica. Comenzar a desarrollar la capacidad crítica del estudiante frente al diseño estructural y frente a la gestión de la dirección de obra. Preparar al estudiante para ser capaz de mantener un diálogo fructífero con los especialistas. Promover el autoaprendizaje y estimular el trabajo grupal.

17 Estructuras I: Contenidos La unidad del pensamiento creativo en la arquitectura. Conceptos básicos: modelos, equilibrio estable y dimensionado de estructuras. Tipologías estructurales habituales en la arquitectura: - estructuras de bielas (barras traccionadas o comprimidas), - estructuras flexadas (flexión simple y compuesta). Equilibrio y solicitaciones en estructuras de tramos lineales rectos, esquematizables en el plano: - estructuras isostáticas: ecuaciones de equilibrio. - estructuras hiperestáticas: resolución por el Método de Cross. Dimensionado con materiales homogéneos según el método de las Tensiones Admisibles.

18 DEFINICIONES EDIFICIO Cuerpo material complejo y estable, con una estructura elaborada con productos fabricados in situ o en planta industrial, unidos entre sí en condiciones técnicas y económicas dadas. ESTRUCTURA Organización material que define una configuración espacial y la mantiene durante determinado período de tiempo. Sustento material necesario para lograr una construcción estable. EQUILIBRIO ESTÁTICO Un objeto se encuentra en equilibrio cuando todas sus partes se mantienen a igual distancia de un marco de referencia. Un objeto se encuentra en equilibrio cuando la sumatoria de todas las fuerzas y momentos que sobre él actúan, resulta igual a cero.

19 SI LA SUMATORIA DE FUERZAS SOBRE UN OBJETO RESULTA DISTINTA DE CERO, EL OBJETO SE DESPLAZA. SI LA SUMATORIA DE MOMENTOS SOBRE UN OBJETO RESULTA DISTINTA DE CERO, EL OBJETO GIRA.

20 EQUILIBRIO DE FUERZAS VERTICALES EQUILIBRIO DE FUERZAS HORIZONTALES

21 EQUILIBRIO DE FUERZAS VERTICALES Y DE MOMENTOS

22 EQUILIBRIO ESTABLE Una estructura se encuentra en equilibrio estable cuando se verifican las siguientes condiciones: EQUILIBRIO GLOBAL: todo el sistema se mantiene quieto con respecto a un marco de referencia, sin desplazamientos ni giros: sin desplazamientos verticales sin desplazamientos horizontales sin giros F VERTICALES = 0 F HORIZONTALES = 0 Momentos = 0 EQUILIBRIO DE LA PARTE: equilibrio de todos los subsistemas (partes), vinculados adecuadamente entre sí. Se deben cumplir las mismas condiciones del equilibrio global, hasta nivel molecular. ESTABILIDAD DE LA FORMA: sometida a un sistema de fuerzas en equilibrio, la estructura inevitablemente se deformará. Frente a un sistema de cargas determinado debe existir una deformación única, previsible y controlada, por motivos de integridad física, apariencia y confort.

23 MODELOS MODELIZAR ES AISLAR LO ESENCIAL DE UN FENÓMENO EN RELACION AL ASPECTO A ANALIZAR. UN MODELO ES UNA SIMPLIFICACIÓN DE LA REALIDAD EN LA CUAL PONEMOS EN EVIDENCIA UNA DETERMINADA CARACTERÍSTICA QUE NOS INTERESA RESALTAR. ES UN SISTEMA SIMPLE CAPAZ DE DAR CUENTA DE ALGÚN ASPECTO DE UN SISTEMA COMPLEJO DE DIFERENTE TAMAÑO Y TAL QUE PUEDAN PONERSE EN CORRESPONDECIA BI-UNÍVOCA. CADA ASPECTO DE LA REALIDAD QUE INTERESE ESTUDIAR PROPORCIONARÁ UN MODELO PARTICULAR. HABRÁ TANTOS MODELOS COMO ASPECTOS DE INTERÉS PRESENTE EL OBJETO EN ESTUDIO.

