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Teorías e Hipótesis
Nomenclador: DE → Diseño Estructural
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Teorías e hipótesis en el Diseño Estructural
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En la academia varias disciplinas tienen a la realidad separada de la teoría. Nuestro estudio debe ubicarse en la
zona de superposición de ambas.Jorge Bernal
3Jorge Bernal
Parte de las variables que participan en el DE para luego llegar al dimensionado de las piezas. En cada una de las variables existe posibilidad de error, de allí el Coeficiente de Seguridad (CS) o el
Coeficiente de Diseño Estructural (DE)
4Jorge Bernal
Evolución del conocimiento y el deterioro de los edificios: ciencias que participan
Termodinámica
5Jorge Bernal
Superposición de las ciencias en la realidad y separadas en la academia. En diseño estructural deben estar superpuestas
66Jorge Bernal
La espiral del error y el costo de reparación: corregir una falla o falta en el inicio (proyecto) tiene un costo ciento de veces menor al de edificio terminado. El costo del error crece según espiral logarítmica.
77Jorge Bernal
El continente de la idealización teórica y el continente de la realidad deben estar unidos por el puente del análisis de las hipótesis de partida.
88Jorge Bernal
En la medicina la valla de prevención se coloca antes del abismo, mientras que en la ingeniería se la coloca abajo, en el fondo (la ingeniería es intervencionista, actúa después de la falla.
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El cuadro muestra las ciencias que se deben utilizar para revisar el conocimiento de la ingeniería. El principal es la Metodología de la Investigación que pertenece al área de la Epistemología
Jorge Bernal
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La misma imagen, los mismos objetos observados desde distintos “diafragmas”: esta es una de las herramientas intelectuales para el método de revisiónJorge Bernal
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Modelo de la medicina aplicado a las anomalías de un edificio o estructura por el uso de hipótesis del DE equívocas.
Jorge Bernal
12Jorge Bernal
En la historia de la ingeniería o arquitectura la posición de la Ciencia y de la Tecnología se adelantan o atrasan según los descubrimientos. Ejemplo: la máquina de vapor (tecnología) se adelantó a la ciencia (termodinámica).
13Jorge Bernal
Las hipótesis tienen tres niveles o grados: a) las empleadas en la investigación, b) las utilizadas en la teoría y c) las observadas en la realidad o aplicación.
14Jorge Bernal
Arriba: la investigación inductiva para el descubrimiento de una fórmula matemática que interprete la realidad.Abajo: el proceso deductivo que emplea una fórmula general para un dimensionado de una pieza estructural en particular.
15Jorge Bernal
La teoría de pandeo: las hipótesis ideales (parcialmente reales) empleadas para la fórmula final
16Jorge Bernal
Las hipótesis teóricas de las condiciones de borde de una columna esbelta: ninguna posee realidad absoluta, solo parcial.
17Jorge Bernal
Edificio en altura, la columna varía de rigidez con el nivel de los pisos, mientras que las vigas mantienen una rigidez constante. En cada nudo de piso existe una condición de borde distinta para la columna.
18Jorge Bernal
En estructuras de hormigón armado (material heterogéneo) se analiza la relación de rigidez entre columna y viga desde ecuaciones de estructuras metálicas (material homogéneo).
19Jorge Bernal
La representación mediante una “planta” estructural es también una simplificación; no se tienen en cuenta las paredes internas o perimetrales.
20Jorge Bernal
La representación mediante una “planta” estructural es también una simplificación; no se tienen en cuenta las paredes internas o perimetrales.
21Jorge Bernal
El punto “x-y-z” es un apoyo en la teoría, pero en la realidad es un espacio que se lo debe analizar desde los tres ejes.
22Jorge Bernal El espacio del nudo en los tres ejes.
23Jorge Bernal
El espacio interior complejo de una material heterogéneo (aún falta dibujar las losas con sus barras de hierro.
24Jorge Bernal
El modelo teórico lineal tiene diferentes entidades según se lo analice en el orden que muestra la figura. En DE no puede existir del punto o la línea; la realidad se da en el espacio.
25Jorge Bernal
La estructura según cálculo, pero luego la realidad será distinta con la llegada de las paredes, que también actúan pero que no se las tienen en cuenta.
26Jorge Bernal
En estructuras de hormigón armado no es posible utilizar las ecuaciones clásicas de la estática para momentos flectores; los apoyos poseen grados de rigidez. Se debe diseñar desde el flector nominal negativo de los apoyos. La viga es placa en el tramo, pero en el apoyo es rectangular
27Jorge Bernal
Este esquema y ese diagrama teórico no representa la realidad del hormigón armado. Podría ser posible en una viga aislada del tipo pretensada.
