06 vigas de gran inercia 05 + 07 ed en torre 01

Similitudes y diferencias entre vigas

Conceptos básicos sobre vigas

• Se discuten las similitudes y diferencias teóricas entre dos tipos de vigas, enfocándose en su capacidad para cubrir grandes luces.

• Al analizar una viga vierendel, se calcula la flexión que genera esfuerzos internos de compresión y tracción en los cordones superior e inferior.

• En el caso del postensado, se transforma el esfuerzo a compresión al tensar un cable, lo que cambia la forma de dimensionar la viga.

Cálculo y dimensionamiento

• La viga postensada no se dimensiona a flexión como la vierendel; en cambio, se verifica el pandeo y se calculan los cables para asegurar su resistencia.

• Es importante explicar cómo trabajan ambos tipos de vigas mediante esquemas que indiquen las zonas de compresión y tracción.

Aplicaciones prácticas: Elección de vigas

Consideraciones para estructuras específicas

• Para una cubierta en un estacionamiento subterráneo, se sugiere utilizar una viga postensada debido a su capacidad para soportar cargas sin necesidad de ventanales.

• Las luces cubiertas por ambas vigas son similares; por ejemplo, 40 m libres pueden ser cubiertos con cualquiera de las dos.

Estructura secundaria

• Se menciona la importancia de tener una estructura secundaria adecuada para soportar diferentes tipos de cubiertas (vidrio, chapa traslúcida).

• La disposición de perfiles debe ser tal que permita intercalar iluminación cenital sin comprometer la estabilidad estructural.

Dudas y aclaraciones sobre vigas

Resumen final sobre tipos de vigas

• Se revisan los tipos de vigas con gran inercia: pretensadas, postensadas y vigas vierendel.

• Se explica cómo dibujar una viga vierendel indicando sus componentes principales: dónde comprime, dónde tracciona y los esfuerzos generados por corte.

Diseño y Verificación de Vigas

Proceso de Diseño de Vigas

• Se inicia el diseño verificando las montantes en una viga de hormigón, comenzando por aquellas que soportan los esfuerzos de corte. La sección más solicitada se verifica en otras partes del diseño.

• En el caso de vigas de acero, se calculan los perfiles bajo tracción, dado que el acero es eficiente en este tipo de esfuerzo. Posteriormente, estos perfiles son verificados para corte y compresión.

• La uniformidad en la sección entre montantes y cordones es crucial para mantener la estética y funcionalidad del diseño estructural. Se busca que todas las partes tengan la misma profundidad.

Cálculo de Tensión en Cables

• Se plantea si es suficiente aplicar una tensión de 30,000 kg a un cable con una flecha específica dentro de una viga postensada.

• El cable está envainado dentro del conducto, lo que indica que se trata de una viga postensada. La carga necesaria se calcula utilizando la fórmula Q cdot L^2 / 8 cdot textflecha .

• Al realizar los cálculos con los datos proporcionados (carga y longitud), se determina que la carga requerida es significativamente mayor (416,000 kg) a comparación con los 30,000 kg propuestos.

Función y Comportamiento Estructural

• Los cables tensados mejoran el comportamiento general de la viga al transformar esfuerzos externos en esfuerzos internos de compresión.

• Se discute cómo calcular la tensión aplicada al cable en kilogramos y su relación con las fuerzas internas generadas durante el proceso.

Verificación de Montantes Verticales

• Se presenta un ejercicio sobre verificar una montante vertical (30x30 cm) en una viga con luz específica (30 m). La tensión máxima permitida debe ser menor a 20 kg/cm².

• El cálculo del corte máximo se realiza mediante Q cdot L / 2 , considerando que la viga está simplemente apoyada. Esto permite determinar si cumple con las especificaciones requeridas.

• Con datos específicos proporcionados (carga Q), se concluye que el corte máximo calculado es adecuado ya que resulta menor a la tensión admisible del hormigón H47.

Ejercicios Finales y Evaluación

• Se menciona que generalmente hay tres ejercicios por examen final: uno teórico, uno práctico sin cálculo específico y otro numérico relacionado con situaciones reales.

• Las preguntas pueden variar desde ejercicios completos hasta problemas específicos como el cálculo del pendolón o situaciones similares donde se aplican fórmulas aprendidas previamente.

• Se observa un interés por parte del grupo sobre temas teóricos no abordados anteriormente durante las clases regulares, sugiriendo revisarlos antes del examen final.

Edificios en Torre: Conceptos Fundamentales

Definición de Edificio en Torre

• Un edificio en torre se define como aquel cuya esbeltez (relación entre altura total y lado menor de la planta) es mayor a 3.

• Si la esbeltez está entre 3 y 5, se puede omitir el cálculo del viento; si está entre 5 y 10, se debe considerar una estructura contra viento.

• Para esbeltices mayores a 10, se requieren estudios especiales debido a las características de gran altura.

Consideraciones Estructurales

• Al dibujar un edificio en torre, se deben identificar claramente los lados de la planta: el lado menor y el lado mayor.

• La altura H se mide desde el nivel del suelo hasta el nivel más bajo de fundaciones, incluyendo subsuelos.

Cargas Actuantes sobre Edificios en Torre

• Las cargas de viento actúan sobre el edificio como si fuera una ménsula empotrada en el suelo, generando esfuerzos laterales significativos.

• Se considera que estas cargas laterales tienden a deformar al edificio similar a cómo lo haría un balcón vertical.

Esfuerzos Principales

• Los edificios en torre experimentan dos tipos principales de esfuerzos: cargas gravitatorias (peso propio del edificio) y cargas laterales por viento.

