Informe Catenaria Deformada

Volcamiento de una zapata

Este tipo de falla se presenta cuando la carga a transmitir al suelo viene acompañada de momentos o es excéntrica con respecto a la fundación y el suelo es compresible. En los textos no se encuentra un parámetro que controle directamente este tipo de falla debido a que siempre prevalece el criterio de no admitir tensiones en el suelo. Este criterio, aunque aparentemente controlaría la rotación de la fundación, no es suficiente para asegurar este tipo de falla. Una recomendación puede ser el verificar de todas maneras la estabilidad de la fundación por medio de un factor de seguridad al volcamiento. Se determina el área de contacto y se calcula el factor de seguridad al volcamiento. FS volcamiento >0 1.5 FS volcamiento = momentos resistentes/momentos actuantes Estos momentos se toman con respecto al punto con el cual se espera que rote la fundación en el estado mas critico o sea cuando es inminente la rotación y todas las reacciones del suelo se concentran en un solo punto. En el diagrama de cuerpo libre indicado podemos verificar que quien controla el volcamiento no es el suelo sino las fuerzas restauradoras o estabilizadoras: carga axial, peso propio, peso del lleno sobre la fundación, cargas de otros elementos estabilizadores como muertos en concreto, acción de vigas de fundación, etc.

Se puede concluir que los determinantes del área de la fundación, son las presiones de contacto con el suelo. De se pasa a dimensionar la altura y diseñar la fundación para que no presente falla estructural.

Ley cuadrático-cúbica

La ley cuadrático-cúbica es un principio matemático, aplicado en una variedad de campos científicos, que describe la relación entre el volumen y el área a medida que aumenta, o disminuye, el tamaño de la forma. Fue descrita por primera vez en 1638 por Galileo Galilei en su Dos Nuevas Ciencias:"Discorsi e Dimostrazioni Matematiche, intorno a due nuove scienze. En términos generales este principio establece que, como una forma crece en tamaño, su volumen crece más rápido que su superficie. Cuando se aplica al mundo real, este principio tiene muchas implicaciones que son importantes en campos que van desde la ingeniería mecánica a la biomecánica. Esto ayuda a explicar por qué fenómenos como los grandes mamíferos como los elefantes les cuesta más refrescándose que los más pequeños como los ratones, y por qué hay límites fundamentales para el tamaño se puede construir un castillo de arena .

Descripción

La ley del cuadrado-cubo puede enunciarse como sigue: Cuando un objeto se somete a un aumento proporcional en tamaño, su nuevo volumen es proporcional al cubo del multiplicador y su nueva superficie es proporcional al cuadrado del multiplicador. Representa matemáticamente:

donde v1 es el volumen original, v2 es el nuevo volumen, es la longitud original y es la nueva longitud.

donde A1 es la área original y A2 es la nueva área. Por ejemplo, un cubo con una longitud lateral de 1 metro, tiene una superficie de 6 m 2 y un volumen de 1 m 3 . Si las dimensiones del cubo se duplica, su superficie sería mayor a 24 m2 y su volumen se incrementó a 8 m3 . Este principio se aplica a todos los sólidos.

Ingeniería

Cuando un objeto físico, mantiene la misma densidad y se va ampliando, su masa se incrementa en el cubo del multiplicador, mientras que su superficie sólo aumenta por el cuadrado de dicho multiplicador. Esto significa que cuando la versión completa del objeto se acelera al mismo ritmo que la original, más presión se ejerce sobre la superficie del objeto más grande. Veamos un ejemplo simple de un cuerpo de masa, M, con una aceleración, a, y la superficie, A, de la superficie sobre la que la fuerza de aceleración que actúa. La fuerza debida a la aceleración,

Ahora, vamos a considerar el objeto aumentado por un factor multiplicador = x por tanto la nueva masa ser, M' = x3M, y la nueva superficie sobre la que la fuerza está actuando, A' = x2A. La nueva fuerza debido a la aceleración F' = x3Ma y la presión de empuje resultante,

Por lo tanto, el aumento del tamaño de un objeto, manteniendo el mismo material de construcción (densidad), y la misma aceleración, podría aumentar el empuje por el mismo factor de escala. Esto podría indicar que el objeto tendría menos capacidad para resistir el estrés y serían más propensos al colapso mientras se acelera. Esta es la razón por vehículos de gran tamaño bajo rendimiento en pruebas de choque y por qué hay límites en cuanto a los edificios altos puede ser construida. Del mismo modo, cuanto mayor es un objeto, los objetos menos otros se resisten a su movimiento, haciendo que su desaceleración.

