ESTRUCTURAS TRIDIMENSIONALES Y MALLAS ESPACIALES
CONTENIDO ESTRUCTURAS ARMADURAS Tipos de armaduras MALLAS ESPACIALES
Estabilidad de las armaduras tridimensionales Tipos de apoyos Reacción en los apoyos y conexiones para una estructura bidimensional Formas y tipos de estructuras
TRIDILOSA Comportamiento Estructural. Principales características del sistema BIBLIOGRAFÍA
ESTRUCTURAS Las estructuras son aquellos elementos que forman el soporte de toda edificación, cualquiera que esta sea, es por analogía el esqueleto que mantiene la forma y soporta al edificio en sí. ARMADURAS Una armadura consta de elementos rectos que se conectan en nodos. Los elementos de la armadura están sólo están conectados en sus extremos; por lo tanto, ningún elementos continua más allá de un nodo. La mayoría de las estructuras reales están hechas a partir de varias armaduras unidas entre sí para formar una armadura espacial, cada armadura está diseñada para soportar aquellas cargas que actúan en su plano, y por tanto, pueden ser tratadas como estructuras bidimensionales. Los elementos de una armadura, por lo general, son delgados y sólo pueden soportar cargas laterales pequeñas; por eso todas las cargas deben estar aplicadas en los nodos y no sobre los elementos. Cuando se va a aplicar una carga concentrada entre dos nodos o cuando la armadura debe soportar una cara distribuida, como en el caso de la armadura de un puente, debe proporcionarse un sistema de piso, el cual, mediante el uso de travesaños y largueros, transmite la carga a los nodos. Tipos de armaduras Existen diferentes tipos de armaduras, tales como: 1.
armaduras típicas para techos: pratt howe fink
2.
armaduras típicas para puentes: pratt howe Warren Baltimore armadura k
3. otros tipos de armaduras para estadios en voladizo basculante
Las armaduras para techos, requieren apoyo solo en loes extremos. Gracias a esto es posible realizar construcciones con grandes áreas libres de obstáculos en el piso. MALLAS ESPACIALES Cuando varios elementos rectos se unen en sus extremos para formar una configuración tridimensional, la estructura obtenida recibe el nombre de armadura en el espacio o espacial. También suele llamársele estructura tridimensional pues está formada por nudos y barras con seis grados de libertad que se conecta y vincula a la estructura principal de un edificio. Este tipo de estructura se caracteriza por ser un elemento resistente, se forma por la yuxtaposición, en el espacio, de módulos con distintas formas geométricas. A su vez, están constituidas por la unión de nudos y barras de acero. Al igual que las armaduras planas, la figura geométrica básica de una armadura espacial es el triangulo. Un triangulo puede ampliarse para formar una armadura espacial añadiéndole tres barras mas y un nodo. Cada una de las nuevas barras se conecta a un nudo del triangulo básico y los otros extremos se juntan para formar un nuevo nudo. La armadura espacial elemental así formada tiene seis barras y cuatro nudos. Se le denomina tetraedro que es una figura con cuatro superficies triangulares. Esta armadura espacial fundamental puede ampliarse con la adición de tres barras y un nudo. Las armaduras tridimensionales o espaciales, se usan para las torres de transmisión de energía eléctrica y señales en estructuras de techo y para aplicaciones a naves espaciales. Parte del modelado de las estructuras tridimensionales van en la representación de los soportes o apoyos, estos nos proporcionan estabilidad impidiendo el movimiento. Estabilidad de las armaduras tridimensionales La regla general para que exista estabilidad, por lo que respecta a fuerzas externas, es que la proyección de la estructura sobre cualquiera de los tres planos coordenados sea también estable. Por lo tanto, al igual que para las estructuras planas, debe haber por lo menos tres componentes de reacción no concurrentes en cualquier plano. Para la estabilidad externa, las reacciones deben colocarse de modo que puedan resistir traslaciones y rotaciones respecto a cada uno de los tres ejes coordenados. Para lograr este objetivo debe haber por lo menos seis reacciones no paralelas y ellas no deben intersecar un eje común. La estabilidad interna puede lograrse si la armadura se forma basándose en tetraedros, es decir, agregando sucesivamente un nudo y tres miembros.
