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República Bolivariana de Venezuela Ministerio del poder popular para la Educación Universitaria Instituto Universitario de Tecnología Antonio José de Sucre
Extensión –Barquisimeto.
Estudiante: *Vivas Yormaira C.I: 26007362
Análisis EstructuralS1
Historia y Estética de la Estructura 1
Historia y Estética de la Estructura 2
Breve historia de la estructura
La construcción de estructuras es una de las más antiguas ramas o especialidades de la
ingeniería. Un punto de comienzo para la Ingeniería Estructural puede fijarse en el año 500 a.C.
cuando los griegos empezaron a utilizar piedra para construir estructuras cuyas columnas
soportaban vigas horizontales (el templo de Hera, el túnel de Eupalinos y la escollera del actual
puerto de Pitagorion son las tres grandes obras de su ingeniería). A la vez que la experiencia y las
reglas empíricas iban conformando el conocimiento, Aristóteles y Arquímedes establecían los
principios de la Estática.
Utilizando algunos metales, madera, piedra y mampostería, los romanos continuaron
construyendo, hasta la mitad del primer milenio, introduciendo nuevas formas como el arco, la
bóveda y el marco; no fueron, sin embargo, los romanos demasiado analíticos pues concentraron
sus esfuerzos más en las técnicas constructivas, sobre todo de ciertas formas.
También el arte de construir en hormigón fue dominado por los romanos. Construido por Agrippa
hacia el año 27 a.C. y después reconstruido bajo el reinado de Adriano entre los años 115 y 125,
el Panteón de Roma es, con su cúpula, una de las más notables realizaciones romanas en
hormigón. En su bóveda se encuentra todo el saber hacer de la civilización romana en materia de
construcción. Se trata de una semiesfera de 44 m de diámetro colocada sobre una base cilíndrica.
El espesor variable de la bóveda proviene de la superposición de anillos concéntricos
posibilitando una buena repartición de esfuerzos. El peso específico del hormigón se reduce a
medida que disminuye el espesor de la cúpula; esta reducción se logró haciendo variar el tipo de
áridos del hormigón, es decir utilizando sucesivamente y hacia arriba fragmentos de ladrillo, de
toba volcánica y de piedra pómez.
Historia y Estética de la Estructura 3
.
Durante la Edad Media (500-1500) mucho de lo que los Griegos y los Romanos habían
desarrollado se perdió; la principal aportación de la tecnología de la época fue la que
llevaron a cabo los constructores góticos con sus espléndidas catedrales caracterizadas
por arcos apuntados estabilizados horizontalmente por arbotantes voladores; estas
fábricas demuestran por si solas que, indiscutiblemente, la 8 construcción de edificios
supuso en sus inicios un conocimiento, aunque rudimentario, de la Estática.
Antes del Renacimiento todas las estructuras fueron construidas sin cálculos, pero apoyándose sus constructores en un código de la buena práctica, código o manual cuyos contenidos fueron cimentando progresivamente el arte y la ciencia de construir estructuras: la "Ingeniería Estructural". Todos estos conocimientos fueron pasando de generación en generación, perfeccionándose con el propio devenir de la historia, pero siempre poseyeron un carácter marcadamente artesanal. Se conocen nombres de los diseñadores de estructuras desde hace dos a tres mil años y los "manuales de construcción" han sobrevivido durante el mismo período; así, por ejemplo, en el libro de Ezequiel ya se cita un manual del constructor.
Los artesanos anteriores al Renacimiento construían estructuras que trabajaban muy
"holgadamente" con muy bajo nivel tensional y con muy pequeñas deformaciones.
Las estructuras resultaban así masivas proveniendo su belleza y airosidad de las
formas y proporciones que brillantes consideraciones geométricas le conferían.
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AÑO 13000 A. C : Los primeros pobladores ya construían sus tiendas con estructuras de palos sobre los que colocaban pieles de animales.
AÑO 8OOO A.C:Se hace la primera construcción de puentes con troncos y pilares de piedras planas y su objetivo era permitir el paso de personas sobre un rió de poca profundidad sin mojarse.
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AÑO 2500 A.C:Se inventa el cigoñal que es una especie de grúa para extraer agua a un recipiente altos materiales eran madera piedra y tela. También es creado el telar que era utilizado para la construcción de tejidos y los materiales empleados eran dos troncos verticales y tres transversales.
AÑO 1400 A.C:Se utilizo la construcción de acueductos para transvasar agua en lugares separados por valles o zonas bajas .
AÑO 4320 A. C:Se hizo un gran avance muy grande ya que se creo el andamio para poder subió los materiales como las piedras y eran general mente construidos con madera.
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AÑO 1132 D.C:Se crearon los puentes con viviendas encima construido principal mente en piedra y uno de los que se conserva todavía se encuentra sobre el arno en Florencia.también hubo los barcos de madera los cuales eran satisfactorios así la embarcación era mas resistente a las olas.
