ESTRUCTURAS CON CABLES - CONSTRUCCIÓN

Las estructuras con cables utilizan el cable como el principal medio de apoyo. Debido a que los cables tienen una alta resistencia a la tensión, pero no ofrecen resistencia a la compresión o a la flexión, deben usarse solamente a tensión. Cuando se sujeta a cargas concentradas, la forma de un cable consiste en segmentos de línea recta. Bajo una carga uniformemente distribuida, adoptará la forma de un arco invertido.

• Una forma funicular es la que adopta un cable que se deforma libremente como respuesta directa a la magnitud y a la ubicación de fuerzas externas. Un cable siempre adapta su forma de modo que se encuentre en tensión pura bajo la acción de una carga aplicada. 1.

• Una catenaria es la curva adoptada por un cable uniforme perfectamente flexible suspendido libremente de dos puntos que no se encuentran en la misma línea vertical. Para una carga que está uniformemente distribuida en una proyección horizontal, la curva se aproxima a una parábola. 2.


ESTRUCTURAS CON CABLES - CONSTRUCCIÓN

Las estructuras suspendidas utilizan una red de cables suspendidos y presforzados entre miembros a compresión para sustentar directamente las cargas aplicadas.


• Las estructuras de curvatura simple utilizan una serie paralela de cables para sustentar vigas o placas que forman una superficie. Son susceptibles de vibrar inducidos por los efectos aerodinámicos del viento. Este riesgo puede reducirse aumentando la carga muerta en la estructura o anclando los cables primarios al suelo con contravientos transversales. 3.

• Las estructuras con cables dobles tienen conjuntos superiores e inferiores de cables de diferentes curvaturas, pretensionados por amarres o por puntales a compresión para hacer al sistema más rígido y resistente a la vibración. 4.

• Los contravientoe absorber la componente horizontal del empuje en una estructura suspendida o atirantada con cables y transfieren la fuerza a un cimiento. 5.

• El mástil es un miembro a compresión vertical o inclinado en una estructura suspendida o atirantada con cables, cjue sustenta la suma de las componentes de las fuerzas verticales en los cables primarios y en los contravientos. La inclinación del mástil permite recibir parte del empuje horizontal del cable y reduce la fuerza en los contravientos. 6.


ESTRUCTURAS CON CABLES - CONSTRUCCIÓN

• Las estructuras de doble curvatura consisten en un campo de cables cruzados de curvaturas diferentes y con frecuencia invertidas. Cada conjunto de cables tiene un periodo natural de vibración diferente, formando así un sistema autoamortiguado que es más resistente a la vibración.


ESTRUCTURAS CON CABLES - CONSTRUCCIÓN

• Las estructuras atirantadas con cables tienen mástiles verticales o inclinados desde los cuales se extienden los cables para sustentar miembros que cubren claros horizontales dispuestos según un patrón paralelo o radial.


ESTRUCTURAS - CASCARONOES

Los cascarones son estructuras de placa curva y delgada construidas de concreto reforzado. Están conformados para transmitir fuerzas aplicadas mediante esfuerzos de membrana — los esfuerzos de compresión, de tensión y cortantes que actúan en el plano de sus superficies. Un cascarón puede sustentar fuerzas relativamente grandes si se aplican uniformemente. Sin embargo, debido a su delgadez, un cascarón tiene poca resistencia a la flexión y no es adecuado para cargas concentradas.

• Las superficies de traslación se generan al recorrer una curva plana a lo largo de una línea recta o sobre otra curva plana. 1.

• Las superficies nsgladas se generan mediante el movimiento de una línea recta. Debido a su geometría de línea recta, una superficie nsglada generalmente es más fácil de formar y construir que una superficie de rotación o de traslación. 2.




• Las superficis de rotación se generan al girar una curva plana alrededor de un eje. Las superficies de domo esférico, elíptico y parabólico son ejemplos de superficie de rotación.

• Los cascarones de barril son estructuras de cascarón cilindrico Si la longitud de un cascarón de barril es tres o más veces su claro transversal, se comporta como una viga de gran peralte con una sección curva que cubre el claro en la dirección longitudinal. Si es relativamente corta, presenta un comportamiento del tipo de arco. Se requieren tirantes o marcos rígidos transversales para contrarrestar el empuje hacia fuera de la acción del arco. 3.
• Un paraboloide hiperbólico es una superficie generada al recorrer una parábola con la curvatura hacia abajo a lo largo de otra parábola con la curvatura hacia arriba, o al recorrer un segmento de línea recta con sus extremos sobre dos líneas sesgadas. Se le puede considerartanto una superficie de traslación como reglada. 4.
• Las superficies de silla de montar tienen curvatura hacia arriba en una dirección y curvatura hacia abajo en la dirección perpendicular. En una estructura de cascarón con superficie de silla de montar, las regiones con curvatura hacia abajo exhiben un comportamiento del tipo de anco, mientras que las regiones con curvatura hacia arriba se comportan como estructuras de cable. Si los bordes de la superficie no están apoyados, también puede estar presente un comportamiento de viga.

