ESTRUCTURAS FUNICULARES 1 Facultad de Ingeniería Escuela de Arquitectura MONOGRAFÍA Tema: Estructuras Funiculares A
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ESTRUCTURAS FUNICULARES
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Facultad de Ingeniería Escuela de Arquitectura
MONOGRAFÍA
Tema: Estructuras Funiculares
Autores: Cieza Medina Yesenia Guevara Delgado Jancy Monja Larrea Fernanda Quezada Zapata Christian
Docente: Ing. César Zapatel Soraluz
Chiclayo, 08 de junio del 2017
ESTRUCTURAS FUNICULARES
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ÍNDICE GENERAL ÍNDICE GENERAL………………………………………………………………………………………… ……………………….…..2 INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………… ………………………………..…..3 ESTRUCTURAS FUNICULARES……………………...……………………………………………4 1. CONCEPTO……………………………………………...……………………………….4 2. CABLES EN CATENARIA …………………………………………………………………………….….………….4 2.1. Curvas funiculares………………………………..………………………..……………...4 2.2. Estructuras de curvatura simple………………………………..………………………..………………………….4 3. CASOS DE ESTUDIO DE COLGANTES DE CURVATURA SIMPLE ………………………….……………………………………………………………..…6 3.1. La estructura del techo tipo puente………………………………………………………………………………….… ………………6 4. FORMA FUNICULAR……………………………………………..…………………….…7 4.1. Cargas………………………………..………………………..………………………...7 4.1.1. Ventajas………………………………..………………………..…………….….....7 4.1.2. Desventajas………………………………..………………………..………………7 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………………………..……….…..8
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INTRODUCCIÓN No es difícil imaginar ni materializar estructuras formadas por un hilo en equilibrio sometido a la acción de una o varias fuerzas. Un hilo sólo admite solicitaciones en su dirección y adquiere automáticamente la forma de una estructura no sólo viable sino además muy eficaz. Un hilo con una serie de pesos colgados encuentra por sí solo la forma de equilibrio que corresponde a la de menor energía potencial del sistema. El procedimiento fue usado tradicionalmente para encontrar la forma de arcos e incluso de complejos cruces de arcos (ver GAUDÍ) ya que invirtiendo especularmente el trazado obtenido se consiguen soluciones de equilibrio formadas por elementos sólo comprimidos. Una estructura comprimida no es capaz de encontrar la mejor forma de trabajo ya que la mínima energía potencial del sistema corresponde a la estructura arruinada.
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ESTRUCTURAS FUNICULARES 1. CONCEPTO Funicular deriva del latín, traducido como “cuerda”. Conocido como forma activa, es una estructura cuya forma responde a las cargas aplicadas de modo que las fuerzas internas resultantes son de compresión o tensión directa. Las estructuras funiculares son aquellas constituidas por sogas, cuerdas o cables que debido a su naturaleza no poseen rigidez, por lo que únicamente pueden absorber esfuerzos de tracción. 2. CABLES EN CATENARIA 2.1.1. Curvas Funiculares: La catenaria es la forma funicular que adopta un cable sin carga y es determinada únicamente por el propio peso del cable (el cual es uniforme a lo largo del cable). Una parábola es la forma funicular que adopta un cable suspendido con una carga uniforme a lo largo del claro horizontal, sin tomar en cuenta el peso del cable. Cuando la relación claro-flecha es mayor de 5, las dos formas son casi idénticas, porque la parábola matemáticamente más simple comúnmente se emplea para su análisis. Curvas funiculares para cargas distribuidas en cables suspendidos: a) catenaria para una carga uniforme a lo largo de la longitud del cable curveado, y b) parábola para una carga uniforme a lo largo del claro horizontal. Para una relación flecha-claro mayor de 5, la forma es aproximadamente la misma.
Las estructuras colgantes funiculares se pueden dividir en tres categorías: 2.1.1.1. Estructuras de curvatura simple: consisten de dos o más catenarias paralelas separadas entre dos soportes primarios. Pueden soportar una cubierta directamente (por ejemplo, un techo curvo) o indirectamente (usando cables secundarios verticales para soportar una losa plana o cubierta de puente, por ejemplo). Ejem: PUENTES: Los antiguos puentes suspendidos de cuerdas (ejemplos tempranos se tienen identificados en China, India y Sudamérica) son los precedentes de las estructuras de curvatura simple. El Puente Cadena (1801; Uniontown, PA; J. Findley, diseñador) fue el primero en incorporar una cubierta reforzada para distribuir las cargas a lo largode la longitud del cable de soporte que reduce en gran parte el movimiento.
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Puente primitivo de cuerda.
Evolución del claro de los puentes colgantes: a) Puente Cadena de James Finley o) Puente de Menai Sfraits c) Grand Pont Suspendu d) Puente Wheeling e) Puente de Brooklyn f) Puente de George Washington g) Puente Golden Gate h) Puente de Humber i') Puente del Este j) Puente de Akashi Kaikyo
Puente de Tacoma Narrows: a) segundos antes de romperse el puente mostraba el movimiento de torsión que precedió al b) colapso final.
Puente de Forth Road [1964, Escocia, con un claro de 1 006 m (3 300 pies) se usaron armaduras abiertas para minimizar el aleteo.
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ESTRUCTURAS FUNICULARES 3. CASOS DE ESTUDIO DE COLGANTES DE CURVATURA SIMPLE
3.1.
La estructura del techo tipo puente
En el puente de Severn River (1966, Inglaterra, Freeman, Fox y Asociados, ingenieros estructuristas) se utilizó una forma aligerada para lograr una cubierta delgada que proporciona estabilidad aerodinámica. La relación claroaltura es 1:324, similar al claro del fallido puente Tacoma Narrows (1:350). a) La construcción muestra la sección de la cubierta al ser elevada. b) la sección a través de lacubierta que es de 3.05 m (10 pies) de altura en el centro.
Fábrica de papel Burgo. Techo colgante en construcción.
Estructura del techo
Elevación
Diagrama de dirección de cargas
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Vista exterior del Banco de la Reserva Federal: en este edificio alto se logró un claro largo y limpio.
Detalle axonoméfrico que muestra la ampliación propuesta (con líneas punteadas).
4. FORMA FUNICULAR La forma funicular garantiza la función ya que utiliza el camino o trayectoria que sigue una carga determinada hacia el suelo de manera natural. Para el efecto es necesario que el elemento estructural transmisor, sea flexible y de escasa sección en relación a su longitud; de manera que la carga no encuentre como obstáculo la rigidez del elemento en su transmisión. 4.1. Cargas: 4.1.1. Ventajas: Es preciso o bien que los apoyos sean susceptibles de proporcionar una componente horizontal H de reacción, bien que exista una barra comprimida que las una. 4.1.2. Desventajas: La forma del funicular varía si varían las magnitudes relativas de las acciones del sistema: varía la forma de la estructura, lo que la hace problemática como solución real a emplear en arquitectura.
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BIBLIOGRÁFIA
Moore, Fuller. Comprensión de las estructuras en la arquitectura. México,2009.