Clave Máster y Curso Asignatura Sesión 1/4 Pág. 1 INTRODUCCIÓN AL SOPORTE SOPORTE Construcción I. Materiales i técnicas. 1r curso Àrea de Construcció Curso 2015-2016 Revisión 17/03/2016 Autores: Xevi Prat, Joan Espinàs, Neus Mateu
Índice 1. Demandas de soporte 1.1. Acciones verticales 1.2. Acciones horizontales 1.3. Otras acciones 2. Conceptos físicos fundamentales 2.1. Tensión-deformación. Tipos de tensiones 2.2. Tipos de tensiones : axial de compresión o tracción, cortante, momento flector y momento torsor 2.3. Momento flector. Estrategias para minimizarlo 2.4. Pandeo 3. Esfuerzos y deformaciones en las construcciones 3.1. Sistemas comprimidos 3.2. Sistemas traccionados 3.3. Sistemas flexionados 3.4. Resumen compresión-tracción-flexión 3.5. Estructuras complejas 4. Fuentes de información
1. 01 DEMANDAS DE SOPORTE
1.- Demandas de soporte Pedro Duque en la estación espacial Miquel Barceló en Santa Eulalia de Catani (Palermo)
1. Demandas de soporte. 1.1 Acciones Verticales Peso propio del edificio Sobrecargas de uso Sobrecargas de nieve 1.2 Acciones Horizontales Seísmo 1.3 Otras acciones Térmicas, dinámicas, asentamientos Viento Todas las acciones tienen como consecuencia (secundaria per importante) que los edificios, las construcciones experimentan movimientos que deben tenerse en cuenta a la hora de diseñarlos y de construirlos
1.3.1. Asentamientos Asentamientos diferenciales en edificios de Ámsterdam Las acciones sobre los edificios producen una presión sobre el terreno que los soporta que hacen que este se deforme, siempre. La magnitud del asentamiento depende del peso del edificio, del tipo de terreno y del dimensionado y tipo de cimentación. Como los tres son datos que se pueden saber previamente, se procura diseñar el edificio de forma que los asientos sean lo más pequeños posible y no causen problemas una vez aparezcan, al ser casi inapreciables. Asentamientos diferenciales Cuando no se ha diseñado bien el edificio o el terreno no se comporta como se esperaba, pueden aparecer asentamientos de diferente magnitud entre unas y otras partes del edificio, de forma que éste puede verse sometido a movimientos imprevistos y, por tanto, lesionarse: desde pequeñas fisuras hasta la ruina total del edificio. Para ello hay que intentar evitarlos siempre, pero sobretodo en construcciones rígidas porque admiten menos deformaciones.
1.3.2. Acciones térmicas Barandillas metálicas de gran longitud y muy expuestas al sol: juntas Junta de dilatación no lo suficiente efectiva en una cubierta de azotea Junta de dilatación en fachada Las acciones térmicas son debidas a la deformación que toda masa experimenta al cambiar su temperatura. Estas deformaciones pueden producir empujes, de poca dimensión pero de gran magnitud, en elementos constructivos que toquen al elemento o al propio elemento si éste no puede deformarse libremente. En construcción se deben tener en cuenta sobre todo en: -Elementos de gran longitud y / o que tengan un coeficiente de deformación térmica muy elevado: edificios de grandes dimensiones, barandas metálicas, grandes superficies de pavimentos continuos (aunque sean hechos de piezas) -Elementos situados en lugares del edificio muy expuestos a saltos térmicos, como cubiertas o fachadas a sur -Climas que presenten saltos térmicos importantes en los ciclos diario o anual: desiertos, alta montaña... -Fijación o unión entre sí de elementos que tengan muy diferente coeficiente de dilatación térmica Para evitar estos problemas hay dos estrategias: -dejar deformar los elementos libremente mediante juntas de dilatación. Es la más frecuente de las dos -calcular la acción de la deformación térmica y dimensionar el elemento para que pueda absorberla sin colapsar
1.3.3. Acciones dinámicas Puente grúa en una nave industrial Autostadt de Volkswagen en Wolfsburg, Alemania Aparcamiento. 1111 Lincoln Road, Miami Beach. EEUU. Herzog & De Meuron Las acciones dinámicas son debidas a elementos de gran peso que se mueven soportados por el edificio y que le pueden transmitir aceleraciones, desaceleraciones o impactos. Las más comunes son producidas por vehículos, grúas u otras máquinas en movimiento. Suelen producir empujes de tipo horizontal pero pueden llegar a ser muy complejas, en función de las características del movimiento de la máquina.
2. 02 CONCEPTOS FÍSICOS FUNDAMENTALES
2.1. Tensión-deformación. Tipos de tensiones Recordad: CUALQUIER ACCIÓN APLICADA A UN MATERIAL COMPORTA UNA DEFORMACIÓN DEL MATERIAL tensión: distribución de una fuerza en una área o sección σ = Q/A Donde: = tensión (N/mm2) Q = fuerza o carga (N) A = área o sección en la que se aplica (mm2) Si Q 1 = Q 2 i A 1 = 4A 2 σ 2 = 4σ 1 Si Q 1 = 4Q 2 i A 1 = 4A 2 σ 2 = σ 1 Tipos de Tensiones Tensiones normales o axiales Tensiones tangenciales Tensiones de giro de compresión de tracción de cortante de flexión de torsión
2.2. Tipos de tensiones. Esfuerzos axiales y cortante Solicitaciones Esfuerzos Tensiones Deformaciones Axial de compresión: Tensiones normales de compresión. Acortamiento y ensanchamiento Axial de tracción: Tensiones normales de tracción. Alargamiento y adelgazamiento Cortante: Tensiones tangenciales. Sesgado
2.2. Tipos de tensiones. Esfuerzos momento flector y torsor Solicitaciones Esfuerzos Tensiones Deformaciones Momento flector: Tensiones normales de tracción o compresión en los diferentes puntos de la sección. Curvatura, flexión (La parte comprimida se acorta. La parte traccionada se alarga) Compresiones Tracciones Momento torsor: Tensiones tangenciales en todos los puntos de la sección. Retorcimiento.
