Estructura Funicular
Enviado por MrCarlos5295 • 22 de Enero de 2014 • 1.638 Palabras (7 Páginas) • 411 Visitas
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Resumen de las ideas clave
En este artículo se presentan las estructuras formadas por cables, partiendo de
una breve introducción histórica y de la descripción de las características y
comportamiento del cable, elemento estructural que trabaja a tracción
2
Introducción
El cable es un elemento flexible que, su
jeto a cargas externas, adquiere una forma
concreta llamada funicular, que depende de la magnitud y posición de las mismas.
Desarrolla sólo esfuerzos de tracción, por
lo que, junto con la alta resistencia del
material, hace que constituya una estructura bastante ligera.
Las primeras estructuras formadas por
cables fueron puentes colgantes y,
posteriormente, puentes atirantados. Hasta fi
nales del siglo XIX no se utilizaron para
cubiertas de edificios de grandes luces.
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Objetivos
EL alumno, tras la lectura de este documento, será capaz de identificar las
estructuras formadas por cables, descri
bir su comportamiento, los sistemas
utilizados para su estabilidad y apoyo,
así como proponer ejemplos reales de
edificios con esta tipología estructural.
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Estructuras formadas por cables
4.1
Antecedentes
Las estructuras funiculares se han utilizado extensamente a lo largo de la historia.
Hay muchos ejemplos de puentes colgantes en China, India y Sudamérica con
materiales de tipo bambú, cañas o cuerdas, aunque hay evidencias de puentes
hechos con cadenas en China en el primer
siglo d.C. También se utilizaban para
construir tiendas e incluso en estructuras importantes como es el caso de los
anfiteatros romanos. ¿Conoces algún ejemplo?
El primer puente colgante en el mundo Oc
cidental es el Jacob's Creek Bridge en
Pensylvania de James Findley, construido
en 1801. La innovación de este puente
fue la introducción de un tablero fijo qu
e impedía que el cable y el propio tablero
cambiaran de forma como consecuencia del tráfico de vehículos. Muchos autores
consideran, sin embargo, que fueron John
y Washington Roebling los precursores
de los puentes colgantes modernos de gr
andes luces con su puente de Brooklyn
(1867-1883), en el que utilizaron un segundo
sistema de cables para contrarrestar la
acción dinámica del viento (imagen 1).
Imagen 1. Puente de Brooklin, Nueva York
El uso de los cables en edificios se desa
rrolló mucho más lentamente, debido a que
había menos necesidad de cubrir grandes
luces y a los problemas que creaba su
aplicación. Se considera que la estructura
de los pabellones de la exposición de
Nijry-Novgorod diseñados por V. Shookhov
, en 1896, marcan el principio de las
aplicaciones modernas de las estructuras de cables a los edificios, aunque la
evolución real de las mismas se inició en la segunda mitad del siglo XX.
Desde entonces se han construido un gran
número de edificios representativos con
estructuras de cables, siendo el acero
galvanizado y el acero inoxidable los
materiales más utilizados actualmente.
4.2
Tipos de cables y tirantes
Los cables pueden ser:
Cordones:
formados por alambres arrollado
s helicoidalmente, de manera que
quedan colocados de forma regular. Tien
en más área metálica para el mismo
diámetro, por lo que son más resistentes y rígidos.
Cables:
formados por varios cordones arro
llados helicoidalmente alrededor de
un núcleo o alma, que puede ser una cuerda
de fibra textil, un cordón de alambre,
un cable o un muelle helicoidal. Se desi
gnan conociendo su composición (número
de cordones y de alambres de cada cordón), tipo de alma y tipo de cordoneado.
Son más flexibles y fáciles de manejar y,
consecuentemente, más apropiados para
pequeños radios de curvatura.
•
Tirantes estructurales
: formados por perfiles tubulares
La unión de los cables o tirantes con otros dispositivos se efectúa mediante
terminales especiales. Pueden ve
rse ejemplos en la imagen 2.
Imagen 2: Ejemplos de uniones
4.3
Comportamiento general de los cables
El cable adopta la forma de una poligonal (cargas concentradas) o de una curva
catenaria (peso propio) o parabólica (c
argas uniformes distribuidas en la
proyección horizontal) en fu
nción de la carga actuante (figura 1 a, b, c). Al
combinar distintos tipos de cargas se producirán formas combinadas de manera
que la carga mayor definirá la forma dominante.
Figura 1 (a, b, c). Ejemplos de formas adoptadas por el cable
La intensidad de las tracciones desarro
lladas en el cable y de los empujes en los
apoyos depende de la magnitud y posición de la carga aplicada y de la flecha.
Por eso, cuanto mayor sea la
flecha mayor será la long
itud del cable tendido entre
dos puntos fijos y menores los esfuerzos y
empujes y, consecuentemente, la sección
del cable; y viceversa, para una flecha
y longitud menores se producirán unos
esfuerzos mayores y se necesitará un cable de mayor sección y por tanto más
pesado.
El valor óptimo del cociente flecha/luz es
el que hace mínimo el volumen del cable.
En el caso de cables uniformemente cargad
os este cociente es 1/3. Sin embargo,
no es aconsejable adoptar este valor ya que supone unos empujes tan grandes
que harían antieconómico cualquier tipo de apoyo o anclaje. Se considera óptima
la relación 1/8 a 1/10 para puentes
colgantes y 1/10 a 1/20 para edificios.
4.4
Estabilidad
Debido a su falta de rigidez, las estructu
ras formadas por cables deben estabilizarse
frente a los cambios constantes de forma producidos por la variación de las cargas
así como frente al efecto dinámico del viento.
Supongamos una cubierta horizontal formada por cables. Cuando sopla el viento
sobre ella produce una succión que hará subi
r la estructura si la carga muerta es
menor. A medida que va subiendo las fuer
zas varían y el comportamiento de la
estructura vuelve a cambiar como respuesta al nuevo sistema de cargas.
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