1. SISTEMAS
ESTRUCTURALES DE
FORMA ACTIVA:
ESTRUCTURAS EN BASE A CABLES
Clase No. 7

2. SISTEMAS ESTRUCTURALES DE FORMA ACTIVA
Se trata de estructuras que actúan principalmente mediante su
forma material, lo que las hace llamarlas de ¨forma activa¨ o
sistemas estructurales en estado de tracción simple o
compresión simple.
simple
La característica de los sistemas estructurales de forma activa es
que ellos vuelven a encauzar las fuerzas exteriores por medio de
simples tensiones normales: el arco por compresión y el cable por
tracción.
La forma de los sistemas estructurales de forma activa coincide, en
el caso ideal, precisamente con el flujo de los esfuerzos y estos
sistemas son, por lo tanto, el camino natural de las fuerzas
expresado en materia. La trayectoria natural de los esfuerzos de un
sistema de tracciones es el cable suspendido y la de un sistema
de compresiones es el arco funicular.

3. SISTEMAS ESTRUCTURALES DE FORMA ACTIVA
CABLES:
Son estructuras especialmente apropiadas para cubiertas de
grandes luces con materiales ligeros (livianos) donde el elemento
estructural esencial es el cable y el esfuerzo fundamental es el de
tracción. A causa de ser estructuras solicitadas exclusivamente por
simple tracción, son los sistemas mas económicos para cubrir un
espacio atendiendo a la relación peso/luz.
El cable sólo puede soportar tracciones

4. SISTEMAS ESTRUCTURALES DE FORMA ACTIVA
ARCO FUNICULAR:
Las formas inversas de los cables colgantes corresponden a las
formas comprimidas, que con la misma longitud soportarían las
mismas cargas.
El arco funicular soporta compresiones de la misma magnitud que el cable

5. CABLES (TENSORES)
CARACTERISTICAS:
• Resisten únicamente esfuerzos de tracción pura
• La forma responde a las cargas
• Cualquier cambio en las condiciones de carga afecta a la forma
• Carecen de rigidez transversal
• Las cargas pueden ser muy grandes en relación al peso propio
• No constituye una estructura autoportante
Un sistema de cables o tensores no constituye por sí mismo
una estructura autoportante, pues el diseño exigirá estructuras
auxiliares que sostengan los cables a alturas importantes. Esto
conlleva a una combinación de sistemas estructurales diferentes.
Las acciones sobre una cubierta se pueden transmitir a cables o
tensores, los que se alargaran traccionándose para encontrar la
forma correspondiente al equilibrio.

6. CABLES (TENSORES)
RELACION TRAZADO-ESFUERZOS:
El cable o tensor adopta la forma de las cargas, por ejemplo, la
plomada nos indica la verticalidad de la fuerza de gravedad del
peso de la misma (carga) en la forma del cable que la sostiene.
Aplicando una fuerza horizontal en cualquier punto de dicho cable,
la forma del mismo se modifica en función del valor de dicha carga.

7. CABLES (TENSORES)
Si colgamos la carga de dos cables en vez de uno, cada uno de
ellos equilibrara la mitad de la carga.
Separando los puntos de amarre, la carga quedara suspendida en
el espacio creado. El cable transmite la carga a ambos lados,
cubriendo el espacio. La forma del cable sigue las direcciones de
las fuerzas. Como el cable tiene una reducida sección
transversal en relación con su longitud, no puede resistir la
flexión y así, modifica su forma para cada nuevo estado de
cargas.

8. CABLES (TENSORES)
TRAZADO DEL CABLE:
Las formas que puede adoptar el cable o tensor ante las cargas
sometidas a el son las siguientes:
• Polígono funicular, es la forma que adopta el cable ante fuerzas puntuales
• Parábola, es la curva que adquiere el cable ante una carga horizontal
uniformemente distribuida
• Catenaria, es la figura que forma el cable ante el peso propio del mismo

9. CABLES (TENSORES)
POSIBILIDADES PARA LA ESTABILIZACION DE LAS
CONSTRUCCIONES CON CABLES:
Como ya hemos dicho, esta familia de estructuras carece de rigidez
transversal y las sobrecargas pueden ser muy grandes en relación
al peso propio.
Una posible variación de estas sobrecargas, en la medida en que
las formas responden a las cargas aplicadas, puede originar una
modificación importante de la estructura. Se puede visualizar esta
situación con lo que le sucede a la vela de un barco.
Se pretende diseñar estructuras estables y una de las condiciones
del equilibrio estable es precisamente la estabilidad de la forma:
• Mediante un gran peso propio en relación a las posibles cargas
asimétricas
• Mediante elementos rigidizadores
• Mediante el pretensado

10. CABLES (TENSORES)
ESTABILIZACION DE LA FORMA POR PESO PROPIO:
Se trata de agregar un gran peso propio en relación a las posibles
cargas asimétricas: cargas de uso o variaciones climáticas. Este es
el caso de los grandes puentes colgantes, en los cuales la carretera
tiene un gran peso propio en relación al viento y al peso del transito.