• Las cargas gravitatorias generan compresión concentrada en la parte inferior del edificio debido al peso acumulado de los pisos superiores.

Diagramas Estructurales

• En los diagramas estructurales, los mayores esfuerzos aparecen en el empotramiento; estos incluyen esfuerzo cortante y momento flector.

• El diagrama normal representa las fuerzas generadas por las cargas gravitatorias, mientras que las fuerzas perpendiculares al eje generan corte y momento.

Diseño de Edificios: Consideraciones Estructurales

Esfuerzos Generados en la Estructura

• Se generan diferentes tipos de esfuerzos en un edificio, incluyendo compresión por cargas gravitatorias, momentos de vuelco y momentos flectores debido al viento.

• El edificio tiende a volcarse y flexionarse, similar a una ménsula en un voladizo. También se presentan esfuerzos de corte por las cargas laterales del viento.

Estabilidad y Verificación del Diseño

• Al diseñar un edificio en torre, es crucial considerar la estabilidad frente a las cargas gravitatorias y el viento. La estabilidad es esencial para evitar el vuelco.

• Para verificar el volcamiento, se debe calcular el momento generado por el peso propio del edificio; mayor peso ayuda a estabilizar contra el viento.

Deformación y Resistencia

• Es necesario verificar la deformación del edificio, especialmente en su parte más alta, así como la resistencia a la rotura mediante estructuras adecuadas contra el viento.

• Las soluciones estructurales pueden incluir tabiques o pórticos que soporten los esfuerzos generados tanto por las cargas gravitatorias como por las laterales.

Cargas Gravitatorias y Viento

• En un esquema del edificio, se deben representar las cargas gravitatorias (G) y las cargas laterales (viento), considerando su ubicación respecto al punto crítico o punto de giro.

• El punto crítico se encuentra en la base del edificio, donde actúan ambas fuerzas. La carga de viento aumenta con la altura hasta alcanzar su máximo valor en los niveles superiores.

Momentos Estabilizadores

• El momento de vuelco se calcula multiplicando la carga lateral del viento por su altura hasta el punto crítico. Para estabilizarlo, se necesita un momento estabilizador calculado con las cargas gravitatorias.

• Ambos momentos (volcador y estabilizador) deben ser considerados para garantizar que no haya riesgo de vuelco durante condiciones adversas.

Estabilidad y Volcamiento en Edificios

Momentos Estabilizadores y de Vuelco

• El momento estabilizador debe ser al menos 1.5 veces mayor que el momento de vuelco para garantizar la estabilidad del edificio.

• Es crucial entender cómo se generan los momentos volcadores y estabilizadores, así como la ubicación de las cargas gravitatorias y de viento.

Verificación Gráfica del Volcamiento

• Se puede verificar gráficamente el volcamiento buscando la resultante de los esfuerzos gravitatorios y de viento, asegurando que caiga dentro del núcleo central de la base del edificio.

• La ubicación correcta de esta resultante es esencial para evitar esfuerzos de tracción en la junta entre la base y el suelo.

Consideraciones sobre Deformación

• Aunque un edificio pueda considerarse empotrado, esto es conceptual; en realidad puede experimentar deformaciones significativas.

• La flecha máxima (deformación) se calcula dividiendo la altura total del edificio por 500, debiendo ser menor a este valor admisible.

Sistemas Estructurales

• Los edificios deben diseñarse para resistir tanto cargas gravitatorias como sobrecargas mediante sistemas estructurales adecuados.

• Existen diferentes tipos de sistemas estructurales, como tabiques contra viento y pórticos, que trabajan juntos para mejorar la resistencia general del edificio.

Combinación de Sistemas Estructurales

• La combinación de tabiques y pórticos permite una mejor distribución de las cargas: los pórticos manejan mejor las deformaciones superiores mientras que los tabiques soportan mejor las cargas inferiores.

Teoría de Cátedra sobre Sistemas Estructurales

Tipologías para Resolver la Rigidez en Edificios

• Se discute la importancia de identificar y graficar las distintas tipologías estructurales que pueden resolver la rigidez en un edificio en torre, incluyendo sistemas de tabiques y pórticos.

• Se presenta un esquema que ilustra cómo los pórticos generan deformación, comparando su comportamiento con el de otros sistemas estructurales.

• La combinación de tabiques y pórticos se analiza, mostrando cómo cada tipo toma cargas diferentes: los pórticos son más efectivos en pisos superiores, mientras que los tabiques lo son en pisos inferiores.

Comparativa entre Sistemas Combinados

• Se explica cómo la deformación varía al combinar tabiques y pórticos, destacando que ambos elementos contribuyen a una mejor distribución de cargas.

• Un ejemplo práctico muestra una planta combinada con tabiques y pórticos, enfatizando la diferencia entre configuraciones circulares y rectangulares.

Rigidez Estructural

• En un ejercicio teórico se plantea cómo cuatro tabiques dispuestos estratégicamente pueden aumentar la rigidez del edificio; se logra mayor rigidez cuando forman un núcleo cerrado.

• El momento de inercia se duplica al tener un núcleo cerrado, lo cual reduce la flecha y aumenta la resistencia general del sistema estructural.

Tubos Ciegos y Calados

• Se introduce el concepto de "tubo ciego", donde los tabiques conforman un sistema cerrado. Este diseño es efectivo pero puede limitarse por requerimientos estéticos como ventanas.

• El "tubo calado" permite pequeños aventanamientos manteniendo características similares a un tubo ciego, optimizando tanto funcionalidad como estética.