Tipos de uniones

Amarre

El amarre puede confundirse con el nudo, pero la diferencia es muy importante. El amarre no pretende unir dos cuerdas o una cuerda con otro objeto (esas eran las finalidades del nudo). La finalidad del amarre es unir dos objetos, como por ejemplo troncos. Los amarres son muy utilizados para las construcciones de campamento, gracias a los amarres podemos evitar el uso de clavos o alambre (pues son más peligrosos y más contaminantes). El amarre es la unión de varas o maderos y varían segur el grosor y la posición de los palos, a continuación, revisaremos los amarres fundamentales de todo buen campamento. Amarre Cuadrado: Este amarre es utilizado para unir dos postes, de manera que queden perpendiculares el uno del otro. Se comienza haciendo un ballestrinque en uno de los postes y se le da vuelta a la cuerda como muestran las figuras. Se "ahorca" el amarre y se asegura con un ballestrinque. Es muy importante apretar lo más posible cada vuelta del amarre para darle solidez. Se pueden formar distintas estructuras utilizando varios amarres cuadrados, o en combinación con otros tipos de amarres Amarre Diagonal: Este amarre es usado para unir dos postes que no van a quedar perpendiculares el uno del otro. Se comienza con una vuelta de braza (leñador) alrededor de ambos postes y se le da vuelta a la cuerda como se muestra. Se "ahorca" el amarre y se asegura ya sea con un ballestrinque o con otra vuelta de braza. Usándolo en combinación con el amarre cuadrado permite la construcción de estructuras muy sólidas. Amarre Redondo y Paralelo Redondo: Se utiliza para amarrar dos postes de modo que uno sea una "extensión" del otro, para hacer un asta bandera, por ejemplo. Se comienza con un ballestrinque y se da vueltas a la cuerda alrededor de los dos postes como muestra la figura. Se "ahorca" el amarre y se asegura con otro ballestrinque. Igualmente es necesario apretar cada vuelta del amarre para darle mayor solidez. Un buen truco para que los mástiles queden mucho más sólidos es unirlos con dos amarres redondos pequeños, uno arriba y otro abajo (ver figuras 1, 2 y 3). El amarre paralelo redondo es muy similar al redondo en su forma de hacer, pero difieren solamente en que el paralelo redondo no se ahorca y se remata con un ballestrinque al palo en el madero contrario al cual le hiciste el ballestrinque cuando comenzaste el nudo Amarre para trípode: Nuestras estructuras de campamento habitualmente a la hora de ser construidas requieren que queden firmes y no se desarmen cuando se utilicen. Es por ello que el amarre más utilizado en las construcciones es el amarre trípode, debido a que la estructura misma –el trípode– es la más resistente que tenemos a la hora de construir. Para hacer el amarre, primero pon la mitad de la cuerda en uno de los palos de los lados y desde allí entrelázala con los otros dos maderos, asegurándote que los maderos estén los suficientemente separados entre sí para trabajar y que el madero de en medio esté apuntando en dirección contraria a la de los otros dos, puesto que será necesario para cuando pongas de pie tu trípode (fig. 1), luego sigue entrelazando la cuerda unas 3 o 4 vueltas, hasta que notes que ya puede quedar un amarre contundente (fig. 2), tras eso, realiza un “ahorque” entre las dos separaciones de los troncos, apretando con todas tus fuerzas. Incluso, si es necesario, ahorca otra vez, pues el secreto de todo buen amarre en su consistencia está en lo apretado que quede el ahorque (fig. 3), cuando ya hayas ahorcado bien, finaliza tu amarre trípode uniendo ambos extremos de la cuerda con un nudo llano Amarre en Ocho: Permite unir varios troncos uno junto a otro. Es utilizado para hacer balsas, mesas y bases para campamentos elevados, por ejemplo. Se inicia con un ballestrinque y se da vueltas a la cuerda en forma de ocho (por arriba y por abajo) alrededor de los troncos. Luego, se "ahorca" el amarre en cada juntura (cuando son muchos troncos, es conveniente usar una cuerda para cada "ahorcado"). Se termina el amarre con un ballestrinque. Para que las bases así armadas sean más sólidas, es conveniente amarrarlas por ambos extremos, así como montarlas sobre troncos colocados perpendicularmente cerca de los extremos