• Un hiperboloide de una hoja es una superficie reglada generada al recorrer un segmento inclinado de recta sobre dos círculos horizontales. Sus secciones verticales son hipérbolas. 5.

ESTRUCTURAS EN FORMA DE DOMOS

Un domo es una estructura con forma de superficie esférica que tiene una planta circular y que está construida de bloques apilados, de un material rígido continuo como el concreto reforzado, o de elementos lineales cortos, como en el caso de un domo geodésico. Un domo es similar a un arco que gira excepto que se desarrollan fuerzas cincunferenciales que son de compresión cerca de la corona y de tensión en la parte inferior

• Las fuerzas meridionales que actúan a lo largo de una sección vertical cortada en la su¬ perficie del domo siempre son de compresión bajo una carga vertical completa. 1.
• Las fuerzas tangenciales, que restringen el movimiento hacia fuera del plano de las franjas meridionales en el cascarón de un domo, son de compresión en la zona superior y de tensión en la zona inferior. 2.
• La transición de fuerzas tangenciales de compresión a fuerzas tangenciales de tensión ocurre a un ángulo de 46° a 60° con respecto al eje vertical. 3.

• Un anillo de tensión circunda la base de un domo para contenerá las componentes hacia fuera de las fuerzas meridionales. En un domo de concreto, este anillo se engrosa y se re¬ fuerza para manejar los esfuerzos por flexión causados por las deformaciones elásticas diferentes dsl anillo y del cascarón. 4.


• Los domos Schwedler son estructuras á& domo de acero que tienen miembros que siguen las líneas de latitud y longitud y un tercer conjunto de diagonales que completan la triangulación.



• Los domos de enrejado son estructuras de domo de acero que tienen miembros que siguen los círculos de la latitud y dos conjuntos de diagonales que forman una serie de triángulos isósceles.



• Los domos geodésicos son estructuras de domo de acero que tienen miembros que siguen tres conjuntos principales de círculos máximos quese intersecan a 60°, subdividiendo la superficie del domo en una serie de triángulos esféricos equiláteros.

ARCOS Y BÓVEDAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE EDIFICIOS

Las columnas, las vigas, las losas y los muros de carga son los elementos estructurales más comunes debido a la geometría rectilínea que son capaces de generar. Sin embargo, hay otros medios de cubrir claros y de cercar espacios. Generalmente, éstos son elementos con forma activa que, a través de su forma y su geometría, hacen un uso eficiente del material para las distancias cubiertas en los claros. Aun cuando están fuera del alcance de este libro, se describen brevemente en la siguiente sección.

Los arcos son estructuras curvas para cubrir el claro de un vano, disetíadas para sustentar una carga vertical principalmente por compresión axial, Transforman las fuerzas verticales de una carga sustentada en componentes inclinadas y las transmiten a los estribos en cada uno de los lados del vano arqueado.

• Los arcos de mampostería se construyen con piedras en forma de cutía o dovelas de ladrillo.

• Los arcos rígidos consisten en estructuras curvas y rígidas de madera, acero o concreto reforzado capaces de sustentar algunos esfuerzos flexionantes. 1.



•Para que se elimine la flexión en un arco, la línea de presiones debe coincidir con el eje del arco.

•El empuje de una estructura en arco sobre sus estribos es proporcional a la carga y claro totales, e inversamente proporcional a la altura.

Las bóvedas son estructuras en arco de piedra, ladrillo o concreto reforzado, que forman un cielo raso o techo sobre un salón, un cuarto u otro espacio total o parcialmente cercado. Debido a que una bóveda se comporta como un arco extendido en tercera dimensión, los muros de apoyo longitudinales deben tener estribos para contrarrestar los empujes hacia fuera de la acción del arco.

• Las bóvedas cilindricas tienen sección transversal semicircular. 2.
• Las bóvedas de aristas o de crucería son bóvedas compuestas formadas por la intersección perpendicular de dos bóvedas, que forman cantos vivos diagonales en arco denominados aristas de encuentro. 3.