estructuras porticadas

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Sesión 1/4
Asignatura
Clave Máster y Curso
ESTRUCTURAS PORTICADAS
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. Definición
1.1. Pórtico
1.2. Vanos, niveles, crujías
1.3. Requerimientos
2. Transmisión de acciones
2.1. Transmisión de acciones verticales
2.2. Transmisión de acciones
horizontales
3. Deformaciones
3.1. Deformaciones a acciones
verticales
3.2. Deformaciones a acciones
horizontales
3.3. Transmisión de esfuerzos y
deformaciones entre elementos
3.4. Apeos
3.5. Compatibilización de deformaciones
4. Estabilidad
4.1. Estabilidad global
4.2. Estrategias de estabilización:
Por masa
Por núcleo rígido
Por plan rígido
Por nudos rígidos
5. Materiales y uniones
5.1. Materiales amorfos
5.2. Materiales conformados
6. Percepción del plano del pórtico
7. Fuentes de información
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DEFINICIÓN
1.1 Pórtico
Pórtico:
Soporte formado por elementos
lineales (barras) que definen un plan
virtual. Uno de los elementos (el
superior o jácena) esta sometido a
flexión.
1.2 Vanos, niveles, crujías:
Puede tener un vano
Puede tener más
vanos
Puede tener uno o
más niveles
Pórtico 2
Pórtico 1
Puede tener
voladizos en los
extremos
riostra
jácena
vano
pilar
pilar
voladizo
crugia
Puede haber dos o
más pórticos,
definiendo crujías
entre ellos
Los elementos
pueden funcionar
independientemente
o de forma conjunta.
En ese último caso,
el elemento lineal de
unión entre pórticos
se llama riostra
Finalmente, el elemento que acaba de conformar un plano
continuo entre pórticos se llama forjado
1.3 Requerimientos
Transmisión de acciones:
Hay que asegurar un comportamiento unitario de la
estructura, con tal de transmitir las acciones verticales
y horizontales a través de los elementos de soporte y
estabilización hasta el terreno.
Deformabilidad:
Hay que controlar las deformaciones del pórtico y de
los rellenos que éste pueda tener.
Estabilidad:
Hay que estabilizar el pórtico frente a las acciones
horizontales (viento, sismo, etc…)
Los elementos deben conseguir la estabilidad dentro
del mismo plano del pórtico, bien sea por nudos
rígidos, planos indeformables, etc.
También hay que garantizar la estabilidad del pórtico
en el plano perpendicular al mismo.
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TRANSMISIÓN DE ACCIONES
2.1 Transmisión de acciones verticales:
Las acciones verticales que actúan sobre el edificio son:
· Peso propio (estructura)
· Sobrecargas permanentes (fachadas, etc.)
· Sobrecarga de uso (personas, mobiliario)
· Nieve
Las acciones verticales a menudo son cargas distribuidas y hay
que controlar su descenso por la estructura. Esto conlleva una
jerarquización de los elementos que forman la estructura:
Descenso de cargas verticales:
Forjado>Jácena>Pilares>Cimientos >Terreno
Pórticos de varios materiales. Stoa d’Attalus (Atenas, Grecia, 150aC)
Le Corbusier. Unité d'habitation (Marsella, 1945-52)
2.2 Transmisión de acciones horizontales:
Las acciones horizontales que actúan sobre la
edificación son:
· Viento (presión i succión)
· Sismo
Las acciones horizontales a menudo son cargas
distribuidas variables en intensidad y frecuencia y hay
que controlar su transmisión.
Transmisión de las cargas:
Fachada> pórtico> forjado-jácenas >
pilares-núcleos-planos rígidos>cimientos >terreno
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03
DEFORMACIONES
L. Mies van der Rohe. Neue National Gallerie (Berlin, 1962-68)
Flecha excesiva
Reducción de luz y
Voladizos extremos
Dilataciones con pilares y
jácena empotradas
Dilataciones con pilares y
jácena articulados
3.1 Deformaciones a acciones verticales
Cualquier acción provoca deformaciones sobre el elemento que la recibe. Las deformaciones más
evidentes son las flechas de los elementos sometidos a un momento flector.
Flechas por cargas verticales. En función del tipo de unió:
sólo en jácenas (uniones articuladas)
en jácenas y pilares (uniones rígidas = empotramiento)
Códigos gráficos:
articulación / rótula
patín
nudo rígido / empotramiento
3.2 Deformaciones a acciones horizontales
Cualquier acción provoca deformaciones sobre el elemento que la recibe. Las deformaciones más
evidentes son las flechas de los elementos sometidos a un momento flector.
Flechas por acciones horizontales. En función del sistema de estabilización:
sólo en jácenas (uniones articuladas) en jácenas y pilares (uniones rígidas = empotramiento)
Códigos gráficos:
articulación / rótula
patín
nudo rígido / empotramiento
3.3 Transmisión de esfuerzos y deformaciones entre elementos
En una estructura isostática, las cargas se
transmiten por el único camino posible.