Tipos de apoyos Las armaduras planas se apoyan en rodillos y articulaciones que suministran una o dos fuerzas de reacción. En las armaduras tridimensionales se usan los mismos tipos de apoyo, pero el número de fuerzas de reacción puede variar entre uno y tres. Los tipos de apoyo se clasifican por la cantidad de grados de libertad que restrinjan. Van desde los más simples que restringen un solo grado de libertad hasta los más complejos que restrinjan seis grados de libertad en el espacio. Los más simples son rodillos, superficies lisas, uniones con cables, apoyos basculantes, etc. Al segundo tipo, aquellos que restringen dos grados de libertad, pertenecen las articulaciones, las superficies rugosas, las rotulas, etc. Al tercer tipo y último en estructuras planas pertenecen los empotramientos. Estos apoyos se describen como: 1.
el soporte de rodillo plano o de soporte esférico de acero o de placa plana, proporciona resistencia a un movimiento perpendicular a la superficie de soporte. 2. el rodillo ranurado, tiene libertad de moverse en una dirección paralela a la superficie de soporte. el movimiento es impedido en la otra dirección paralela a la superficie de soporte, así como perpendicular para ella, dando un total de dos componentes de reacción. 3. la articulación o junta esférica o de rotula, proporciona resistencia al movimiento en las tres direcciones coordenadas. se tiene entonces un total de tres fuerzas de reacción. 4. el eslabón corto, proporciona resistencia solo en la dirección del eslabón. por ello resulta una sola fuerza de reacción, y una fuerza es paralela al eslabón. Reacción en los apoyos y conexiones para una estructura bidimensional
Formas y tipos de estructuras 1.- Base Cuadrada. Es una estructura Simétrica respecto a cuatro planos perpendiculares al plano principal, los dos ortogonales y los otros dos a 45º con respecto a los anteriores. Forman pirámides de base cuadrada, 2.- Base cuadrada girada 45º. Al ser una estructura de base cuadrada mantiene los cuatro planos de simetría perpendiculares al plano principal. Forma pirámides de base cuadrada pero las aristas de la base están dispuestas a 45º respecto de la alineación de las fachadas. 3.- Base Triangular Tiene un plano de simetría perpendicular al plano principal, forma pirámides de base triangular (tetraedros. Generan una malla triangular equilátera indeformable, con excepcional rigidez. 4.- Geodésica. Estas estructuras en forma de cúpula siempre se resuelven con estructura triangular de una o dos capas, Otra forma es plagar la superficie por medio de pirámides rebajadas hexagonales casi siempre atirantadas. TRIDILOSA Sistema Estructural tridimensional mixto de acero y concreto, inventada en 1962 por el Ing. Heberto Castillo Martínez. Se compone de elementos cortos que pueden ser ángulos, tubos o barras, pueden soldarse o atornillarse aplacas de conexión, tanto en el lecho superior como en el lecho inferior, en ambos lechos puede colarse concreto, sin embargo es más común en el lecho superior. Comportamiento Estructural. El concreto del lecho superior absorbe los esfuerzos de compresión, el lecho inferior absorbe los esfuerzos de flexión, para evitar esfuerzos de torsión se coloca el armado transversal y el cortante con las diagonales, las cuales trabajan a tensión y compresión puras.