AÑO 1555 D. C:Se emplearon las estructuras para iglesias y cátedras y son columnas y paredes que sujetan el peso del edificio no se utiliza casi la madera solo para los andamios los techos y los materiales empleados era piedra madera y un poco de acero.
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SIGLO XVIIIse invento el primer puente de acero,
en Inglaterra entre los años 1775-1779 de 30
metros, y 387 toneladas de hierro fundido sobre
un rió y a partir de este momento se empieza a
remplazar la piedra y la madera.
El origen y desarrollo de nuevas formas
estructurales y arquitectónicas en los siglos XIX y
XX estuvo íntimamente ligado a la aparición de
nuevos materiales y sistemas estructurales. En
contraste, el origen de las formas fracturadas,
informes y angulosas que caracterizan la
arquitectura de finales del siglo XX y comienzo
del XXI no se debe a la aparición de nuevos
materiales, sino al extraordinario desarrollo
tecnológico de las técnicas auxiliares de
proyecto y ejecución, a la profundización del
entendimiento estructural y a la mejora de las
propiedades de los materiales estructurales
conocidos, así como al menor peso que
actualmente tienen los factores económicos en
el proyecto.
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SIGLO XX
se formaron las torres
de energía para el consumo
de energía de las ciudades y
granizando la seguridad de
personas y animales que pasan al
lado de ellas. el material utilizado
fue acero galvanizado y pintado
que manejaban cables de 220000
voltios de tensión.
La estatua de la libertad tiene una altura de 45 mts,
poseyendo una estructura interna de acero y
exterior mente va recubierta de una chapa de cobre,
por su interior se desplazan acensores que permiten
la subida y bajada de visitantes hasta la corona de la
estatua también posee escaleras
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IMPORTANCIA Arquitecto – Ingeniero
Hoy en dia ningun aquiecto cuando proyecta una obra de gran envargadura no
deja de consultar a un ingeniero especialista en estructuras. Para loa
arquitectos el conocimento estructural es muy importante pero a la vez dificil,
como consecuencia del rapido desarrollo de las tecnicas constructivas basados
en le uso de los nuevos materiales
El estudio de las matemáticas y las ciencias fisicas permiten al ingeniero
calculaer una estructura compleja pero una persona comun por intuicion
puede comprender los principios basico del analisis estrutural.
Todo arquitecto, todo estudiante de arquitectura se halla hoy convencido de la
importancia del conocimiento estructural, pero la adquisición de tal
conocimiento es más difícil de lo que cabria esperar. El rápido desarrollo de las
técnicas constructivas basadas en el uso de nuevos materiales (v.gr., el
aluminio o el hormigón armado y pretensado), así como las dificultades
matemáticas inherentes al proyecto de nuevas formas estructurales (como los
grandes techos de todas formas), hacen casi imposible que un hombre de
formación esencialmente artística pueda captar siquiera las potencialidades de
los nuevos métodos de diseño y construcción.
Historia y Estética de la Estructura 10
El arquitecto contemporáneo, quizá el último humanista de nuestro tiempo, debe estar
familiarizado con la estética ingeniería, sociología, economía y, en términos generales, con el
planeamiento. En cambio, bajo la influencia de la tradición, a menudo se le da,
fundamentalmente, formación artística. Su conocimiento de las herramientas básicas
necesarias para comprender la tecnología moderna es, las más de las veces, limitado;
matemática, física y química no son materias esenciales de su programa de estudios.
Por otra parte, el conocimiento del ingeniero en los campos de la sociología, la estética y el
planeamiento es tan limitado como lo es el del arquitecto en materias técnicas. Un diálogo
entre arquitecto e ingeniero resulta prácticamente imposible: carecen de un vocabulario común
a ambos, Como este diálogo es necesario, cabe preguntarse, en primer lugar, si el ingeniero
debe tener más de arquitecto o el arquitecto más de ingeniero, Pero no se requiere pensar
mucho para comprender que corresponde principal mente al arquitecto la tarea de tender el
puente. El arquitecto es el líder del equipo constructivo; el ingeniero no es sino uno de sus
integrantes. El arquitecto tiene la responsabilidad y la gloria; el ingeniero sólo tiene que prestar
un servicio, por creador que sea.
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Estructura
Puede definirse, en general, una estructura como:
..."conjunto de elementos resistentes capaz de mantener sus formas
y cualidades a lo largo del tiempo, bajo la acción de las cargas y
agentes exteriores a que ha de estar sometido"... La estructura
soporta las Cargas exteriores (acciones y reacciones), las cuales
reparten su efecto por los diferentes elementos estructurales que
resultan sometidos a diferentes Esfuerzos , los cuales inducen un
estado Tensional , que es absorbido por el material que la constituye.
Tipos de Estructura•Las estructuras naturales : son creadas por la naturaleza. El esqueleto
de un ser vertebrado, las formaciones pétreas, el caparazón de un animal o la estructura de un árbol son algunos ejemplos de este tipo de
estructura.
