LAMINAS PLEGADAS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA
FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO TALLER VERTICAL DE ESTRUCTURAS S | V
LAMINAS PLEGADAS PROFESORES: Ing. R. SCASSO – Ing. A. VICENTE
ESTRUCTURAS III 5
A
2020
Ing. J. D’ARCANGELO
GUIA Nº
REV.
EMISION
ELABORO
La presente guía desarrolla los contenidos mínimos que serán ampliados con las clases teóricas y con la bibliografía recomendada.
A4 Rev.
A
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TABLA DE CONTENIDOS
1
INTRODUCCIÓN, DESARROLLO HISTÓRICO .......................................................... 3
2
CLASIFICACION GENERAL ....................................................................................... 3
2.1
Sistemas de láminas plegadas ...................................................................................................... 3
3
LAMINAS PLEGADAS DIEDRICAS ............................................................................ 4
3.1 3.2 3.3
Elementos constructivos ................................................................................................................ 4 Elementos geométricos.................................................................................................................. 5 Combinación de plegadas diedrícas .............................................................................................. 5
4
EFECTO DEL PLEGADO ............................................................................................ 5
5
COMPORTAMIENTO DE LA PLACA PLEGADA. ....................................................... 6
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5
Acción Portante Triple De La Lamina Plegada .............................................................................. 6 Ventaja de la lámina simplemente plegada respecto a una losa nervada. ................................... 7 Influencia Del Pliegue en la Distribución De Tensiones y en la Capacidad Portante ................... 8 FORMAS TÍPICAS DE RIGIDIZADORES TRANSVERSALES (TIMPANOS) .............................. 9 FORMAS TÍPICAS DE VIGA DE BORDE ................................................................................... 10
6
CRITERIOS DE DISEÑO............................................................................................ 11
6.1 6.2 6.3 6.4
Altura total ht ................................................................................................................................ 11 Espesor de la lámina.................................................................................................................... 11 Angulo α de inclinación de faldones: ........................................................................................... 11 Dimensiones usuales ................................................................................................................... 11
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1 INTRODUCCIÓN, DESARROLLO HISTÓRICO Las estructuras de placas o laminas plegadas son conjuntos de placas planas, o losas, inclinadas en direcciones diferentes y unidas a lo largo de sus bordes longitudinales. De esta manera, el sistema estructural es capaz de soportar cargas sin necesidad de vigas adicionales a lo largo de bordes mutuos. Esta técnica se originó en Alemania en la década de 1920 y se hizo popular en Rusia y los Estados Unidos durante la década de 1930 para construir techos para almacenes industriales y edificios públicos. Las estructuras de placas plegadas se hacen típicamente moldeadas in situ, de hormigón prefabricado, o de hormigón postesado. Hay varios beneficios de la construcción de placas plegadas. Son más fáciles de fabricar que otras cáscaras tales como cáscaras cilíndricas, con el encofrado relativamente simple requerido, y usan generalmente menos material. Las estructuras de placas plegadas tienen una rigidez intrínseca y una gran capacidad de carga que las hace económicas en largos tramos que necesitan estar libres de columnas internas y otras obstrucciones.
2 CLASIFICACION GENERAL Dada la gran variedad de formas y combinaciones que se pueden obtener con láminas plegadas, distintos autores han descripto diversas clasificaciones. En este curso utilizaremos la que se presenta a continuación. 2.1
Sistemas de láminas plegadas
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LAMINAS PLEGADAS DIEDRICAS Veremos las superficies plegadas diedrícas o prismáticas más comunes con secciones transversales triangulares (forma de V) y trapezoidales (forma de W), con algunas variantes de cada una de ellas.
Estas laminas cubren superficies a partir de la repetición de un módulo regular que apoya en sus extremos, y son apropiadas cuando no hay exigencias de iluminación natural. Si fuera el caso de este requerimiento se recurre a estructuras tipo “shed” que en estos casos se denominan láminas plegadas en “Z” 3.1 Elementos constructivos Son las láminas plegadas, de espesor reducido (usualmente 5 a 8 cm), los elementos de borde (que según convenga pueden ser horizontales, verticales o inclinados), los pliegues o plegaduras y los tímpanos (son los elementos extremos que ayudan a mantener la forma del plegado y derivan las cargas de la lámina a las columnas o apoyos.
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3.2 Elementos geométricos La geometría de la lámina queda definida por las siguientes dimensiones: Longitud (L), Ancho de la lámina (A), altura total (ht), altura del plegado (hp), Altura del elemento de borde (hv), ángulo de inclinación de la lámina (α)
3.3
Combinación de plegadas diedrícas
4 EFECTO DEL PLEGADO El plegado en láminas puede ser visualizado con una hoja de papel. Un papel plano deforma incluso por su propio peso. Plegando el papel se añade resistencia y rigidez; sin embargo, en situaciones de carga de los pliegues pueden doblarse. Asegurando los pliegues en ambos extremos se aumenta la estabilidad contra el pandeo.
