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Carga de Viento y Compresión en Estructuras

Desplazamiento de la Resultante de Esfuerzos

• Cuando aparece una carga de viento, la resultante de los esfuerzos se desplaza del núcleo central, afectando el centro de gravedad del perfil.

• Si la excentricidad es menor a H sobre 6, la resultante cae dentro del núcleo central; si es igual a H sobre 6, cae justo en el borde.

Tensiones Generadas

• En ambos casos donde la resultante está dentro o en el borde del núcleo central, las tensiones generadas son siempre del mismo signo (compresión).

• Se establece que estamos ante un caso de compresión dominante; sin embargo, el viento siempre estará presente y debe garantizarse que la pieza permanezca comprimida.

Excentricidad y Modificación de Sección

• Si la excentricidad supera H sobre 6, aparecen esfuerzos tanto de compresión como de tracción, lo cual no es aceptable para estas estructuras.

• Para evitar que aparezcan zonas traccionadas, se debe modificar la sección aumentando su altura para mantenerla siempre comprimida.

Cálculo Teórico y Práctico

• La discusión teórica es crucial para entender cómo garantizar que una pieza esté siempre comprimida mediante el cálculo adecuado de excentricidades.

• Es importante conocer tanto la excentricidad como la altura para asegurar que esta quede dentro del núcleo central.

Deformación por Carga Lateral

• El viento actúa como carga lateral generando presión y succión; esto provoca deformaciones máximas en puntos específicos (a un cuarto de luz).

• La mayor deformación ocurre a un cuarto de luz del arco; este punto es crítico para calcular dimensiones óptimas en estructuras sometidas a cargas laterales.

Estructuras de Compresión y Materiales

Verificación de Altura en Estructuras

• La altura se verifica en puntos específicos, permitiendo ajustar la sección en otros lugares donde no se requiere tanta carga.

Materiales Utilizados en Estructuras de Compresión

• Se mencionan materiales como cerámica armada (ladrillos), que pueden incluir pequeñas armaduras entre ellos para mejorar la resistencia estructural.

Comprensión de Dimensiones

• Se discute cómo identificar las dimensiones B (base) y H (altura total) en estructuras con formas complejas, aclarando que H es la altura total del diseño.

Diagramas de Compresión

• Se explica el concepto de compresión pura y cómo puede haber zonas comprimidas y traccionadas que requieren redimensionar la sección.

Diseño de Bóvedas

• Los materiales ideales para soportar compresión incluyen piedra, madera y hormigón. La cerámica armada es clave en el diseño de bóvedas, ya sea con o sin armadura entre ladrillos.

Construcción y Diseño de Ondas

Visualización del Encuentro entre Ondas

• Se presenta un sector donde se encuentran ondas, mostrando cómo los ladrillos materializan esta forma estructural.

Importancia del Centro de Gravedad

• El centro de gravedad varía según el diseño; si una onda es demasiado horizontal, se debe buscar su centro adecuadamente para mantener equilibrio.

Curvaturas Simples y Complejas

• Las bóvedas más comunes son las bóvedas de cañón corrido. También se introducen techos parabólicos que trabajan a compresión mediante arcos diferenciados.

Cúpulas y Superficies a Compresión

Tipos de Cúpulas

• Existen cúpulas que funcionan exclusivamente a compresión; su diseño depende del ángulo de inclinación.

Necesidad del Anillo Superior

• Para ciertos tipos de cúpulas, es necesario un anillo superior que permita diferenciar los gajos, asegurando estabilidad estructural bajo compresión.

Análisis de Gajos Aislados en Estructuras

Conceptos Fundamentales sobre Gajos

• Se permite que los gajos trabajen como elementos aislados y comprimidos, lo que es crucial para el cálculo de la cúpula.

• Sin un anillo que separe los gajos, las tensiones en el punto superior tienden a ser infinitas, dificultando el cálculo de la tensión.

Comparación entre Tracción y Compresión

• En estructuras, se requiere comparar tracción y compresión; esto incluye entender cómo cada tipo de esfuerzo afecta a la forma del material.

• Para que una pieza trabaje a tracción, debe tener la forma del funicular de las cargas; mientras que si tiene forma inversa (antifunicular), trabaja a compresión.

Formas Geométricas en Estructuras

• Las parábolas o catenarias son ejemplos de formas utilizadas para soportar tracción; el arco es utilizado para compresión.

• La carga distribuida en un arco genera un antifunicular similar a una catenaria invertida, importante para estructuras como bóvedas.

Materiales y Estabilidad

• Los elementos de tracción pueden ser cables o telas; los materiales de compresión incluyen ladrillos, piedra y hormigón.

• La estabilización en estructuras de tracción depende de mantener la forma del cable; mientras que en compresión se necesita tanto forma como inercia.

Diseño Estructural Práctico

• Un ejercicio típico podría requerir diseñar una estructura con cerámica armada, implicando procedimientos específicos para asegurar su funcionamiento bajo compresión.

• El diseño gráfico es esencial para representar correctamente cómo funciona una estructura bajo diferentes tipos de esfuerzos.

Diseño de Estructuras: Cubiertas y Arcos

Introducción al Diseño de Cubiertas

• Se discute la importancia de conocer las excentricidades y los esfuerzos principales en el diseño de cubiertas, sugiriendo que se utilicen fórmulas para verificar estructuras sin necesidad de resolver todos los datos desde cero.