En una estructura hiperestática, las cargas
e transmiten por el camino más rígido de los
varios caminos disponibles.
En una estructura hiperestática se
transmiten flexiones a los pilares, i por lo tanto
éstos tienen mayor riesgo de alabeo.
Una estructura puede ser más o menos
hiperestática (grado de hiperestatismo)
3.3 Transmisión de esfuerzos y deformaciones entre elementos
Un pórtico puede tener uno o más vanos, que
pueden funcionar de forma conjunta o
independiente.
Vanos independientes:
Uniones articuladas. No se transmite el
momento de un elemento a otro del pórtico. No
se transmiten las deformaciones.
Elementos dependientes:
Uniones rígidas. Se transmite el momento de un
elemento a otro del pórtico. Sí que se transmiten
las deformaciones entre elementos y las flechas
se compensan y, por tanto, a igualdad de carga
y inercia (canto), son menores que en el caso
de vanos independientes.
Por otro lado, en una estructura con uniones
rígidas entre elementos, la carga de un elemento
comporta deformaciones en elementos
adyacentes, aunque éstos no estén directamente
cargados.
3.4 Apeos.
La continuidad de los soportes verticales (pilares)
uno sobre el otro siempre es deseable. (Elemento
comprimido sobre elemento comprimido).
Apeo:
Apoyo de un pilar sobre un elemento flectado
(jácena, vigueta, etc.)
Hay que tener muy en cuenta la flecha producida
en este último al aplicarle una carga concentrada
importante en su luz.
El factor que afecta más a la flecha es la luz entre
suportes. Para mantener la flecha
proporcionalmente se deberá aumentar mucho
más la inercia (el canto).
3.5 Compatibilización de deformaciones
Inserción de un elemento rígido en un
elemento deformable
Los pórticos flectados tienen unas
deformaciones de orden muy superior al de los
rellenos que podamos inserir. Se deberá escoger
entre:
Estrategia permisiva:
Permitir deformaciones diferenciales dejando
que los elementos se muevan
independientemente en juntas elásticas entre
ellos.
Estrategia coercitiva:
Hacer que el elemento de relleno pueda detener
las deformaciones, asumiendo la carga
necesaria sin romperse.
Equiparar deformaciones:
Sobredimensionar la inercia mecánica (canto) de
les jácenas i forjados para poder reducir tanto
como se puedan las deformaciones. (Así solo
reducimos la magnitud del problema, pero no lo
resolvemos del todo)
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ESTABILIDAD
4.1 Estabilidad global
Una estructura porticada debe ser estable en todas direcciones. No se debe plegar.
Debemos estabilizar las seis caras:
· Las cuatro fachadas
· La cubierta
· El terreno
4.1 Estabilidad global
Una estructura porticada debe ser estable en todas direcciones. No se debe plegar.
Debemos estabilizar las seis caras:
· Las cuatro fachadas
· La cubierta
· El terreno
4.1 Estabilidad global
Una estructura porticada debe ser estable en todas direcciones. No se debe plegar.
Debemos estabilizar las seis caras:
· Las cuatro fachadas
· La cubierta
· El terreno
4.2 Estrategias estabilización
Podemos usar las siguientes estrategias de
estabilización:
· Por masa
· Por núcleo rígido
· Por planos rígidos
· Por nudos rígidos
4.2 Estrategias de estabilización: Por masa
Estabilización
por masa o peso
Se consigue la
estabilidad porque
la resultante de
las componentes
vertical y
horizontal pasa
por el tercio
central de la base
de los elementos
de soporte. No se
generan
tracciones.
Ictinus i Callicrates amb Phidias, Parthenó (Atenes, Grècia, 477 a 438 aC)
4.2 Estrategias de estabilización : Por núcleo rígido
Estabilización por núcleos rígidos
Se consigue la estabilidad porque los
pórticos transmiten las acciones horizontales
a otros elementos que las pueden absorber.
Es necesaria la existencia de un elemento
que sea capaz de realizar esta transmisión
entre pórticos y núcleo. Normalmente son
los forjados o la cubierta.
Es recomendable la disposición de los
núcleos de forma simétrica respecto a la
planta.
Es recomendable disponer los núcleos
rígidos a distancias no demasiado grandes
de cualquier punto de la construcción.
Manuel Gallego. Vivienda unifamiliar en Veige (Sada, La Coruña, 1988-91)
4.2 Estrategias de estabilización: Por plano rígido
El porqué de utilizar triángulos: Porque, si no
se modifican las longitudes entre los vértices, es
una figura geométrica indeformable.
Estabilización por plano rígido
Se consigue la estabilidad rigidizando
vanos entre pilares.