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1- Plano de papel se deforma bajo su propio peso 2- El papel plegado aumenta la resistencia y la rigidez 3- El papel pandea bajo una carga más pesada 4- Extremos asegurados ayudan a resistir el pandeo 5 COMPORTAMIENTO DE LA PLACA PLEGADA. Las placas plegadas combinan la acción de losa con la acción de la viga. En la dirección longitudinal, actúan como delgadas vigas inclinadas de gran altura, estabilizadas contra el pandeo en la parte superior e inferior mediante placas contiguas. En la dirección del ancho, son losas unidireccionales que se extienden entre los pliegues. 5.1
Acción Portante Triple De La Lamina Plegada
1- Acción de losa 2- Acción de lámina (inclinada) 3- Acción de cercha (pórtico) Una estructura de placas plegadas puede estar formada por una sola unidad de placa plegada (modulo), o puede consistir en un sistema de múltiples módulos. Pensemos una estructura de placa plegada como un sistema de vigas inclinadas apoyadas unas contra otras. Estas vigas inclinadas son soportadas por apoyos transversales tales como pórticos, paredes, etc., en lugares cercanos a sus extremos. Estos soportes transmiten las
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componentes de la carga vertical al suelo y también actúan como refuerzos (diafragmas o tímpanos), evitando que la estructura pierda su plegado o se aplane. El empuje lateral que provoca esta tendencia al despliegue es a menudo soportado por tímpanos (tirantes) unidos directamente a las placas plegadas, en cuyo caso la estructura de soporte debe resistir solamente a las fuerzas verticales. A veces se utilizan diafragmas transversales internos (es decir, paneles por encima y / o por debajo de los pliegues) para reducir la deformación, así como para asegurar que la superficie plegada sea lo suficientemente rígida como para comportarse como una unidad total. Para aumentar la rigidez en la acción de viga, se pueden colocar refuerzos longitudinales a lo largo de las líneas de pliegue del valle, es decir, pueden utilizarse vigas bajo los pliegues. Mientras que las placas plegadas interiores de un sistema de múltiples módulos pueden soportarse lateralmente entre sí, el borde longitudinal libre de las placas exteriores es vulnerable a grandes desplazamientos y, en general, necesita ser rigidizado por vigas de borde. 5.2
Ventaja de la lámina simplemente plegada respecto a una losa nervada.
Reducción de la luz de la lámina gracias a que cada pliegue trabaja como apoyo
Eliminación de nervios.ya que cada placa también actua longitudinalmente como viga
Aumento de la capacidad portante con el incremento de la altura
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5.3 Influencia Del Pliegue en la Distribución De Tensiones y en la Capacidad Portante
Las tensiones normales en el borde común tienen el mismo signo y magnitud; por lo que la distribución de tensiones no varía.
La lámina horizontal no tensionada está sometida a esfuerzos cortantes. Con ello se disminuyen las tensiones en el borde.
Las tensiones normales en el borde lateral son de sentido opuesto y se contrarrestan en gran parte mediante esfuerzos cortantes.
Las tensiones normales aún se reparten más. Forma y comportamiento estructural se aproximan a una lámina cilíndrica.
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En la Figura anterior se muestran los diagramas de tensiones normales debidas al peso propio que experimentarían cada una de las placas de la lámina plegada anterior supuestas desvinculadas. En la Figura de la derecha se muestra el diagrama de tensiones normales (de flexión) de la sección compuesta. El nuevo diagrama de tensiones normales se logra por la acción de las tensiones tangenciales que se transmiten a través de las aristas igualando las deformaciones de los bordes de las placas concurrentes. Como puede verse, la sección trabaja como una unidad, con una altura estructural muy importante, dando lugar a una rigidez flexional enormemente superior a la suma de las rigideces de las placas aisladas.
5.4
FORMAS TÍPICAS DE RIGIDIZADORES TRANSVERSALES (TIMPANOS)
Rigidización frente a la deformación del perfil
Tímpanos inferiores
Tímpanos superiores
Pórticos inferiores
Los tímpanos, elementos rigidizadores de la forma, podrán ser llenos o calados (por ejemplo, con formas reticuladas con las barras concurriendo a las aristas) y también podrán colocarse tanto por debajo de la lámina como por encima de ella. Los tímpanos son en general vigas continuas que se apoyan en columnas separadas entre 5m y 10m, que pueden coincidir o no con cada uno de los pliegues de los módulos plegados. Los tímpanos se ubican en zonas cercanas a los extremos, pero también puede haberlos en zonas intermedias. Las láminas aisladas y las láminas extremas de un conjunto de láminas múltiples sufren mayores deformaciones que las láminas centrales, esto se mejorar colocando tímpanos intermedios en la mitad o en los tercios de la luz.
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5.5
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FORMAS TÍPICAS DE VIGA DE BORDE
Rigidización frente a la deformación del borde exterior
Debido a la aparición de esfuerzos perpendiculares al plano, se producen deformaciones en el borde de la lámina.
En el caso de pliegues agudos (ángulo interior más pequeño), se aconseja viga de borde perpendicular a la placa u horizontal.
En el caso de pliegues obtusos (ángulo interior más grande), se aconseja viga de borde perpendicular a la placa o vertical.
En la figura siguiente se indican algunas disposiciones más comunes de vigas de borde
Viga de borde vertical Pliegues achatados
Viga de borde horizontal Pliegues agudos
Viga de borde perpendicular Caso más eficaz
Viga de borde integrada a la placa
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CRITERIOS DE DISEÑO
6.1 Altura total (ht) Se predimensionan con un criterio similar a las vigas comunes: ht = L1/10-12 Si se aplica pretensado los valores anteriores pueden disminuirse en un 25 a un 50%. 6.2 Espesor de la lámina (t) Para tramos con un borde continuo L/35, para tramos intermedios L/40. Se recomienda un espesor mínimo de 8 cm. 6.3 Angulo (α) de inclinación de faldones: Para evitar el doble encofrado α ≤ 40° 6.4
Dimensiones usuales TIPO
L(m)
A (m)
ht (m)
12 a 15
5
L/10
15 a 17
5a6
L/10
hasta 25-28
7a8
L/12
Con técnicas de postesado las luces a cubrir se pueden aumentar alrededor del 50%. Se recomienda para las vigas de borde verticales hv alturas de 50-60cm.
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