11. CABLES (TENSORES)
En general es suficiente cuando el peso es de 2 a 3 veces superior
al valor de las posibles cargas asimétricas. Este es sin embargo un
valor aproximado, determinado mediante la practica. En casos
especiales pueden ser asumidos valores sensiblemente mayores.
Las cargas climáticas pueden ser superiores, no son asimétricas,
son rápidamente variables, alternativamente hacia arriba y hacia
abajo (el viento, por ejemplo).
Esta solución de agregar peso propio implica una
contradicción importante ya que estamos agregando peso
material a una estructura que se caracteriza precisamente por
su ligereza.

12. Para estabilizar esta estructura se le ha añadido peso a la cubierta

13. CABLES (TENSORES)
ESTABILIZACION DE LA FORMA POR MEDIO DE ELEMENTOS
RIGIDIZADORES:
Se trata de la colocación de un elemento rígido en la zona de
aplicación de las cargas. Es el caso de los grandes puentes
colgantes en los que la carretera se apoya en una gran viga
reticulada impidiendo la deformación excesiva provocada por la
variación de las cargas.

14. Incremento del peso propio por medio de elemento rigidizadores

15. CABLES (TENSORES)
ESTABILIZACION MEDIANTE EL PRETENSADO:
Se trata de la introducción de tensiones la estructura previas a la
aplicación de las cargas utilizando diversos recursos:
• Agregando una fuerza previa al cable
• Agregando otra estructura de cables que produzca esa fuerza
cables unidos en un plano
cables unidos en el espacio
cables portantes y tensados
redes de cables
Se agrega al cable portante un cable estabilizador. El cable
portante y el cable estabilizador se cargan recíprocamente mediante
el pretensado del sistema. En el punto de cruce ambos cables se
cargan recíprocamente.

16. En la situación en que el cable portante y el estabilizador no se encuentren en
el mismo plano, estamos en presencia de una estructura de redes

17. CABLES (TENSORES)
El pretensado con cables resulta un sistema eficiente y
coherente para lograr la necesaria estabilización de la
forma.
Genera, desde el punto de vista del diseño, fuertes
necesidades y oportunidades formales.
La combinación de cables portantes y cables
estabilizadores es una combinación de alta eficiencia
para cubrir grandes luces.

42. Los antecedentes de las estructuras de cables pueden encontrarse en las
velas de los barcos

43. Puente Humber, Inglaterra, con un tramo central de 1,410m

44. Puente Akashi-Kayko, Japón, con un tramo central de 1,767m

45. Puente de El Alamillo de Santiago Calatrava, Sevilla, España

46. Proyecto del Centro de Actividades acuáticas para las Olimpiadas de Londres en el 2012

47. Interior del Centro de Actividades Acuáticas para las Olimpiadas de Londres 2012

48. Estructura de redes de cables bajo la cual cuelga una ¨tela¨ como cubierta.
Pabellón de exposiciones, Frei Otto, Alemania, 1967

49. Estructuras para las cubiertas de las instalaciones deportivas de la Olimpiada
de Munich, Alemania, Frei Otto, 1972

50. Instalaciones deportivas para la Olimpiada de Tokio, Japón, 1964, Kenzo Tange

51. Pueden ser usadas también estas estructuras de cables (tensoestructuras o
velarias) para cubrir espacios de luces medias y pequeñas

52. Mástiles de madera que soportan estructura de cables tensados y como cubierta
piezas de madera de barriles reciclados. Plaza de descanso de trabajadores
agrícolas, España, 2007

53. Cubierta de instalación deportiva, Alemania

54. Estructura de cables utilizada para techar áreas exteriores de edificaciones

55. Estructura de cable y tela usada para cubrir espacios exteriores

56. Utilización de las velarias para cubrir espacios exteriores y públicos

57. Interesante combinación de sistemas estructurales, donde la estructura de
cables es usada para enfatizar el acceso principal a esta edificación

58. También la llamada arquitectura efímera utiliza las estructuras de cables