Hay diferentes sistemas:
- Diagonales (a compresión y
tracción)
- Cruces de S. Andrés (solo a
tracción)
- Inserción de un elemento
indeformable
Si la triangulación es total, se reducen
al mínimo los momentos en las barras,
quedando sometidas casi
exclusivamente a axiles de compresión
o de tracción.
Si la triangulación es total, las uniones
no deben garantizar la estabilidad i por
tanto pueden ser articulaciones.
4.2 Estrategias de estabilización : Por plano rígido
Plano rígido por cruces de S. Andrés (solo trabajan a tracción)
4.2 Estrategias de estabilización : Por plano rígido
Plano rígido por diagonales (a tracción y a compresión).
4.2 Estrategias de estabilización : Por plano rígido
Plano rígido por inserción de elementos indeformables.
4.2 Estrategias de estabilización: Por plano rígido
Plano
.
rígido por combinación de soluciones.
Esquemas de estabilización. A. Aalto - Finish Pavilion Expo 1937 - Paris-1937
Rogers and Piano. Centre Pompidou (Paris, Francia, 1972 a 1976)
Arquitecturas en madera. Triangulaciones
Francisco Cabrero. Vivienda unifamiliar ( Madrid. 1961)
4.2 Estrategias de estabilización: Por nudos rígidos
Estabilización por nudos rígidos
Se consigue la estabilidad a partir de la
suma de las rigideces de todos los nudos
de las barras entre ellas
(empotramientos), y de los pilares con el
terreno.
Las barras de los pórticos casi siempre
están sometidas a axiles y a momentos
simultáneamente.
Rudolf Schindler. P. Lovell House (New Port Beach California, 1926)
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MATERIALES Y UNIONeS
5.1 Materiales amorfos
Los materiales amorfos tienden a
generar uniones rígidas.
Un ejemplo típico es el hormigón vertido
in situ, donde una unión habitual da
lugar a un empotramiento bastante
riguroso.
Giuseppi Terragni. Casa del Fascio (Como, Italia, 1936)
Alvar Aalto. Riola Parish Church (Riola, Italia, 1975 a 1978)
5.2 Materiales conformados
Los materiales conformados
generar uniones articuladas.
tienden
Aunque a simple vista puedan parecer
empotramientos, las uniones de acero (incluso
soldadas) son bastante articuladas. Para tener
una unión que se pueda considerar
empotramiento
es
necesario
colocar
rigidizadores especiales para este fin.
Lo mismo pasa con elementos de madera,
hormigón prefabricado colocado en seco, i
otros. Para conseguir un empotramiento con
uniones en seco debemos hacerla más
compleja, como mínimo con dos o más
puntos de unión separados entre ellos.
Articulación
Pórtico con cercha
Lacaton & Vassal. Casa unifamiliar (Lege, Cap Ferret, 1998)
Arconiko architekten, boule centre in the haghe
Shigeru Ban. Porta Est (Odawara Kanagawa, 1990)
Lacaton & Vassal. Casa unifamiliar (Latopie, Floriac, 1993)
Norman Foster. Sainsbury Center (Norwich, Inglaterra, 1977)
I. M. Pei. Bank of China Tower (Hong Kong, 1982 a 1990)
Bruce Graham i SOM. John Hancock Center (Chicago, Illinois, 1970)
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PERCEPCIÓN DEL PLANO DEL PÓRTICO
6.1 Percepción espacial del plano del pórtico
Permanencia perceptiva del plano del pórtico
utilizando jácenas de canto con un funcionamiento
óptimo.
6.1 Percepción espacial del plano del pórtico
Le ideal moderno. El plano estructural
no direccionado. Los muros dejan de ser
los definidores del espacio. Tampoco lo
son los planos de los pórticos con
jácenas de canto.
Cerramientos y distribución libres
respecto los soportes verticales, y
respecto los límites de los planos de
soporte horizontal.
La jácena plana: “evolución” perversa de
la de canto. Funcionamiento estructural
forzado. Se intenta compensar la menor
inercia mecánica de la sección (menor
canto) con más cantidad de material
(mucha más anchura), materiales con
mayores resistencias y mayor módulo
de Young (major E)
Le Corbusier. Ville Savoie (Poissy, 1932)
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FUENTES DE INFORMACIÓN
7. Fuentes de información
Diccionari manual de la construcció (ITEC)
Diccionari visual de la construcció (ITEC) (descargable en format PDF)
http://www10.gencat.net/ptop/AppJava/cat/documentacio/llengua/terminologia/diccvisual.jsp
La construcción de la arquitectura. 3, La composición. Ignacio paricio. Ed. ITEC
Sistemas de estructuras. Henio Engel. Ed. GG
Estructuras para arquitectos. Mario Salvadori i Robert Heller. Ed. Kliczkowski Publisher.