...Leyendo una revista de estructuras más o menos singulares, veo que en la parte de la azotea de un edificio de oficinas , se han "inventado" un espacio para reuniones y en vez de solucionarlo a base de los típicos pórticos a base de acero laminado, el sistema se basa en una viga longitudinal de perfil trapezoidal en el que se le adosan perfiles volados que conforman la cubierta... Me parece una solución estéticamente muy interesante, y que además desde el punto de vista estructural, dicen, presenta las siguientes ventajes; Transcribo literalmente..
"A steel structure consisting of a welded hollow box girder with a trapezoidal cross section (1.3 m high, 22-85 cm wide) with steel framed ribs projecting laterally to each side at 2,65 m, satisfied the need for a ligh weight solution. This shape was chosen because the engineers wished to make full use of the plastic moment of the section and thus prematurely at the two internal supports. Futhermore, the closed cross section provides the necessary torsional stiffness to resist asymmetric live loads With spans og 3,70 m , 31,80 and 3,70 m the reaction forces at the two outermost supports are negative (uplift) for all load cases. For this reason the box girder has been anchored down to the external walls by cast-in threaded rebars..."
Entiendo lo de que se elija la sección cerrada para resistir las cargas asimétricas por la capacidad de resistir el torsor así, pero no entiendo lo de aprovechar al máximo el momento plástico de la sección , teniendo en cuenta que la estructura se modeliza apoyada en cuatro paredes... adjunto croquis que salen en la revista, a ver si alguien me puede aclarar las ventajas comentadas. Muchas gracias
Según indicas textualmente, “Se eligió esta forma porque los ingenieros deseaban aprovechar al máximo el momento plástico de la sección que se generará en los dos apoyos intermedios”
En primer lugar, el Momento Plástico de una sección es aquel valor de momento flector (en este caso negativo – sobre apoyos A y B) máximo que una sección es capaz de resistir, a partir del cual, la sección ya no puede resistir más valor de momento flector y pasa a actuar, como una rótula, generándose la plastificación de cada una de las fibras de la sección.
Por otro lado, no conocemos que tipo de restricciones/condiciones iniciales limitan el diseño, no haces mención al respecto, restricciones tales como limitaciones geométricas (altura interior de la estancia, altura total de la edificación, …), o limitaciones estructurales (límite de flechas, límite de capacidad de la estructura frente a reacciones de tracción, …), lo cual hace que no tengamos la visión completa que los ingenieros si tuvieron para su diseño, y con ello entender a la perfección las ventajas que exponen.
Lo que si podemos interpretar es el concepto de lo que indican, que es el de aprovechar el momento plástico que se generará en los dos apoyos intermedios.
Veámoslo mediante esquemas de esfuerzos:
ESTADO 01: En los apoyos internos (A, B) se alcanza el límite del momento flector elástico, el cual equivale a momento plástico en dichas secciones.
ESTADO 02: En los apoyos internos (A, B) se genera una rotula plástica que divide la viga continua con cuatro apoyos en tres vigas biapoyadas.
Con este funcionamiento estructural, y en función de las necesidades, las cuales en realidad no conocemos, y manteniendo la misma sección de la viga para cualquier circunstancia, se tienen las siguientes ventajas:
- Al limitar el momento flector máximo en los apoyos intermedios (A, B), por limitar las secciones y obligarlas a que se generen en ellas momentos plásticos:
o Se limita la flecha máxima en elevación entre C-A y B-D.
o Se limita la reacción máxima de tracción en C y en D.
o La geometría de la viga C-A-B-D comparada con tres vigas biapoyadas C-A, A-B y B-D, genera con cargas una flecha en el vano central S-B menor.
Una vez dicho esto, y sin conocer las restricciones iniciales que pudieran existir, te expongo mi opinión:
- En este caso no le encuentro ninguna ventaja a utilizar un sistema estructural que agote el momento elástico en los apoyos intermedios (A, B) generando una rótula plástica (ni siquiera considerando la deformación de la estructura frente al sismo, cosa que en otros casos si tendría sentido)
- Al generar las rótulas plásticas en los apoyos intermedios (A, B) se produce un aumento de flecha en el vano central, hecho que no es una ventaja.