Posibilidades en el Diseño Estructural

• Se plantean preguntas clave sobre cómo materializar apoyos en estructuras de compresión y el funcionamiento de techos parabólicos, así como el diseño de estructuras que incorporen iluminación cenital.

Proceso Inicial del Diseño

• El diseño comienza con una planta específica (ejemplo: 50 m), donde se debe considerar la luz menor y mayor para determinar la ubicación de columnas y arcos.

Detalles del Diseño Estructural

• Se menciona la necesidad de marcar las columnas que soportan presión, indicando su separación ideal (no más de 5 m) y cómo se verían en vistas frontal y lateral.

Análisis Gráfico del Diseño

• En un diseño axonométrico, se pueden visualizar ondas entre columnas. La separación entre columnas puede ser manejada para crear ondas específicas, lo cual es crucial para soportar cargas adecuadamente.

Consideraciones sobre Altura y Esfuerzos

• Se discute cómo aumentar la sección del arco a medida que aumenta la altura para soportar mejor los esfuerzos generados por factores como el viento.

División del Arco para Cálculos

• Al dividir un arco en partes iguales, se facilita el cálculo detallado de esfuerzos. La elección del número de divisiones influye directamente en el análisis estructural.

Flexibilidad en el Diseño Estructural

• No hay un mínimo o máximo estricto para las distancias entre puntos marcados; esto depende más bien del ejercicio específico. Sin embargo, es recomendable evitar dividir el arco en solo dos partes.

Aspectos Constructivos vs. Estáticos

• Se aclara que mientras las distancias entre columnas son constructivas (idealmente no superando 5 m), la división del arco es más flexible y no afecta directamente al diseño estructural general.

Conclusión sobre Altura y Flecha

• El ejercicio puede requerir definir alturas específicas (ejemplo: 4 m). A partir de ahí, se adopta una flecha proporcional a la luz menor, lo cual es esencial para graficar correctamente el arco diseñado.

Diseño de Estructuras: Parábolas y Cálculo de Peso Propio

Introducción a la Parábola en el Diseño

• Se presenta un método gráfico para trazar una parábola, dividiendo líneas en partes iguales y uniendo puntos centrales.

• La parábola se utiliza como un arco inicial que se ajustará según los esfuerzos del peso propio.

Proceso de Diseño

• El diseño puede ser tan simple como crear una estructura de cerámica armada, enfocándose en las cotas y los esfuerzos teóricos.

• Se enfatiza que el diseño no necesita ser completo para evaluaciones finales; se enseñan procedimientos teóricos.

Cálculo del Peso Propio

• Para calcular el peso propio, es necesario diseñar una onda curva con dimensiones específicas (ancho total B y altura).

• Se introduce la idea de usar una onda equivalente de lados rectos para simplificar cálculos y determinar superficie.

Detalles Técnicos sobre la Onda Equivalente

• Se definen medidas clave: B mayúscula (ancho total), B minúscula (medida recta superior), C (cara inclinada), D (espesor).

• La proyección horizontal se denomina B prima, similar al plegado que se abordará más adelante.

Cálculo del Peso por Metro Lineal

• Para obtener el peso por metro lineal, se multiplica la superficie calculada por el peso específico del material (1800 kg/m³ para cerámica armada).

• En análisis de cargas de viento, se considera una presión aproximada de 20 kg/m²; esto afecta cómo se mide la carga generada en la onda.

Análisis de Cargas y Estados Estructurales

• La carga generada por el viento debe multiplicarse por el perímetro sin considerar espesor; esto define el ancho desarrollado.

• Se discute cómo las cargas pueden variar dependiendo del lado desde donde actúa el viento, afectando presión y succión.

Estado Uno: Solo Peso Propio

• En este estado solo actúa el peso propio; es crucial que no haya excentricidad en los esfuerzos.

• Se dibuja el arco original basado en medidas previas, marcando flechas y dividiendo en partes iguales para análisis estructural.

Análisis de Cargas en Arcos

Simetría y Longitudes de Arco

• Se establece que las cargas son simétricas, permitiendo el análisis de solo la mitad del arco. El otro sector tendrá las mismas cargas.

• Las longitudes medidas sobre el arco se denominan L1, L2, L3, L4 y L5, y son distintas debido a su medición curva.

Cálculo de Fuerzas Puntuales

• Se busca calcular la fuerza puntual generada en el centro de cada tramo (P1, P2, P3, P4 y P5), multiplicando el peso propio por cada longitud medida sobre el arco.

• La pregunta surge sobre cómo se miden estas distancias: si se mide sobre el arco o mediante una línea recta entre puntos.

Polígono de Fuerzas

• Se inicia la construcción de un polígono de fuerzas con las cinco fuerzas calculadas (F1 a F5), trazadas en escala.

• Este polígono permitirá determinar la resultante de medio arco al analizar solo un lado del mismo.

Trazado y Gráficos

• Se traza un punto polo desde donde se dibujan rayos para representar las fuerzas. Esto ayuda a visualizar cómo actúan las fuerzas en los tramos analizados.

• En este paso se grafican nuevamente las fuerzas en relación con la medida del arco y los tramitos correspondientes. Solo se consideran las fuerzas debidas al peso propio hasta este momento.