Encolado

Se conoce como encolado de madera al procedimiento que se utiliza para unir a través de cola una superficie X, ofreciéndole cierta resistencia y durabilidad en el área donde se aplicó la cola. Generalmente la cola se utiliza para pegar madera, la cual debe estar completamente seca para que la sustancia pueda funcionar correctamente penetrando a la superficie. Esta superficie debe estar bien limpia, ya que no debe haber ninguna presencia de polvillo, aserrín o viruta que pueda estropear el trabajo debilitándolo o imposibilitando su unión. Las piezas que se vayan a encolar deben ajustarse perfectamente, y evitar cualquier movimiento entre ellas, ya que esto frenaría la unión. Si las maderas que se pretenden unir son muy absorbentes es recomendable que aplique cola en las dos superficies. Si las juntas no tienen tornillos, estas deben quedar bien unidas y es recomendable que las agarren con sargentos para evitar su movimiento hasta que se sequen. En el mercado se pueden encontrar diferentes tipos de cola, entre las cuales se encuentran: la cola vinílica que es la más utilizada. Es de color blanco, y seca en un tiempo de 1 a 2 horas. Y el cemento de contacto que es muy efectivo, ya que une hasta piezas de diferente naturaleza. Para garantizar la efectividad del acabado, este se debe colocar en las dos superficies a unir y se debe dejar secar unos cuantos minutos antes de pegarlas y realizarle presión. A diferencia de la cola vinílica este encolado dura mayor tiempo.

Condiciones necesarias

La cola es barata, no tiene toxicidad, dura muchos meses sin alterarse, y la zona de unión ofrece más solidez que la propia madera. Las superficies a encolar han de estar secas. Si presentaran humedad, debemos dejarlas secar, en caso contrario la cola no fraguará, y las piezas no quedarán unidas. También es importante que ambas superficies estén perfectamente limpias, sin restos de virutas, serrín o polvo siquiera. Por ello, después del lijado y antes de encolar debemos siempre cepillar o frotar con un paño las superficies, hasta eliminar toda partícula. Las zonas a unir deben quedar limpias, secas y lisas antes del encolado.

Unión lenta pero segura

Conviene presentar las piezas, es decir, realizar un montaje sin aplicar cola para comprobar los ajustes. Si las superficies son muy absorbentes, encolaremos ambas partes. Seguidamente haremos la unión, y aplicaremos presión con pinzas o mordazas, según el tamaño de las piezas. Pasadas 24 horas, la unión se habrá consolidado. Hay varias clases de colas. Las más conocidas son las blancas y las alifáticas, de solidez aún mayor. Algunos artesanos como los fabricantes de violines y guitarras siguen empleando las colas animales de siempre, por sus especiales características. Finalmente, las novedosas colas de contacto se emplean para plásticos y otros materiales. Si utilizará cola común debe de:

• Con un pincel colocar la cola en la superficie que pretende unir.
• Unir las piezas y realizar una fuerte presión entre ellas, ya sea utilizando prensas, pinzas o sargentos, hasta que la cola se seque completamente.

Ahora bien, si el trabajo es en el exterior de la vivienda, debe realizar el mismo paso anterior, pero el secado es mucho más extenso, ya que la sustancia dura mucho más tiempo en secarse

Remache

Un roblón o remache es un elemento de fijación que se emplea para unir de forma permanente dos o más piezas. Consiste en un tubo cilíndrico (el vástago) que en su fin dispone de una cabeza. Las cabezas tienen un diámetro mayor que el resto del remache, para que así al introducir éste en un agujero pueda ser encajado. El uso que se le da es para unir dos piezas distintas, sean o no del mismo material.

Aunque se trata de uno de los métodos de unión más antiguos que hay, hoy en día su importancia como técnica de montaje es mayor que nunca. Esto es debido, en parte, por el desarrollo de técnicas de automatización que consiguen abaratar el proceso de unión. Los campos en los que más se usa el remachado como método de fijación son: automotriz, electrodomésticos, muebles, hardware, industria militar, metales laminados, entre otros muchos.

Existe un pequeño matiz diferenciativo entre un roblón y un remache. Los roblones están constituidos por una sola pieza o componente, mientras que los remaches pueden estar constituidos por más de una pieza o componente. Es común denominar a los roblones también remaches, aunque la correcta definición de roblón es para los elementos de unión constituidos por un único elemento.

