Las figuras que siguen muestran algunas de las principales formas estructurales del concreto reforzado. Más adelante en este volumen se discuten métodos pertinentes de diseño para muchas de ellas.
Dentro de los sistemas estructurales para entrepisos de edificios se pueden mencionar el entrepiso de placa y viga monolítica que se muestra en la figura 1.1, el sistema de viguetas en una dirección de la figura 1.2, y el sistema tipo placa plana sin vigas que se muestra en la figura 1.3.
FIGURA 1.1 Losa de entrepiso de concreto reforzado en una dirección con vigas monolíticas de apoyo.
FIGURA 1.2 Sistema de entrepiso de viguetas en 2 direcciones apoyado sobre vigas monolíticas de concreto y riostra transversal en la esquina.
FIGURA 1.3 Losa de entrepiso de placa plana sin vigas, apoyada directamente sobre columnas.
El entrepiso de losa plana que se muestra en la figura 1.4, frecuentemente usado en edificaciones más cargadas (como bodegas), es similar al sistema de entrepiso de placa plana, pero utiliza mayores
espesores de placa alrededor de las columnas, al igual que columnas acampanadas en la parte superior para reducir los esfuerzos y aumentar la resistencia en las zonas de apoyo. La elección entre éstos y otros sistemas de entrepiso y cubierta depende de requisitos funcionales, cargas, luces y espesores permisibles de elementos, al igual que de factores económicos y estéticos.
Cuando se requieren luces libres largas para cubiertas, se pueden utilizar cascarones de concreto que permiten el uso de superficies extremadamente delgadas, a menudo más delgadas que una cáscara de huevo. La cubierta en placa plegada de la figura 1.5 se puede construir fácilmente ya que está compuesta de superficies planas. Estas cubiertas se han utilizado para luces de 200 pies y más. Los cascarones cilíndricos de la figura 1.6 son también fáciles de construir debido a su curvatura simple y
uniforme; su comportamiento estructural y el rango de luces y cargas son similares a los del sistema de placa plegada.
FIGURA 1.4 Sistema de entrepiso de losa plana, sin vigas pero con mayores espesores de placa alrededor de las columnas y columnas acampanadas en la parte superior para absorber concentraciones locales de fuerzas.
FIGURA 1.5 Cubierta de placas plegadas con una luz de 12 metros que, además de soportar las cargas normales de cubierta, sostiene el cuarto piso mediante un sistema libre de columnas interiores.
FIGURA 1.6 Cubierta de cascarones cilíndricos que proporciona un espacio interior libre de columnas.
Los cascarones de cubierta con doble curvatura pueden generarse a partir de curvas matemáticas tales como arcos circulares, parábolas e hipérbolas, o pueden conformarse a partir de combinaciones complejas de formas. El paraboloide hiperbólico, definido por una parábola cóncava hacia abajo con movimiento a lo largo de una trayectoria parabólica cóncava hacia arriba, ha sido ampliamente utilizado. Aunque se trata de una superficie de doble curvatura, tiene la propiedad de contener dos sistemas de líneas rectas generadoras que permiten la utilización de formaletas rectas de madera.
El domo de la figura 1.7, que sirve de cubierta a eventos de tipo artístico, consiste esencialmente en un domo circular pero incluye superficies monolíticas, y de bordes curvados hacia arriba, para proporcionar rigidez y resistencia en estas regiones críticas.
FIGURA 1.7 Cascarón esférico en Medellín, Colombia. Las superficies de borde en voladizo proporcionan rigidez al domo lateral.
FIGURA 1.8 Puente en concreto sobre el río Magdalena en Colombia
El diseño de puentes ha dado la oportunidad para algunas de las aplicaciones más retadoras y creativas de la ingeniería estructural. El puente que se muestra en la figura 1.8 consiste principalmente en dos vigas cajón gemelas de concreto apoyadas sobre pilas con forma de Y. La figura 1.9 muestra un intercambiador vial, estructura en concreto que permite el flujo vehicular en tres niveles. El espectacular Natchez
Trace Parkway Bridge de la figura 1.10, una estructura en arco de dos luces que utiliza elementos de concreto huecos y prefabricados, sirve de soporte a una autopista de dos carriles a 155 pies por encima del nivel del terreno en el valle. Esta estructura ha merecido varios honores, incluyendo premios de la American Society of Civil Engineers y de la National Endowment for the Arts.
Los tanques cilíndricos de concreto se utilizan ampliamente para almacenamiento de agua o como parte de plantas de tratamiento de aguas residuales. A menudo, los tanques cilíndricos se preesfuerzan circunferencialmente para mantener la compresión en el concreto y eliminar el agrietamiento que de otra manera produciría la presión interna (figura 1.11).
Las formas estructurales de las figuras. 1.1 a 1.11 difícilmente constituyen un inventario completo, pero son ilustrativas de las formas compatibles con las propiedades del concreto reforzado o preesforzado. Elias ilustran la adaptabilidad del material a una gran variedad de estructuras y componentes estructurales unidimensionales (vigas, riostras, columnas), bidimensionales (losas, arcos, pórticos rígidos) y tridimensionales (cascarones, tanques). Esta variabilidad permite adaptar la forma de la estructura a su función de una manera económica, y proporciona al arquitecto y al ingeniero disefiador una amplia gama de posibilidades para soluciones estructurales estéticamente satisfactorias.
FIGURA 1.9 Intercambiador vial de Carabineros en Medellín, Colombia.
FIGURA 1.10 Natchez Trace Parkway Bridge, cerca a Franklin, Tennessee, una estructura de dos luces en arcos de concreto merecedora de premios, que se levanta 155 pies por encima del nivel de terreno en el valle.
FIGURA 1.11 Tanques circulares de concreto utilizados en instalaciones para almacenamiento de malta en Cartagena, Colombia.
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