Lic. En Arquitectura

Diseño Estructural I

Docente:

Arq. José Angel Méndez Dosal

Tema:

Vigas Vierendeel y Arcos

Alumnos:

Franco Solórzano Ramón

Fecha:

23/06/2016

Las Vigas Vierendeel

Las vigas vierendeel, de acuerdo a Diez (2005) y Tremari (2003) son elementos reticulados sin diagonales y de cuerdas paralelas (superior e inferior) que forman paneles y éstos pueden ser aprovechados de diferente forma.

Funcionamiento

Se puede establecer una analogía que la Viga Vierendeel y una viga de alma llena, aprovechando esta analogía es posible tratarla como viga isostática (simplemente apoyada), además de poderse realizar voladizos.

A partir de este esquema se puede comenzar a realizar un análisis de cargas en la viga.

Análisis

En el gráfico se observa la viga vierendeel sometida a cargas concentradas únicamente en los nodos en sentido axial a ellos.

Vemos los diagramas de cortantes y momentos y cómo estos se comportan en la viga.

Finalmente, un esquema de deformación de la viga vierendeel.

Este tipo gráficos nos ayudan a cuantificar y ubicar las fuerzas, cortantes y momentos dentro de la viga

Análisis en voladizo

En el gráfico se observa la viga vierendeel sometida a cargas concentradas cómo en el caso anterior.

Debajo vemos el comportamiento de sus cortantes y momentos, observamos que en la parte de los volados éstos provocan un cambio en el sentido de cortantes y momentos.

Observamos como luce la estructura deformada y su comportamiento es diferente al caso anterior.

Presfuerzos

Las vigas vierendeel están expuestas a esfuerzos de tracción y compresión en las cuerdas paralelas (inferior y superior, respectivamente). Para disminuir o contrarrestar estos esfuerzos se aplica un estado de pre esfuerzo a la misma pieza.

Presfuerzos

Para resistir estos esfuerzos a tracción se disponen de cables tensores. Éstos cables no deben de ser totales ni constantes ya que el esfuerzo de tracción no se comporta igual a lo largo de la viga.

Para lograr ésta variación en el pre esfuerzo a tracción se hace uso de varios cables, según lo establecido por (Tremari, 2003)

Presfuerzos en voladizo

En este ejemplo vemos que el esfuerzo a tracción se realiza en la cuerda superior ya que los cortantes y momentos se generan en sentido opuesto cuando la viga sobrepasa el apoyo.

 También vemos que se disponen elementos diagonales, estos son para favorecer la trayectoria del cable de pre esfuerzo.

Aplicación arquitectónica

Se utiliza para dar solución a espacios arquitectónicos que requieran un claro de grandes dimensiones. Se puede disponer la viga vierendeel para soportar los entrepisos utilizando tensores verticales.

Éstos tipos de estructuras son propensos a deformaciones por temperatura y fuerzas horizontales (sismos y viento).

Aplicación arquitectónica

Si estos pisos son tomados a través de elementos rígidos de concreto, los cuales pueden cumplir con la función de canalizar cargas, para disminuir los efectos de las fuerzas horizontales.

Ejemplos análogos

Casa JG por MPGARQUITETURA

De acuerdo con MPGArquitectura:

El concepto arquitectónico principal fue crear una terraza, también de 20 metros de largo, sin pilares. Las habitaciones de la planta superior se proyectan sobre esa galería, sin ningún apoyo vertical.

Por lo que se recurrió al uso de vigas vierendeel para dar solución a esta conceptualización. En este caso se utilizaros los huecos de las vigas para dar vista hacia el exterior, puesto el punto de la terraza era aprovechar la vista del lugar

Arcos

Definición

Son elementos estructurales, de forma generalmente curva, que, al ser solicitados por cualquier tipo de carga, desarrollan componentes de reacción horizontal en los apoyos, dirigidas hacia el centro del claro. Los esfuerzos que predominan son de compresión.

