Clasificacion De Estructuras Arquitectonicas

1.2 Clasificación de Sistemas Estructurales

1. Sistema de Forma Activa: Estructuras que trabajan a tracción o compresión simples. Tales como los cables y arcos.

2. Sistemas de Vector Activo: Estructuras en estados simultáneos de esfuerzos de tracción y compresión. tales como las cerchas planas y espaciales.

3. Sistemas de Masa Activa: Estructuras que trabajan a flexión. tales como las vigas, dinteles, pilares y pórticos.

4. Sistemas de Superficie Activa: Estructuras en estado de tensión superficial. tales como las placas, membranas y cáscaras

SISTEMAS ESTRUCTURALES DE FORMA ACTIVA

Son estructuras o elementos de materia no rígida, son flexibles, con una determinada forma y asegurada mediante extremos fijos, pueden sostenerse a sí misma y cubrir espacios. Las estructuras utilizadas en los sistemas de forma activa son los cables y arcos.

CARACTERÍSTICAS:

*El cable colgante vertical y la columna vertical son prototipos de sistemas estructurales de forma activa. Transmiten cargas solamente mediante simples tensiones normales (mediante compresión o tracción).

*Vuelven a encauzar las fuerzas exteriores por medio de simples tensiones normales: el arco, por compresión y el cable colgante, por tracción.

*Desarrollan esfuerzos horizontales en sus extremos.

Su forma coincide, con el flujo de los esfuerzos y estos sistemas son, por tanto, el camino natural de las fuerzas expresado en materia. La trayectoria natural de los esfuerzos de un sistema de comprensión de forma activa es el funicular de las comprensiones y la de las de un sistema de tracción es el de las tracciones.

*A causa de su dependencia de las condiciones de carga, son gobernados por la disciplina del flujo natural de las fuerzas, y por ello no pueden llegar a someterse al proyecto arbitrario y libre de forma.

Son los mecanismos más convenientes para alcanzar grandes luces y configurar amplios espacios. Por eso adquieren un significado especial para una civilización de grandes masas que exige espacios de grandes dimensiones.

El arco y el cable colgante son los sistemas más económicos para cubrir un espacio, atendiendo a la relación peso-luz.

EL CABLE

Es la estructura a tensión, los cables son las formas más eficientes que se han construido. Son muy flexibles y cambian de forma bajo la acción de cargas concentradas, no poseen rigidez a la flexión, ni resisten fuerzas de compresión. En la naturaleza, la telaraña, nos sirve de ejemplo y muestra las bondades de su comportamiento.

Bajo la acción de fuerzas concentradas grandes (con peso del cable pequeño con relación a las cargas aplicadas), se deforma, presenta tramos rectos entre los apoyos y los puntos de aplicación de las cargas; pierde su perfil original y alcanza el denominado polígono funicular.

Cuando las cargas son más repartidas se obtienen formas curvas, como la parábola, comúnmente presentada en los puentes colgantes. Para mantener el equilibrio es necesario que en los apoyos del cable, además de la reacción vertical que equilibra las cargas, exista una reacción horizontal hacia afuera. La magnitud de las tensiones (tracciones) en el cable dependerá no solo de las cargas, sino de la magnitud de esa fuerza horizontal y ésta a su vez del inverso de la distancia vertical entre la cuerda que une los apoyos y el cable (denominada flecha). El cable no solo funciona estructuralmente en el plano, sino que se puede usar para cubrir áreas, colocando grupos de cables paralelos, uno junto a otro o usando conjuntos de cables que conformen sistemas de doble curvatura, unos cables con curvatura convexa y otros perpendiculares con curvatura cóncava; los cables también se usan en sistemas radiales, que permiten cubrir superficies redondas. El cable colgante es la forma estructural reina de las grandes luces. Su forma parabólica ha sido prácticamente imbatible y empleada en los puentes de mayor luz. La mayor luz principal construida llega a 1.990 m de luz principal en el puente AKASHI (Japón) inaugurado en 1998.

E l desarrollo tecnológico ha creado los cables de alta resistencia (torones de acero galvanizado), usados con formas estructurales nuevas: los modernos “puentes atirantados”, con cables rectos, conformados por torones paralelos de diámetros pequeños ( 15 mm ), que se anclan individualmente. Estos cables de peso reducido son mucho más fáciles de colocar y reemplazar que los antiguos cables colgantes, en los cuales los procesos de colocación eran muy dispendiosos y demorados y su reemplazo prácticamente imposible.

LOS CABLES RECTOS Como lo expresamos anteriormente, los cables cuando están sometidos a cargas concentradas superiores al peso del mismo, pierden la forma curva y toman formas rectas, semejantes a un polígono. Para el estudio de estos cables se supone que los tramos entre los puntos de aplicación de las cargas son rectos, por lo que la tensión del cable se puede determinar mediante un modelo similar al usado en las cerchas (método de los nudos). La tensión es axial y sigue la trayectoria de los cables. La tensión en cada tramo del cable se puede encontrar mediante un simple equilibrio de fuerzas en cada nudo, el cual mediante los vectores puede manejarse de manera sencilla. Se supondrá que no existe fricción entre el cable y el apoyo cuando se cambia la dirección del cable, como sucede en la parte superior de las torres de los puentes colgantes, y por lo tanto la componente horizontal de la tensión del cable será la misma en todos los puntos del cable. Con esta hipótesis, la tensión del cable depende del ángulo (j) que hace el cable con la horizontal.

1 Polígono funicular, es la forma que adopta el cable ante fuerzas puntuales.

2. Parábola, es la curva que adquiere el cable ante una carga horizontal uniformemente

repartida.

3. Catenaria, es la figura que forma el cable ante el peso propio del mismo.

EL ARCO

Entre las «formas activas» a compresión, el ARCO ha sido la forma estructural que más ha perdurado en la construcción de puentes y una de las más hermosas conquistas del espíritu humano.

Como las fuerzas internas principales son de compresión. El arco no posee la liviandad, ni la flexibilidad geométrica del cable, porque la sección transversal de un miembro sometido a compresión debe tener mucho más masa que la de un cable, con el fin de evitar el pandeo bajo los esfuerzos de compresión.

Además de la reacción vertical es necesario la existencia de una fuerza horizontal en los apoyos, hacia adentro, que contrarreste la fuerza horizontal hacia afuera que hace el arco. La presencia de esta reacción horizontal se facilita cuando los apoyos se hacen en macizos rocosos; también puede darse en

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