Tema 11:Vigas, pilares y pórticos

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Ramona Álvarez Suárez
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Tema 11:Vigas, pilares y pórticos 1. Vigas. El trabajo a flexión: canto y rigidez. 2. Pilares. El trabajo a compresión y el Pandeo. 3. Uniones de elementos estructurales lineales: nudos. 4.

1 Tema 11:Vigas, pilares y pórticos 1. Vigas. El trabajo a flexión: canto y rigidez. 2. Pilares. El trabajo a compresión y el Pandeo. 3. Uniones de elementos estructurales lineales: nudos. 4. El pórtico como sistema. 5. Procedimientos constructivos in-situ y prefabricados. 6. Elementos entramados: cerchas y celosías. 7. Estructuras espaciales. INTRODUCCIÓN A LA CONSTRUCCIÓN Curso Escuela Técnica Superior de Arquitectura. Profesor Gonzalo Barluenga Badiola Objetivos docentes del Tema 11: Conocer e identificar los elementos constitutivos de las estructuras reticuladas: vigas, pilares y pórticos. Identificar y analizar el proceso constructivo, soluciones de unión y el comportamiento de estructuras porticadas. Conocer los tipos de elementos estructurales entramados y las estructuras espaciales

INTRODUCCIÓN A LA CONSTRUCCIÓN Curso 2013-2014. Escuela Técnica Superior de Arquitectura.

2 Estructuras Reticuladas Son sistemas estructurales en los que predominan los elementos lineales (vigas, arcos y pilares). Los elementos se organizan de acuerdo con una red plana (planos) o malla tridimensional (espaciales). Pueden organizarse en dos direcciones perpendiculares (vigas y pilares) o en varias direcciones (cerchas y estructuras trianguladas). Se distinguen: elementos de soporte, que trabajan principalmente a compresión, elementos horizontales o inclinados que trabajan a flexión otros elementos lineales, dispuestos en cualquier dirección, que trabajan a compresión o tracción Estructuras Reticuladas

Pueden organizarse en dos direcciones perpendiculares (vigas y pilares) o en varias direcciones (cerchas y estructuras trianguladas).

3 El trabajo a flexión: Vigas Las vigas son elementos estructurales lineales que trabajan principalmente a flexión, salvando un vano. Transfieren las cargas de los elementos que apoyan en ellas (forjados, apoyos puntuales) a los soportes. El tipo de unión de la viga y el soporte condiciona su comportamiento (momentos positivos o negativos). Según su sección, pueden ser: De sección rectangular, en cajón o con dos cordones superior e inferior (alas) y una unión entre ambos (alma) De sección constante o variable De alma llena (continua) o discontinua (triangulada o vierendel) Flexión: Vigas

El tipo de unión de la viga y el soporte condiciona su comportamiento (momentos positivos o negativos).

4 Canto y rigidez de vigas Las dimensiones de la sección de la viga (anchura y canto) se proporcionan a las cargas que debe trasladar y a la distancia entre apoyos (luz). El canto (altura mecánica) de la viga condiciona el estado tensional y la deformación en el centro de vano (el canto influye al cuadrado en la capacidad mecánica). Para optimizar el material de la viga, se tiende a secciones de mayor canto con el material concentrado en los cordones (alas) y un alma de espesor reducido (que trabaja a cortante). Hay que limitar la esbeltez de la sección (alma). Los esfuerzos no previstos (torsión) pueden producir deformaciones locales. Canto y rigidez Secciones de viga de acero Secciones de viga de hormigón Viga mixta acero/hormigón

Para optimizar el material de la viga, se tiende a secciones de mayor canto con el material concentrado en los cordones (alas) y un alma de espesor reducido (que trabaja a cortante).