Se han construido Edificios, puentes vehiculares, peatonales, domos, naves industriales, tiendas departamentales, hangares de aviación, edificios de oficinas, hoteles, astilleros flotantes etc. Principales características de este sistema son: a) La tridilosa se apoya fundamentalmente en la idea de hacer trabajar a la estructura bajo las condiciones más elementales posibles y a los materiales que constituyen la estructura en una forma racional. Las condiciones más simples son las de que los elementos de la estructura trabajen a tensión y a compresión exclusivamente. En la parte superior la tridilosa lleva una capa de concreto de 5 cm. de espesor aproximadamente (el espesor se determina de acuerdo al claro que se cubrirá) que sirve de elemento resistente a la compresión y hace además las veces de piso. La malla superior o inferior de acero es la que absorbe las fuerzas de tensión que originan las cargas verticales horizontales que actúan sobre la estructura, y los elementos diagonales inclinados de acero son los que absorben las fuerzas de tensión o comprensión que corresponderían al llamado esfuerzo cortante, que en este caso son solo fuerzas simples. De lo anterior se concluye que la tridilosa es una estructura sumamente ligera. Una de las grandes ventajas de la tridilosa es que al aumentar el claro de la losa, no aumentamos el peso de la misma, pues solo se modifica el peralte aumentando el espacio de aire entre las capas superior e inferior; pero sin aumentar el peso del concreto. b) Respecto a su funcionamiento y estabilidad, la tridilosa tiene la ventaja de que es hiperestática con un gran número de incógnitas, razón por la cual al ocurrir una falla local de la estructura, se efectúa una redistribución de esfuerzos pero subsistiendo el equilibrio. c) La tridilosa como aislante térmico. La tridilosa tiene la ventaja de que el colchón de aire situado entre las capas de concreto es un aislante térmico extraordinario y se puede considerar que se cumple el mismo principio de aislamiento térmico que produce un doble vidrio en una ventana. Separada también por un colchón de aire, en el cual para que la transmisión del calor se pueda realizar, es necesario el calentamiento del colchón de aire. d) La tridilosa es aislante acústico. El colchón de aire que queda entre las dos capas de concreto origina también el que la tridilosa sea un excelente aislante acústico. e) Sin problemas de flexión, de torsión ni de cortante. Tiene la propiedad de que al ser una estructura formada por un sistema de fuerzas en el espacio, no paralelas, puede reducirse ese sistema a dos únicas fuerzas cruzadas en el espacio y que a su vez se pueden hacer equivalentes a un par y una fuerza, en que el par equivale a lo que en una losa, una conoce como par de flexión o par de torsión. f) Rapidez de construcción La estructura metálica de la tridilosa se puede hacer antes de tener listas las columnas para su montaje, por lo que se fabrica la tridilosa con toda anticipación de tal forma que se pueda tener elaborados uno o dos pisos de ventaja con respecto al avance de la obra.
g) Gran disminución de la obra falsa con la tridilosa. Tiene además la ventaja que como es en la mayor parte de los casos autosoportante su estructura metálica, entonces es posible colar sin cimbra, solo vaciando el concreto sobre un nervometal (figura izquierda). En otras ocasiones se puede colgar la cimbra de contacto de la tridilosa eliminándose el uso de los pies derechos. En estructuras como bóvedas o cascarones, el ahorro por concepto de cimbra es muy considerable. h) La tridilosa proporciona un mejor conocimiento del comportamiento de la estructura. En una estructura como la tridilosa se conoce a ciencia cierta, que la transmisión de esfuerzos de los lechos de concreto superior a inferior se efectúa a través de las barras diagonales, la cual significa la ventaja primordial de saber el comportamiento de la estructura, sobre todo al compararla con una losa maciza o con una losa hueca con trabes como la del entrepiso reticular, en donde se pueden establecer varias hipótesis de transmisión de esfuerzos, pero en donde no se puede decir con precisión hasta la fecha y en forma sencilla, por donde se efectúa esa transmisión. i) Otra de las ventajas fundamentales de la tridilosa es la posibilidad de que todas las instalaciones eléctricas y sanitarias sean colocadas por el centro de la losa, en cualquier dirección, con el único obstáculo de las barras diagonales; aun así, existen huecos de consideración por donde es posible trazar los ductos y hasta es aconsejable suprimir algunas barras para tener una optima colocación de las instalaciones. j) Dado el poco peso de la tridilosa, su empleo en las estructuras tras como consecuencia un ahorro considerable en: 1. Cimentación, ya que pesa hasta un 60 por ciento menos que otros sistemas, lo cual puede originar el que una estructura que necesitaba pilotes o pilas, ya no los necesite. Además la cimentación en si (losa y contratrabes) es más económica por estar sujeta a menores cargas. 2. Columnas, están sujetas a menor carga vertical y menor efecto sísmico ya que al ser el efecto del sismo proporcional al peso de la estructura, a menor peso se tiene menor efecto sísmico. 3. Losas, además de estar sujetada un menor efecto sísmico, están más racionalmente diseñadas.
BIBLIOGRAFIA
ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS, Métodos clásico y Matricial. Nelson Jr., Jack Mc Cormac. Tercera Edicion. Ed. Alfaomega Datos de Biblioteca: TAB781635
MECÁNICA VECTORIAL PARA INGENIEROS, Estática. Beer, Johnston, Mazurek, Eisenberg. Novena Edicion. Ed. Mc Graw Hill