2.3. Momento flector, estrategias per a minimizarlo Momento flector Compresiones Tracciones Reducir la luz Cambiar condiciones de contorno (empotrar)
Aumentar inercia (separación de la materia respecto a la fibra neutra) 2.3. Momento flector, estrategia para minimizar la deformación Compresiones Tracciones El canto como la medida fundamental. Aumentar inercia (aumentar el canto) La inercia mecánica, que depende de la forma de la sección, reduce la deformación. Importante: la separación de la materia respecto a la fibra neutra.
2.4. Pandeo Pandeo: flexión de segundo orden, derivada de la compresión de un elemento esbelto en la dirección perpendicular al pandeo debido a imperfecciones diferenciales en el reparto, dirección o situación de la fuerza Q, y/o irregularidades del soporte que hacen que la fuerza no actúe totalmente aplomada por el eje del soporte Estrategias para minimizarlo: - reducir la fuerza - aumentar el grueso - reducir la esbeltez confinar el elemento - reducir la esbeltez reducir la altura del elemento
2.4. Pandeo, estrategias para minimizarlo Viviendas en la Hellbergstrasse. Herzog y De Meuron Escuela Velmead, Fleet. Reino Unido. 1984-86. Michael Hopkins h H L Reducir la Q = reducir la luz de L a l l Reducir la esbeltez = reducir la altura de H a h
3. 03 ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN LAS CONSTRUCCIONES
3.1. Sistemas comprimidos
3.1. Sistemas comprimidos
3.1. Sistemas comprimidos Situación inicial (inestable) Estabilidad aumentando la base Estabilidad por masa Compensar empujes incorporando tracción
3.1. Sistemas comprimidos: construcción románica Control geométrico simple. Estabilidad por masa. Grueso muy importante. Mucho gasto de material. Poco aprovechamiento de la capacidad mecánica del material, poca eficiencia.
3.1. Sistemas comprimidos: construcción gótica Control geométrico complejo. Estabilidad por masa, colocada estratégicamente. Gruesos más controlados. Menor gasto de material. Mejor aprovechamiento de la capacidad mecánica del material, mejor eficiencia.
3.1. Sistemas comprimidos: Gaudí. Sagrada Familia. Maqueta funicular y inversión Control geométrico mucho más complejo. La geometría viene de la lectura de la dirección de los esfuerzos. Estabilidad por masa, colocada y orientada estratégicamente. Seria posible optimizar mucho más aún el gasto de material. Aprovechamiento de la capacitad mecánica del material, optimización, mayor eficiencia.
3.1. Sistemas comprimidos: tirantes para compensar empujes Se incorpora un elemento a tracción para compensar los empujes. Control geométrico tan solo en la parte comprimida. El elemento traccionado no tiene límites geométricos, por tanto se puede optimizar mucho el gasto de material. Aprovechamiento de la capacidad mecánica del material, optimización, mayor eficiencia.
3.2. Sistemas traccionados
3.2. Sistemas traccionados: traccionados-comprimidos
3.2. Sistemas traccionados: traccionados-comprimidos Norman Foster. Torre de comunicaciones de Collcerola. 1998-1991
3.3. Sistemas flexionados (flectados) Flexión simple. Luz: distancia entre soportes. (l) Flecha: Deformación vertical. ( l )
3.3. Sistemas flexionados (flectados) Descenso de cargas por muro y arco. Flexión simple.
3.3. Sistemas flexionados (flectados) Flexión doble. Suma de flechas. Flexión con nudos rígidos entre jácena y soportes.
3.3. Sistemas flexionados (flectados) Flexión bidimensional. Losas.
3.4. Resumen compresión-tracción-flexión compresión compresión-tracción flexión-compresión flexión-flexión-compresión doble flexión-compresión
3.5. Estructuras complejas
4. 04 FUENTES DE INFORMACIÓN
4. Fuentes de información Diccionari manual de la construcció (ITEC) Diccionari visual de la construcció (ITEC) (Baixable en format PDF) http://www10.gencat.net/ptop/appjava/cat/documentacio/llengua/terminologia/diccvisual.jsp La construcció de l arquitectura (ITEC) 1 Les tècniques. Capítols I, II, III i IV. I 2 Els elements. Capítol I l envoltant de suport. I.Paricio Ansuategui Estructuras para arquitectos. Mario Salvadori i Robert Heller. Kliczkowski publisher. Estructuras, o porque las cosas no se caen J.E.Gordon. Calamar ediciones. DAU 24, article Apilar, Albert Cuchí, Trenar J. Sabaté. Eupalinos nº8. Article La matèria de l arquitectura J. Sabaté Materiales de construcción, Tomo I y II, Antonio Camuñas y Paredes, Ed. Latina Universitaria, Madrid 1980)