24 MODELO de FUNCIONAMIENTO TEÓRICO de GEOMETRÍA de VÍNCULOS de CARGAS de MATERIALES OTROS

25 MODELO DE FUNCIONAMIENTO TEÓRICO Descomposición del sistema global en unidades más simples (unidades funcionales), destacando la transmisión de acciones (modelo de acciones) y la interacción entre ellas.

26 Permite estudiar separadamente cada unidad funcional como subsistema independiente. - Cada subsistema recibe: - acciones externas - transmisión de acciones de otra unidades funcionales. - Cada subsistema transmite: -descargas al plano de sustentación o a las unidades funcionales que le brindan el equilibrio, de las que recibe las correspondientes reacciones.

27 MODELO DE GEOMETRÍA Reducción de una unidad funcional a su esencia geométrica: - se determinarán las dimensiones fundamentales (elementos lineales, superficiales o volumétricos). - se considera la materia concentrada en su fibra o plano medio. MODELO DE ACCIONES Una vez realizada la clasificación y cuantificación de las acciones físicas (cargas) que actúan sobre una estructura (cargas permanentes, sobrecargas, cargas variables, etc.), representamos su efecto a través de un sistema de entes físico-matemáticos: un sistema vectorial de fuerzas y momentos Se pueden dividir en: - Fuerzas puntuales - Fuerzas distribuidas (en el plano o los ejes medios) - Momentos

28 MODELO DEL MATERIAL Se considera en forma simplificada la composición de la materia de acuerdo a las necesidades del diseño estructural, caracterizando sus propiedades y comportamiento. Existen dos categorías principales: - materiales homogéneos: acero y madera - homogéneos (todas las partículas presentan las mismas propiedades) - continuos (las partículas llenan completamente el espacio) - isótropos (presentan las mismas propiedades en todas las direcciones) - materiales heterogéneos: hormigón armado

29 MODELO DE VÍNCULOS Representan la forma en que se unen o enlazan las diferentes partes de la estructura (unidades funcionales) entre sí y con el plano de sustentación. Los vínculos deben garantizar la ausencia de algún tipo movimiento y se agrupan para su estudio según los movimientos que pueden impedir en forma confiable.

30 TIPOS DE VÍNCULOS VÍNCULOS SIMPLES: Pueden oponerse a una única dirección de desplazamiento. No impiden giros. Actuando solos no pueden proporcionar equilibrio estable apoyos deslizantes o carritos bielas

31 VÍNCULOS DOBLES: Impiden todo tipo de desplazamiento. No pueden impedir el giro. Actuando solos no pueden proporcionar equilibrio estable articulaciones fijas - rótulas

32 VÍNCULOS TRIPLES: Impiden todo desplazamiento y también todo giro. Pueden llegar a proporcionar equilibrio estable actuando solos. empotramientos

33 VÍNCULOS EN EL PLANO

34 UN CUERPO EN EL ESPACIO PUEDE TENER DESPLAZAMIENTOS O GIROS A EFECTOS DE ANALIZAR ESTOS MOVIMIENTOS EN EL ESPACIO UTILIZAMOS TRES PLANOS ORTOGONALES COMO REFERENCIA: XY, XZ e YZ. EN ESTOS TRES PLANOS PODEMOS VISUALIZAR 6 MOVIMIENTOS POSIBLES: 3 TRASLACIONES 3 GIROS

35 En general simplificamos el análisis reduciéndolo al plano. Los movimientos de un sólido en el plano siempre se pueden reducir a 3: 2 traslaciones y 1 giro

36 Dado que los movimientos son consecuencia de la acción de fuerzas o momentos, tenemos tres ecuaciones que garantizan la ausencia de movimiento en un plano: F horizontales = 0 F verticales = 0 Momentos = 0 EQUILIBRIO GLOBAL EN EL PLANO Mediante una adecuada combinación de vínculos, debemos asegurar la ausencia de todo tipo de movimientos en las estructuras. Para que una estructura analizable en un plano esté globalmente en equilibrio, por lo tanto, es necesario que disponga de al menos 3 restricciones de movimiento (no redundantes): 3 vínculos simples (no paralelos, ni concurrentes en un mismo punto) 1 vínculo simple + 1 vínculo doble (no concurrentes) 1 vínculo triple

37 3 vínculos simples redundantes. 3 vínculos simples redundantes. 3 vínculos simples NO redundantes. 1 vínculo doble + 1 vínculo simple NO redundantes. 1 vínculo doble + 1 vínculo simple redundantes.

