Magdalena Friedrichs Lagos - Ficha 05/24072014

De Casiopea
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Casos Constructivos y Estructurales: clase nº 5

Del libro “Estructuras o por qué las cosas no se caen”, de J.E. Gordon.

Desde el capítulo 7: Las uniones, los atados y la gente también sobre fluencia y ruedas de carro.

Los objetivos de un constructor deben ir de acuerdo a su especialidad, los objetivos de un constructor de edificios no pueden ser los mismos que los de un constructor de barcos o aeroplanos. Como dice el refrán popular: “pastelero a sus pasteles”.

Desde el punto de vista ingenieril, una estructura es eficaz si cada una de sus partes y cada junta tiene la justa resistencia requerida para soportar las cargas que actúan sobre ella, de esta manera se ahorran recursos en cuento a costo de material. Pero para los “constructores de edificios” el problema de costo y eficacia de una estructura radica en la importancia relativa de la necesidad de rigidez contra la resistencia. Si las cosas se hacen lo suficientemente rígidas, será muy difícil que se rompan bajo las cargas cotidianas. Es más, dar una cierta holgura a las junturas puede ser bueno, un cierto grado de flexibilidad puede permitir dispersar las cargas de una forma beneficiosa, además de prevenir colapsos a raíz de la contracción y/o dilatación de los materiales producto de factores como temperatura y humedad.

Distribución de tensiones en las uniones.

Como la función de una unión es transmitir la carga de un componente de la estructura a otro, las tensiones deben salir de alguna manera de las piezas del material y pasar a la pieza contigua. En este proceso se corre el riesgo de producir fuertes concentraciones de tensiones lo que llevaría al debilitamiento de la unión. No obstante, las distribución de las tensiones puede invertirse y esta concentración de tensiones puede aparecer principalmente en la parte inferior o mas adentrada de la barra.

Uniones roblonadas o remaches.

Una unión roblonada es segura y fácil de inspeccionar, y en una estructura grande se comporta como un freno a las grietas. Estas uniones pueden también deslizarse un poco y distribuir de esa manera la carga, evitándose así las consecuencias de las concentraciones de tensiones que tienden a hacer colapsar la gran mayoría de las uniones. También, los productos de la corrosión (óxido e hidróxido de hierro) se expanden y sellan la junta e impiden que se deslicen as chapas hacia delante y atrás cuando se invierte la carga. Además. La oxidación transmite parte de los esfuerzos cortantes de las chapas, como un pegamento, por lo tanto la resistencia de una unión remachada crece a medida que pasa el tiempo.

Cómo se rompen los remaches

Mas allá del tipo de la unión roblonada, todas tienen tres formas de romperse:

  • Por cortante o rotura de los remaches. (A)
  • Por deslizamiento de los remaches fuera de la chapa (por “alargamiento” de los hoyos de las superficies que une el remache). (B)
  • Por rotura del material de una de las chapas a tracción entre los remaches. (C)

Uniones soldadas.

En cuanto a costos, la soldadura es más barata que el remache, por lo que se volvió mucho más común en las estructuras metálicas, además de aumentar la resistencia y no adicionar tanto peso.

La soldadura más elaborada en la soldadura en arco. El resultado debiera ser un cordón continuo de metal soldado, de aproximadamente 7 mm de ancho, que se solidifica y una la junta.

Fluencia.

En un carro o carruaje, las ruedas se deforman producto de la acción de cargas prolongadas. Esto se llama plastificación o fluencia. Pese a que teóricamente, si un material es capaz de soportar una tensión lo hará de manera indefinida, en la realidad casi cualquier sustancia continuará deformándose o fluyendo bajo una carga constante a lo largo de un período de tiempo.