Historia

De acuerdo con (Moore, 2000) y (Moore, 2000) el arco se remonta a tiempo antes de la era cristiana y era frecuentemente usado por los egipcios, sin embargo, no era el tipo de arco que usualmente conocemos, sino un arco acartelado

Historia

De acuerdo con (Tremari, 2003) los arcos verdaderos fueron desarrollados en grado apreciable por los Etruscos (750 años a.C. a 100 a.C), quienes heredaron ésta técnica a los romanos. Los arcos verdaderos o de dovela son construidos de piedras cortadas en forma de cuña y colocadas en semi circulo, (Moore, 2000). Las aplicaciones del arco que hicieron los romanos han perdurado en el tiempo, algunos ejemplos son sus acueductos, puentes y cubiertas.

Arco verdadero

Las fuerzas de las cuñas permiten que el arco transfiera las cargas verticales a cada lado usando solamente compresión. Note cómo la dovela con las formas de las cuñas tiende a separar las superficies de soporte como resultado de la carga vertical por efecto de la gravedad.

Arbotante

Según Moore (2000) y Tremari (2003) es utilizado para reforzar los muros en la cúspide de las iglesias góticas, contra los empujes horizontales resultantes del abovedado del techo de piedra y nació como solución a la verticalidad de las catedrales góticas

Arbotante

Además (Moore, 2000) añade que estos arcos ayudaban a las catedrales góticas a fortalecer la parte superior de la estructura contra las fuerzas del viento y permitió muros laterales más delgados permitiendo abrir vanos más grandes.

Al arbotante también se le denomina botarel

Clasificación

Se pueden clasificar de dos formas de acuerdo a (Tremari, 2003), la primera es en relación a los materiales que lo conforman, los cuales pueden ser:

• De piedra
• Mampostería de tabique
• Concreto
• Acero
• Madera, etc.

Clasificación

La segunda forma de clasificarlos es en relación a su forma, en los cuales tenemos los siguientes:

Clasificación

Por su parte (Moore, 2000) hace la clasificación de los arcos de acuerdo al método de construcción utilizado, siendo arcos de mampostería y arcos de otros materiales.

Clasificación

En cuanto a los arcos de otros materiales, Moore establece que son los construidos por materiales que resisten tensión y flexión como el acero, la madera laminada y el concreto reforzado, los cuales se clasifican así:

Elementos del arco

En este gráfico observamos dos tipos de arcos que dependen del material con el que fue construido. Vemos que se hace una diferencia entre los arcos que funciona mediante ensamblaje de piezas de los arcos que se conforman de una sola pieza.

Apoyo del arco

Tremari (2003) coincide en esta clasificación cuando se trata de ordenarlos en función a su tipo de apoyo. El los describe de la siguiente manera:

Arco empotrado

Es el tipo de arco que tiene menores momentos por sobrecarga (deformaciones) y por ello se puede diseñar con mayor esbeltez, sin embargo, es el más susceptible a esfuerzos por temperatura y el asentamiento mismo de los apoyos, (Tremari, 2003).

Apoyo del arco

Arco Biarticulado

Éste tipo de arco se emplea en cubiertas, donde generalmente los apoyos, constituidos por pilares o muros, carecen de rigidez para impedir la rotación de sus arranques (Tremari, 2003).

Apoyo del arco

Arco Triarticulado

Este tipo de arco está provisto de dos rotulas en los arranques y una tercera en la clave, es determinado o isostático y su solución puede ser gráfica o analítica valiéndose de las tres ecuaciones de la estática, (Tremari, 2003).

Articulaciones

Las articulaciones de los arcos biarticulados y triarticulados pueden ser resueltas en acero o concreto reforzado. Éstas articulaciones tienen como función ofrecer resistencia al giro y transmitir al apoyo la fuerza normal y el cortante, (Tremari, 2003).

Bibliografía

Diez, G. (2005). Diseño estructural en Arquitectura: introducción. Buenos Aires, Argentina: Nobuko.

Moore, F. (2000). Comprensión de las estructuras en arquitectura. McGraw-Hill.

Tremari, R. G. (2003). Diseño estructural simplificado. Guadalajara, México: Universidad de Guadalajara.