28Jorge Bernal
Este esquema y ese diagrama teórico no representa la realidad del hormigón armado. Podría ser posible en una viga aislada del tipo pretensada.
29Jorge Bernal
Estas tablas utilizadas para el cálculo y dimensionado clásico, en la actualidad ya no son utilizadas para el hormigón armado. Porque los apoyos y nudo poseen identidad mediante los nominales negativos.
en un párrafo que se refiere a las losas dice:“…si la libre rotación del extremo de una losa no puede ser asegurada, se deberá, aún en la hipótesis de un apoyo libre, prever una armadura superior capaz de absorber un imprevisible momento de empotramiento”.“Hormigón Armado”. Benno Loser.Editorial El Ateneo. Página 262.
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La inercia de la costumbre mental: recomendaciones realizada hace 70 años atrás, aún siguen vigentes a pesar de su equívoco.
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Los antiguos manuales indicaban en las losas, doblar una barra por medio en la zona cercana del apoyo. Una contradicción; la losa fue calculada con momento nulo en el apoyo y luego durante la construcción generamos un flector nominal negativo, creamos un empotramiento.
32Jorge Bernal
33Jorge Bernal
Un caso donde la tecnología se adelanta a la ciencia. El sistema mixto “pretensado y hormigón simple” en losas (tecnología), aún no fue estudiado a nivel científico (ciencia). Los manuales de los fabricantes no indican la teoría y fórmulas de dimensionado. Este es un caso donde la tecnología se adelanta a la ciencia que viene atrás.
34Jorge Bernal
La teoría de la flexión (acción externa y resistencia interna) en materiales homogéneos fue plagiada por décadas en las prácticas del hormigón armado.
35Jorge Bernal
La cupla interna en el hormigón armado no posee simetría. El eje neutro modifica su posición según la carga. Además el monolitismo entre columna, viga y losa producen elevada rigidez (nominal negativo) en los apoyos de vigas.
36Jorge Bernal
En la historia del DE del hormigón armado, en sus inicios adoptaba el razonamiento de materiales homogéneos, luego de muchos años fue adoptando diferentes criterios para la cupla interna (flector nominal).
37Jorge Bernal
El flector externo (diagramas) adopta formas diferentes según el tipo de carga.
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Colocando un tensor se eleva la eficiencia porque el nominal varía y “copia” de manera aproximada la
figura del flector externo.
Jorge Bernal
La pieza de madera de sección rectangular posee un flector nominal constante y un teórico variable. Es útil (eficiencia muy reducida) solo la parte oscura del esquema.
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En hormigón armado la eficiencia aumenta porque se puede utilizar un nominal de apoyo preestablecido y regular el nominal de
tramo, según la participación de la losa como placa en la viga. Las posición y cantidad de barras son
quienes establecen los nominales más adecuados para una determinada acción externa.
Jorge Bernal
La viga continua de dos tramos de material homogéneo (madera o hierro) posee baja eficiencia por el elevado flector externo en el apoyo interno.
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En las tres figuras, la rama, los elásticos de un camión y la cercha en voladizo “copian” el flector externo. El nominal lo generan en la forma y posición del material resistente y elevan la eficiencia en el DE.
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Imagen ampliada de un ejemplo de la realidad que muestra el equívoco de algunas hipótesis de cálculo.
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La necesidad de cambios de conceptos: la vivienda sobre el suelo flota, mientras que el edificio en altura presiona. La necesidad de interpretar de manera adecuada la “tensión admisible” de los suelos.
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Las fisuras en las paredes, la gran mayoría no son por excesos de cargas gravitatorias, sino por los diferenciales en el movimiento de flotamiento de la vivienda sobre el suelo (actividad de las arcillas con la humedad)
Jorge Bernal
Es interesante el estudio para conocer cuánto se hunde una vivienda hermética flotando en las aguas de un lago.
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La cercanía de edificios livianos con otro pesado presenta condiciones de
borde diferentes tanto en suelo como en la interfase de ambos
edificios.
Jorge Bernal
En las tareas de DEestán las fundaciones. En suelos de arcillas activas, la diferencia de cotas de implante genera movimientos diferenciales que fisuran las paredes .
45Jorge Bernal
El dimensionado de las piezas en flexión durante las tareas del DE se deben realizar tanto desde la tensión de rotura del material como de la elástica máxima de la viga. En la figura variación de la tensión está en función de la luz de cálculo a la segunda potencia, mientras que la flecha lo está a la cuarta potencia.
Fin
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