La madera, la cuerda y el hormigón plastifican considerablemente. La fluencia de los metales es generalmente menor a la de los elementos no metálicos, y aunque el acero se plastifica significativamente con tensiones altas y cuando se calienta, se puede despreciar este efecto cuando se trabaja con tensiones pequeñas a temperatura normal. Los materiales tienen un punto de tensión crítica: con tensiones bajo este el material no se rompe sin importan por cuanto tiempo se someta a esta solicitación, pero con tensiones que se ubiquen por sobre este punto se deformará con el tiempo y además se irá acercando gradualmente a la rotura real.

Materia de la clase.

La Catenaria de Gaudí y la reversibilidad.

Una catenaria es la curva que describe una cadena o cuerda de masa uniforme y sometida únicamente a la fuerza de gravedad. La curva que se observa es producto del propio peso el elemento.

El arquitecto español Antonio Gaudí tuvo una especial preocupación por el diseño de una estructura estable. En este aspecto mostró especial interés por el arco catenario. En este sentido su inclinación por el uso de este arco no fue meramente estructural, sino que también por motivos estético, dado que la catenaria es una forma natural, y el arquitecto español encontraba especialmente bellas todas las formas que se encontraran en la naturaleza. Además de bella, con respecto a su apreciación, la nombrada curva era sencilla de realizar para los trabajadores, puesto que se fijaba la luz del arco, se clavaban dos clavos en la parte alta y de ellos se colgaba una cuerda, hasta que el punto más bajo coincidiera con el arco deseado. Luego se dibujaba la forma resultante usan ola cadena como guía y una vez finalizada solo se invertía y se situaba donde correspondía.

Para realizar las maquetas de muchos proyectos en los cuales utilizaba la forma de la catenaria, usó hilos, construyendo así maquetas invertidas que fotografiaba y luego invertía para saber la forma que tendrían finalmente los arcos reales.

Catenaria.jpg

Caso con respecto al movimiento de tierras.

En el caso presentado, con el fin de la contención del terreno, se hace uso de:

  • Talud.
  • Muro de contención.
  • Escalonamiento del edificio.
Casoingeniero1.jpg

Edificio actualmente en construcción.

Así se vería el volumen simplificado de la obra:

Casoingenierovolumen.jpg
Casoingenierocasoscontencion.png

Con respecto a la técnica del ‘’shotcrete’’ .

Existen dos tipos de tensores, pasivos y activos.

Pasivos.

Se inyecta la lechada de hormigón a la altura deseada, se proyecta el tensor y luego se aperna a la tierra (superficie). Este tipo de contención se activa cuando el terreno se mueve, de otra manera no se activa.

Activo.

Se repite el mismo proceso anterior, pero una vez apernado se tira el tensor y se corta (cable post tensado). De esta forma el tensor esta permanentemente activado.


Cálculo de un muro de contención.

Dentro del análisis del comportamiento, y de las consiguientes dimensiones y características de un muro de contención, se pueden distinguir tres datos fundamentales:

  • El empuje que ejerce la tierra.
  • El peso propio del muro.
  • El largo del muro.

El muro se calcula por momentos de fuerza: fuerza/distancia.

El momento en que el muro se comienza a volcar producto del empuje de la tierra (momento volcante) debe ser mucho menos a la resistencia que pone el muro a este volcamiento (momento resistente). El momento volcante se calcula multiplicando la fuerza del empuje de la tierra (en kilogramos) por la altura total del terreno a contener. El momento resistente se obtiene multiplicando el peso propio del muro de contención por la mitad de su largo.

Murodecontencionmomentos.jpg

Con respecto a la zapata de un muro de contención, es altamente eficiente alargarla en dirección al terreno que está siendo contenido, puesto que el mismo peso de la tierra está contribuyendo a que el muro no se vuelque, tendría este que fracturarse para poder colapsar levantando todo el peso de la tierra que está ejerciendo presión sobre la zapata.

Fuentes.

  • J.E. Gordon, Estructuras o Por Qué las Cosas No se Caen. Calamar Ediciones, segunda edición, diciembre 2004.