Las ventajas de las uniones remachadas/roblonadas son: Se trata de un método de unión barato y automatizable. Es válido para unión de materiales diferentes y para dos o más piezas. Existe una gran variedad de modelos y materiales de remaches, lo que permite acabados más estéticos que con las uniones atornilladas. Permite las uniones ciegas, es decir, la unión cuando sólo es accesible la cara externa de una de las piezas. Como principales inconvenientes destacar:

No es adecuado para piezas de gran espesor. La resistencia alcanzable con un remache es inferior a la que se puede conseguir con un tornillo. La unión no es desmontable, lo que dificulta el mantenimiento. La unión no es estanca. Fallo del mecanismo En las juntas con un solo remache, los mecanismos básicos de fallo que presentan son: Fallo por cortadura Es el fallo por cizalladura, en el cual se produce el corte del roblón o remache. El criterio de dimensionado para evitar este tipo de fallo es: siendo n el número de secciones que trabajan a cortante (ver figura inferior), d el diámetro del remache, y Ssy la tensión de fluencia a tracción. Fallo por aplastamiento Consiste en el aplastamiento de las caras laterales del remache debido a la compresión realizada por las chapas. La distribución de tensiones es compleja, por lo que se considera un modelo simplificado, según el cual, la tensión se obtiene considerando, como área resistente a compresión, la proyección diametral del área de contacto. La tensión de aplastamiento más desfavorable estará en la chapa más delgada. El criterio de diseño para evitar este fallo se calcula como: siendo tmin el espesor de la chapa más delgada, d el diámetro del remache, y considerando la tensión admisible de aplastamiento el doble de la tensión de fluencia.

soldadura

Se denomina Soldadura al proceso en el cual se realiza la unión de dos materiales, generalmente metales o termoplásticos, usualmente obtenido a través de fusión, en la cual los elementos son soldados derritiendo ambos y agregando un material de relleno derretido (metal o plástico). Éste, al enfriarse, se convierte en un empalme fuerte.

Soldadura

Soldaduras por Fusión

En las soldaduras por fusión se emplea calor para fundir los extremos de la piezas; cuando enfrían, las partes soldadas solidifican logrando la unión permanente. Las uniones soldadas con defectos de calidad son de difícil detección visual; dichos defectos reducen la resistencia de las uniones pudiendo comprometer la estabilidad de la estructura, por eso se requiere personal calificado. Los tipos de soldaduras por fusión más utilizados son:

   *Soldadura Autógena
   *Soldadura por Arco Eléctrico
   *Termofusión 

y para corte de piezas metálicas:

   *Oxicorte 

Los tipos de soldaduras por fusión más utilizados son

La soldadura puede ser hecha en diferentes ámbitos: al aire libre, bajo el agua y en el espacio.

Existen aproximadamente cuarenta tipos distintos de soldaduras.

La mayoría de las soldaduras se efectúan en forma manual, lo cual requiere mano de obra calificada e implica un coste considerable de obra.

Seguridad

Para realizar una soldadura sin poner en peligro la salud, deben tomarse ciertas precauciones. Es significativo el riesgo de quemaduras ; para prevenirlas, los soldadores deberán usar ropa de protección, así como guantes de cuero gruesos y chaquetas protectoras de mangas largas para evitar la exposición al calor y llamas extremos.

Asimismo el brillo del área de la soldadura conduce puede producir la inflamación de la córnea y quemar la retina. Los lentes protectores y el casco de soldadura con placa de protección protegerán convenientemente de los rayos UV.

Quienes se encuentren cerca del área de soldadura, deberán ser protegidos mediante cortinas translúcidas hechas de PVC, aunque no deben ser usadas para reemplazar el filtro de los cascos.

También es frecuente la exposición a gases peligrosos y a partículas finas suspendidas en el aire. Los procesos de soldadura a veces producen humo, el cual contiene partículas de varios tipos de óxidos, que en algunos casos pueden provocar patologías tales como la fiebre del vapor metálico. Muchos procesos producen vapores y gases como el dióxido de carbono, ozono y metales pesados, que pueden ser peligrosos sin la ventilación y el entrenamiento apropiados.

Debido al uso de gases comprimidos y llamas, en varios procesos de soldadura está implícito el riesgo de explosión y fuego. Algunas precauciones comunes incluyen la limitación de la cantidad de oxígeno en el aire y mantener los materiales combustibles lejos del lugar de trabajo.

ESTADIO OLÍMPICO DE CALATRABA, ATENAS

1.Descripción estructural de la configuración definitiva.