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•Las estructuras artificiales han sido diseñadas y construidas por el hombre
para satisfacer sus necesidades. Los ejemplos más usuales de este tipo de
estructuras son los puentes y edificios, pero las podemos encontrar en la mayoría
de los objetos realizados por el hombre. A la hora de diseñar una estructura esta
debe de cumplir tres propiedades principales: ser resistente, rígida y estable.
ELEMENTOS ESTRUCTURALES MAS COMUNES
1 Elemento tipo Cable: No posee rigidez para soportar esfuerzos de flexión, compresión o cortantes. Al someter a cargas a un cable este cambia su geometría de tal manera que las cargas son soportadas por esfuerzos de tracción a lo largo del elemento. Siempre encontraremos que cuando aplicamos una fuerza el cable tendrá otra geometría.
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Un cable bajo su propio peso adquiere la forma del diagrama de momentos de tal manera que al encontrar las fuerzas internas en cualquiera de sus puntos el valor del momento sea cero y solo presente componente de tracción.
Un cable bajo carga puntual se deforma de tal manera que el momento interno en todo el tramo sea igual a cero. Los cables no tienen rigidez a flexión.Es un elemento con poca I (inercia) y poca A transversal (área) pero con una gran resistencia a la tracción.
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2 Elemento tipo Columna: Es un elemento con dos dimensiones pequeñas comparadas con la tercera dimensión. Las cargas principales actúan paralelas al eje del elemento y por lo tanto trabaja principalmente a compresión. También puede verse sometido a esfuerzos combinados de compresión y flexión.
3 Elemento tipo viga: Es un elemento que tiene dos de sus dimensiones mucho menores que la otra y recibe cargas en el sentido perpendicular a la dimensión mayor. Estas características geométricas y de carga hacen que el elemento principalmente esté sometido a esfuerzos internos de flexión y de cortante. Es un elemento que debe tener la suficiente I (inercia transversal) y A (área transversal) para soportar estos tipos de esfuerzos. Recordemos que los esfuerzos de flexión dependen directamente de la inercia de la sección ( ) y los de cortante indirectamente del área ( donde Q , es el primer momento del área).
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.4 Elementos tipo Arco: Se comporta o es similar a un cable invertido aunque posee rigidez y resistencia a flexión. Esta característica lo hace conservar su forma ante cargas distribuidas y puntuales. Debido a su forma los esfuerzos de compresión son mucho mas significativos que los de flexión y corte.
Sus esfuerzos principales son compresión y esto permite que su sección transversal sea pequeña relacionada con la luz o claro entre sus apoyos. En el caso de cargas asimétricas el esfuerzo de flexión empieza a ser notable y el arco debe tornarse mas grueso.
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5 Elementos tipo Cercha: Es un elemento cuya área transversal es pequeña comparada con su longitud y está sometido a cargas netamente axiales aplicadas en sus extremos. Por su geometría y tipo de cargas actuantes soporta solamente fuerzas de tracción y de compresión.Su comportamiento netamente axial exige que sus conexiones a otros elementos o soportes sean rotulas sin rozamiento. Sin embargo en la practica se construyen uniones rígidas que obligan a mantener la geometría de la sección y la posición de los nudos. Esto hace que las pequeñas deformaciones de alargamiento o acortamiento de los elementos por sus tensiones axiales, no se disipen en deformaciones de los nudos y producen entonces esfuerzos de flexión en los elementos.Estos esfuerzos de flexión son muy pequeños comparados con sus grandes fuerzas axiales y no se tienen en cuenta en su análisis y diseño.
6 Elementos tipo cascaron: Pueden ser flexibles, en este caso se denominan membranas, o rígidos y se denominan placas.Membrana: no soporta esfuerzos de flexión, es como si fueran cables pegados. Trabaja por tracción netamente
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Cascaron o placa: tiene rigidez a flexión es decir trabaja principalmente por compresión, pero se asocia con esfuerzos cortantes y flectores mínimos.
7 Elementos tipo muro: Estos elementos se caracterizan por tener dos de sus dimensiones mucho mas grandes que la tercera dimensión y porque las cargas actuantes son paralelas a las dimensiones grandes. Debido a estas condiciones de geometría y carga, el elemento trabaja principalmente a cortante por fuerzas en su propio plano. Adicionalmente a esta gran rigidez a corte los muros también son aptos para soportar cargas axiales siempre y cuando no se pandeen.
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Estética de la Estructura
El arquitecto es generalmente el jefe de
diseños de los edificios, con un ingeniero
estructural empleado como sub-
consultor. El grado en que cada disciplina
conduce en realidad el diseño depende
en gran medida del tipo de estructura.
Muchas estructuras son
estructuralmente simple y dirigido por la
arquitectura, tales como edificios de
oficinas de varis pisos y viviendas,
mientras que otras estructuras, como
estructuras tensadas, conchas y
gridshells depende en gran medida de su
forma por su fuerza, y el ingeniero puede
tener una mas significativa influir en la
forma, y por lo tanto, gran parte de la
estética es del arquitecto.