5 Canto y rigidez Torsión en viga de borde Pandeo lateral por cortante El trabajo a Compresión: Pilares Los pilares son elementos estructurales lineales que trabajan principalmente a compresión. Recogen las cargas de las vigas o losas y las transfieren a la cimentación. La excentricidad de las cargas (desplazadas respecto al eje mecánico) y el tipo de unión (empotramientos) producen esfuerzos de flexión (y de cortante). Pueden ser de sección cuadrada (flexión en dos direcciones) o apantallados (una dirección predominante). Pueden tener sección llena, alas y alma o hueca (tubular).

La excentricidad de las cargas (desplazadas respecto al eje mecánico) y el tipo de unión (empotramientos) producen esfuerzos de flexión (y de

6 El trabajo a Compresión: Pilares El pandeo de los pilares Es la deformación debida a la inestabilidad lateral de los elementos comprimidos. Depende de: nivel y tipo de carga, la unión del pilar en sus extremos (posibilidad de giro) la esbeltez geométrica (relación canto/altura de pandeo). Altura de pandeo: longitud mecánica teórica del pilar. Depende del tipo de unión en base y en cabeza Se puede producir en todas las direcciones del plano horizontal. Se incrementa con las solicitaciones de flexión (excentricidad de carga, empujes laterales, viento).

de pandeo). Altura de pandeo: longitud mecánica teórica del pilar.

7 Rigidez mecánica y esbeltez (pandeo) Nudos de estructuras reticuladas La transferencia de carga de las vigas a los pilares se realiza en el nudo (encuentro entre ambos). Requiere de un desarrollo espacial que permita el paso de la carga (una parte del pilar y de la viga). El comportamiento de las vigas depende del grado de empotramiento en el nudo, y éste del tipo de unión con los pilares (apoyo, articulado o rígido). En las estructuras de viga/pilar no empotrado, las vigas trabajan sólo en momentos positivos y los pilares principalmente a compresión. En las de nudos rígidos (pórticos) pilares y vigas trabajan conjuntamente (giro de los nudos).

El comportamiento de las vigas depende del grado de empotramiento en el nudo, y éste del tipo de unión con los pilares (apoyo, articulado o rígido).

8 Nudos El pórtico como un sistema Los pórticos son estructuras entramadas planas que combinan elementos verticales (pilares) y horizontales (vigas) unidos mediante nudos rígidos. La unión rígida produce la flexión conjunta de ambos elementos frente a cargas gravitatorias y horizontales, incrementando la rigidez y reduciendo la deformación. Los materiales más habituales son acero y hormigón. La combinación de varios pórticos en planos perpendiculares constituye un sistema entramado espacial (aumenta el monolitismo del conjunto y posibilita soluciones modulares)

La unión rígida produce la flexión conjunta de ambos elementos frente a cargas gravitatorias y horizontales, incrementando la rigidez y

9 El pórtico como un sistema El pórtico como un sistema Estructura porticada de madera Estructura porticada de acero

10 El pórtico como un sistema Procedimientos constructivos Las técnicas constructivas empleadas en las estructuras dependen en gran medida del material empleado y de los medios auxiliares disponibles. En las estructuras de madera y de acero, las piezas viene preparadas de taller y en obra se realizan las uniones secas (atornilladas, soldadas o adhesivas) Las estructuras de hormigón pueden ejecutarse insitu (elementos y uniones se realizan a la vez) o estar prefabricadas (las piezas llegan acabadas a obra y se unen una vez posicionadas)

En las estructuras de madera y de acero, las piezas viene preparadas de taller y en obra se realizan las uniones secas (atornilladas,

11 Procedimientos constructivos (madera) Procedimientos constructivos (acero)

12 Construcción in situ de pórticos de hormigón Se realiza por niveles, disponiendo plantas de pilares y, una vez endurecidos, vigas, nudos (rígidos) y forjados. Las vigas tienen continuidad de hormigonado. Los pilares obtienen la continuidad por solape de las armaduras. Procedimiento de ejecución: Construcción/montaje del encofrado (molde) Colocación de armaduras (ferralla) Vertido/bombeado y compactado del hormigón Curado (protección e hidratación durante varios días) Descimbrado (tras alguna semana) Construcción in situ de pórticos

Los pilares obtienen la continuidad por solape de las armaduras.