38 Tipos de estructuras según sus vínculos Si el número de vínculos de la estructura es menor que el estrictamente necesario para impedir todos sus movimientos, se trata de estructuras HIPOSTÁTICAS. No tienen la posibilidad de alcanzar el equilibrio para todos los posibles estados de carga que se presenten. Si el número de vínculos de la estructura es igual al estrictamente necesario para impedir todos sus movimientos, se trata de estructuras ISOSTÁTICAS. Al momento de analizar su equilibrio global, los vínculos ofrecen igual número de incógnitas que las ecuaciones que nos brinda la estática, tenemos un sistema determinado. Las estructuras con más vínculos que los estrictamente necesarios para garantizar la ausencia de movimientos, son las HIPERESTÁTICAS. Sus vínculos plantean más incógnitas que las ecuaciones de la estática. Para resolver su equilibrio global hay que plantear otras ecuaciones que nos permitan tener un sistema determinado. Considerando las deformaciones elásticas de las estructuras es posible plantear la igualdad de deformaciones a uno y otro lado de cualquier sección, lo que brinda una fuente ilimitada de ecuaciones.

39 Tipos de estructuras según sus vínculos

40 arquitectura - estructura como pensamiento integral unitario Casa Farnsworth, Mies van der Rohe, 1951

41 Casa Farnsworth, Mies van der Rohe, 1951

42 Casa Farnsworth, Mies van der Rohe, 1951

43 Casa Farnsworth, Mies van der Rohe, 1951

44 Casa Farnsworth, Mies van der Rohe, 1951

45 MODELO DE FUNCIONAMIENTO Casa Farnsworth, Mies van der Rohe, 1951

46 SÍNTESIS - Presentamos el curso. - Hablamos sobre los objetivos generales de la sub-área de ESTRUCTURAS. - Hablamos sobre objetivos particulares de ESTRUCTURAS I. - Tomando un ejemplo paradigmático de la arquitectura vimos como a través de los MODELOS nos aproximamos al conocimiento de la REALIDAD, de esta manera definimos: modelo de funcionamiento teórico, de geometría, de acciones, del material y de vínculos. - Definimos EQUILIBRIO ESTABLE. - Clasificamos las estructuras según sus VÍNCULOS en hipostáticas, ISOSTÁTICAS e HIPERESTÁTICAS.

47 EJERCICIOS PRÁCTICOS: ANALIZAR MODELO FUNCIONAL

48 EJEMPLO 1: CUBIERTA SOBRE ESTACIONAMIENTO ANALIZAR MODELO FUNCIONAL

49 EJEMPLO 2: CUBIERTA SOBRE ANDENES ANALIZAR MODELO FUNCIONAL

50 EJEMPLO 2: CUBIERTA SOBRE ANDENES ANALIZAR MODELO FUNCIONAL

51 EJEMPLO 2: CUBIERTA SOBRE ANDENES ANALIZAR MODELO FUNCIONAL

52 EJEMPLO 2: CUBIERTA SOBRE ANDENES ANALIZAR MODELO FUNCIONAL

53 EJEMPLO 3: CARTEL PUBLICITARIO ANALIZAR MODELO FUNCIONAL

54 EJEMPLO 4: CUBIERTA SOBRE ANDENES ANALIZAR MODELO FUNCIONAL

55 EJEMPLO 4: CUBIERTA SOBRE ANDENES ANALIZAR MODELO FUNCIONAL