Estructuras de Tracción: Principios, Estabilización y Geometría

1. ¿Qué es una estructura de tracción pura?

Es una estructura que, bajo las cargas de servicio, trabaja a tracción baricéntrica. Las solicitaciones internas son de tracción y no de otro esfuerzo. La forma de la estructura se adapta a un funicular de cargas externas para poder trasladar las mismas a los apoyos y mantener el equilibrio. Es una estructura activa que trabaja por medio de cables (material flexible). Se fija en sus extremos, puede sostenerse por sí mismo y ocupa un gran espacio. Debido a su pequeña sección transversal en relación a la longitudinal, el cable cambia su forma según las cargas que se apliquen.

Requisitos de la estructura:

• Mínima deformación debido al estiramiento y material flexible.
• Resistente a esfuerzos de tracción.
• Alto grado de flexibilidad.
• Carece de rigidez transversal.

Tipologías:

• Hilos: sogas, cables, cadenas.
• Membranas: mallas, tejidos.

2. Efecto de la Flecha en los Esfuerzos

Si mantenemos constante la luz y la carga, y aumentamos la flecha, los esfuerzos horizontales y verticales tendrán las siguientes consecuencias:

• Horizontal: La componente horizontal es inversamente proporcional a la flecha. Por ende, si aumenta la flecha (f), disminuirá la componente horizontal (H).
• Vertical: La componente vertical es independiente de la flecha (f), no cambia.

3. Fuerza Constante a lo Largo del Hilo

A lo largo del hilo, la fuerza que se mantiene constante es la horizontal (H).

• V: Máximo en el apoyo y nula en el punto “K”.
• H: Constante y coincide con “R” en el punto “K”.

4. Sistemas de Estabilización para Estructuras de Tracción Pura

Para estabilizar una estructura de tracción pura, se puede optar por:

1. Pretensado: Tensión previa.
2. Peso propio: Aplicación del peso de la cubierta.

Los cables son elementos que solo toman esfuerzos de tracción. Si son sometidos a otros esfuerzos, como a compresión, pierden su capacidad de servicio y se deforman. Para evitar esto, se utilizan sistemas de estabilización.

5. Reacción en Cubiertas de Tracción

Si en una cubierta de tracción se duplica la carga, manteniendo la misma luz y flecha, la reacción también se duplica. VERDADERO. Las fuerzas horizontales, verticales y la reacción son proporcionales a la carga (q).

6. Tensión Previa en Superficies de Doble Curvatura Positiva

A una estructura generada por una superficie de doble curvatura total positiva, NO se le puede aplicar el concepto de tensión previa, debido a que está formada por curvas del mismo signo.

7. ¿Qué es la Tensión Previa y para qué Sirve?

La tensión previa es un estado de solicitación interna anterior a la acción de las cargas de servicio, de tal magnitud que supere los valores estimados de las solicitaciones. Sirve para evitar que los cables salgan de servicio por compresión, estabilizar y rigidizar el sistema. Se aplica tensión previa a las cerchas de Jawerth, membranas tensadas y redes de cables con doble curvatura negativa.

8. Estabilización por Peso: Definición y Uso

La estabilización por peso sirve para rigidizar y estabilizar el sistema. En una estructura liviana a tracción, el viento produce succión en la cubierta, generando una carga inversa. Para evitar esto, se aplica una carga permanente de 3 a 5 veces el peso del viento, para que el cable no se deforme. Ejemplo: Pabellón de Portugal.

9. Requisitos para Aplicar Tensión Previa

Una estructura para aplicar tensión previa debe poseer una doble curvatura negativa. Tienen radio de curvatura opuesta.

10. Clasificación de Cubiertas de Tracción según su Geometría

Las cubiertas de tracción se pueden clasificar según su geometría en:

1. Cubierta Cilíndrica: La curva generatriz se desplaza paralelamente sobre el eje directriz. NO se le aplica tensión previa. Se puede estabilizar por peso debido a que NO poseen doble curvatura total negativa.
2. Cubiertas de Revolución: La curva generatriz rota alrededor del eje directriz. Se crean diferentes formas dependiendo de cómo es la curva y cómo pasa por el eje. Tiene doble curvatura total negativa y se le puede aplicar tensión previa.
3. Paraboloide Hiperbólico: La curva generatriz se desplaza paralelamente sobre una curva directriz de concavidad inversa. Tiene doble curvatura total negativa y se le puede aplicar tensión previa.

11. Forma de un Hilo Bajo Cargas Puntuales y Uniformes

Un hilo adopta bajo la acción de cargas puntuales un polígono funicular y bajo cargas uniformemente distribuidas: una parábola.

12. Forma de un Hilo Bajo su Peso Propio

Bajo la acción de su peso propio, la forma que adopta el hilo es de una catenaria. Si el hilo se encuentra sujeto de dos apoyos, el primer tramo de los extremos tiene mayor longitud que los otros. La carga NO es uniformemente distribuida. Si la relación es: bajo la acción de su peso propio, el hilo adopta forma de parábola y las cargas están uniformemente distribuidas.

13. ¿Qué es una Viga Equivalente?

Una viga que se comporta de igual forma que la estructura a estudiar, teniendo la misma luz y carga.

14. Polígono Funicular y Parábola

El polígono funicular de un hilo, bajo la acción de su peso propio, adopta la forma de una parábola si la relación es: (Aquí faltaría la relación, pero se mantiene el texto original)

15. Sistemas de Apoyos para Cubiertas de Cables

Los distintos tipos de apoyos para cubiertas de cables con plantas rectangulares y circulares son:

• Tabiques
• Puntal. Ejemplo: puente
• Pórtico
• Cerchas
• Puente suspendido

16. Polígono Funicular y Curvas Funiculares

Si tomamos un cable sostenido por sus extremos y se le aplican cargas externas, el mismo tomará la forma de un polígono funicular. Dicha forma que toma el cable genera las fuerzas que se equilibran a las cargas externas. Cuando la carga es distribuida uniformemente a lo largo del cable, el mismo adopta forma de catenaria. Si la carga es distribuida a lo largo de la cuerda, el cable adopta la forma de parábola.