13 Estructuras porticadas prefabricadas Constituidas por elementos prefabricados (vigas, pilares o marcos). Las uniones se realizan in-situ y pueden ser: Uniones secas: por sistemas de atornillado, soldado o uniones adhesivas (Se pueden poner en carga tras su ejecución o al poco tiempo). Uniones húmedas: por hormigonado o inyección de pastas o morteros (grouts). (Hay que esperar hasta que el material fragüe antes de la puesta en carga). Para evitar problemas de falta de empotramiento, las uniones se suelen constituir en puntos de poca exigencia mecánica (momentos flectores nulos). Estructuras prefabricadas

ejecución o al poco tiempo). Uniones húmedas: por hormigonado o inyección de pastas o morteros (grouts).

14 Elementos entramados: Cerchas y celosías Están compuestos por elementos lineales que trabajan a compresión o a tracción (cargas en nudos). Permiten cubrir grandes luces evitando esfuerzos de flexión en las barras (con grandes flechas). Los nudos son articulados, para evitar flexiones Pueden ser planos (barras coplanares): Cercha: Entramado triangulado con silueta a dos o más aguas. Se utiliza para cubrir grandes luces y conformar los faldones de cubierta. Viga de celosía: Entramado triangulado con cordones inferior y superior paralelos (horizontales) unidos a intervalos por elementos verticales (montantes) o inclinados (diagonales o tornapuntas). Elementos entramados: Cerchas y celosías

Los nudos son articulados, para evitar flexiones Pueden ser planos (barras coplanares): Cercha: Entramado triangulado con silueta a dos o más aguas.

15 Cerchas y celosías Cerchas y celosías

16 Estructuras Espaciales Son soluciones entramadas trianguladas que combinan barras en diferentes planos, creando una estructura espacial. Se consiguen descomponiendo superficies en elementos lineales unidos mediante articulaciones. Para evitar flexiones en las barras, los nudos se trazan con exactitud geométrica. Según la geometría de la estructura, se distinguen: forman varios planos (pabellón, flecha, chapitel) Forman una superficie (plana o curva). Hay que considerara el espesor asociado a la superficie. Estructuras Espaciales Biosphere, Buckminster Fuller

Para evitar flexiones en las barras, los nudos se trazan con exactitud geométrica.

17 Estructuras Espaciales Conceptos del Tema Estructuras reticuladas Pandeo de pilares Ejecutados in-situ Elementos principales: Altura de pandeo Estructuras prefabricadas: Vigas Nudos Tipos de uniones Trabajo a flexión Nudos articulados Elementos entramados: Tipos de vigas Nudos rígidos Cerchas Esbeltez de vigas Pórticos Vigas celosía Rigidez mecánica Vigas de canto y planas Comportamiento de pórticos Procedimientos constructivos: Pilares En madera Barras Trabajo a compresión En acero Nudos Tipos de pilares Hormigón armado Sistemas entramados Estructuras espaciales:

Cerchas Esbeltez de vigas Pórticos Vigas celosía Rigidez mecánica Vigas de canto y planas Comportamiento de pórticos Procedimientos

18 Tema 11:Vigas, pilares y pórticos 1. Vigas. El trabajo a flexión: canto y esbeltez. 2. Pilares. El trabajo a compresión y el Pandeo. 3. Uniones de elementos estructurales lineales: nudos. 4. El pórtico como sistema. 5. Procedimientos constructivos in-situ y prefabricados. 6. Elementos entramados: cerchas y celosías. 7. Estructuras espaciales. Bibliografía de consulta recomendada TORROJA, E. Razón y ser de los tipos estructurales. Editorial IccET. Madrid. (Capítulos VI, IX y X) MONJO (y otros). Tratado de construcción. Sistemas constructivos. Munilla-Lería. Madrid, 2000 (Capítulo 7).

Elementos entramados: cerchas y celosías. 7. Estructuras espaciales. Bibliografía de consulta recomendada TORROJA, E.

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