El sistema primario consiste en 2 arcos paralelos tipo “Bow-String” de 304m de vano y separados 141.4m. Cada uno queda constituido por un arco superior comprimido (tubo de 3.25m de diámetro y espesores de 68 a 90mm) y un elemento de atado inferior que a la vez soporta directamente la cubierta (otro arco en este caso: el tubo de torsión, de 3.6m de diámetro y espesores de 58 a 95mm). Arco superior y tubo de torsión quedan empotrados en los extremos, sobre los apoyos a los que también se empotrarán. La conexión entre ellos se completa mediante 8 parejas de cables de diámetros 90mm y 104mm según su posición.

Fig. 3 Alzado longitudinal de la cubierta

Toda la cubierta apoya únicamente en 4 puntos, bajo la intersección de las directrices de los arcos y tubos de torsión.En la situación permanente, en el lado Norte de cada semi-cubierta todos los grados de libertad quedan coaccionados, mientras que en el lado Sur se permite únicamente el deslizamiento en dirección longitudinal para permitir dilataciones térmicas pero ningún giro (ver figura 4).

Las costillas transversales son los elementos de la cubierta destinados soportar el peso de la cubrición y llevar las cargas sobre la misma hasta el sistema primario. Un total de 54 costillas alineadas según ejes transversales desde el - 27 hasta el +27 y separadas aproximadamente 5 metros en planta arrancan de los dos tubos de torsión, donde sus cordones superior e inferior quedan totalmente empotrados. En cada semi-cubierta las costillas cubren vanos de hasta 33metros en el lado exterior (eje transversal central) y de hasta 70 metros en el interior, en los ejes +/-27 donde materializan la única conexión estructural de cada semi-cubierta. Además del empotramiento en el tubo de torsión, dos cables soportan las cargas de las costillas (cables secundarios de diámetro 40mm). Estas parejas de cables están ancladas en el arco superior y lo conectan con las costillas en los lados interior y exterior de la cubierta, pero quedan fuera del plano vertical de las costillas transversales. Para recoger la componente horizontal de la fuerza de cada uno de estos cables que la costilla no puede asumir se disponen sendos tubos de atado al nivel de la cubierta. Los cables servirán además proporcionar estabilidad transversal al arco (ver figuras 5 y 6).

Fig. 4 Planta de la cubierta - Condiciones de apoyo en su configuración definitiva.

Fig. 5 Costillas transversales, correas y elementos de arriostramiento cada 5 correas (acabados y durante el montaje).

Fig. 6 Vigas Vierendeel de arriostramiento entre ejes 25 y 27, costilla diagonal y tubos de atado de los cables secundarios.

Se disponen una serie de correas (perfiles UPN) perpendicularmente a las costillas en planta separadas 1metro. Los paneles de policarbonato miden aproximadamente 1x5m, el espacio entre dos correas (1m) y dos costillas (5m). Cada 5 correas se coloca en su lugar un perfil rectangular hueco (RHS180) que arriostra las costillas que conecta y previene el pandeo lateral de las mismas garantizando el comportamiento estructural conjunto de toda la cubierta (ver figura 5).

Para colaborar en la resistencia global frente a las acciones en el plano de la cubierta (como viento y sismo) se dispone también un sistema de diagonales en lados exterior e interior, como tubos circulares de diámetro y espesor variable. Las diagonales interiores se cierran con las llamadas costillas diagonales, fuera de la cubierta propiamente dicha y muy evidentes en el conjunto. Para reforzar la resistencia lateral del lado interior se disponen 4 grandes vigas Vierendeel en el plano de la cubierta, una en cada cuadrante. Se utilizan las costillas extremas (ejes 25, 26 y 27) como cordones longitudinales de unas vigas tipo Vierendeel de 10metros de canto en planta y las líneas definidas por las correas para conectarlos disponiendo perfiles de sección cuadrada totalmente conectados a las costillas (RHS260).

2. Sistema constructivo utilizado. Impacto en el análisis estructural.

El hecho de ser dos semi-cubiertas simétricas y completamente independientes del estadio conllevaba un aspecto constructivo y funcional muy importante, al permitir que las labores de remodelación del estadio y de construcción de la cubierta fueran también independientes. Cada semi-cubierta se construyó separada de su posición final hacia el exterior del estadio: 60 metros en el caso de la cubierta del este y 72.5 metros en el de la del Oeste. Cada una se desapeó completamente en esta posición, sobre trenes apoyados en patines y se deslizaron para conectarse sobre el estadio y anclarse entonces a las cimentaciones definitivas en los cuatro puntos de apoyo. El montaje de la cubierta se produce en tres fases claramente diferenciadas, montaje y desapeo parcial de los arcos, montaje de las semi-cubiertas y por último deslizamiento y conexión de ambas.