- Si lo que se quiere es disminuir la flecha en elevación en los tramos C-A y B-D, o reducir las tracciones en los apoyos externos (C-D), se aumenta la rigidez de la sección de la viga principal (aumento del canto, o aumento de la inercia sin aumentar el canto, dado que la viga es hueca).
- Mi diseño, para esa cubierta, hubiera consistido en realizar tres vigas biapoyadas dada la gran diferencia de luces entre el vano central y los vanos extremos. Tal vez con una conexión de cortantes horizontales, para trabajar conjuntamente frente a viento y sismo, pero nunca con conexión de momento flector entre las tres vigas.
CONCLUSIÓN:
Dado que a mi entender no hay ninguna ventaja en esta configuración estructural por el hecho de generar rótulas plásticas en los apoyos intermedios, mi sensación es que a la hora de redactar el artículo “alguien” ha querido darse potaje.
Un placer y un honor que te dignes a contestar a mis "melones"... intento recabar toda la información posible acerca de la estructura en cuestión... En realidad es solo la parte superior de la estructura principal de un edificio de oficinas construido a base de losas plegadas postensadas.
Intento mandar toda la información al respecto para intentar encontrar justificación a su diseño y a la explicación que dan del mismo. En lo que se refiere a la estructura superior , parece que se dispone de esa manera para ajustarse a las fases constructivas
ROOF STRUCTURE
"The top storey had to be set back and hence was narrower than other levels due ti local planning regulations. Since the folded plate slab forming the ceiling lo level +3 would be unable to support the loads from the roof structure, the engineers rotated the direction of the span of the principal load bearing member through 90º, i.e lengthwise, and adopted a longitudinal girder (39.45 m long) resting on the 4 transverse end walls. A steel structure consisting of a weleded hollow box girder with a trapezoidal cross setion (1.3 m high, 22-85 cm wide) with steel framed ribs projecting laterally to each side at 2.65 m centres, satisfied the need for a ligtweight solution that would fit in with the planned construction phases.
"Longitudinal structural system-Blue: box girder theoretical deflection at installation of windows (considering precamber, self weight of structural elements and a apart of self weight of non-structural elements) and red: box girder envelope deflection during the whole service life (considering: precamber; selfweight structural and non structural;snow load and thermal action"
El edificio está en Zurich.
Crees que añadimos alguna explicación que nos sirva para evaluar la necesidad del momento plástico en el sección o sólo es tema de "potaje".
Muchísimas gracias por el interés, se aprende mucho con tus intervenciones.
Me ha picado la curiosidad ya que hace un mes me encontré con esa revista que comentas y las imágenes me resultaban familiares 😅
La verdad que lo del momento plástico para crear una rotula no acabo de verlo, no tiene mucho sentido. Javier Mataix Durá lo ha explicado perfectamente
Quería preguntar a Javier Mataix Durá por qué su diseño lo haría mediante tres vigas biapoyadas. Y explico porque pregunto esto → veo algunas ventajas en usar una viga continua:
La configuración de viga continua que utilizan en el proyecto la veo muy útil para controlar las deformaciones del vano central. Con una viga biapoyada seguramente tendrías que buscar aumentar el canto de la viga
Al disponer de dos apoyos tan próximos en relación con el gran vano central, lo que acabas generando es un empotramiento. Es una solución que se ve mucho en puentes y pasarelas; por ejemplo, Mario Guisasola lo emplea con frecuencia en sus diseños (adjunto una imagen para ilustrarlo).
Por eso me interesa conocer mejor los criterios para elegir la alternativa de tres vigas biapoyadas.
No conocía al autor de la pasarela con la que ilustras tu comentario, y la verdad es que metiéndote en sus obras, producen un goce estético y estructural inmenso. Sin estridencias y acomodándose al medio, intentando sumar sin imponerse. Muchísimas gracias por la aportación. Saludos
