Sistemas estructurales

Transcripción

1 Sistemas estructurales

2 Sistemas estructurales. Son las estructuras compuestas de varios miembros, que soportan las edificaciones y tienen además la función de soportar las cargas que actúan sobre ellas transmitiéndolas al suelo. SISTEMA ESTRUCTURAL. Su cometido principal es mantener el edificio en pie, transmitiendo las acciones mecánicas al terreno. Exigencia Básica de Seguridad estructural: asegurar que el edificio tiene un comportamiento estructural adecuado frente a las acciones e influencias previsibles a las que pueda estar sometido durante su construcción y uso previsto. Además deben mantener sus propiedades frente a fuego (RF) y a lo largo de su vida útil (durabilidad). Están constituidos por elementos estructurales y por uniones entre ellos. Las uniones mecánicas pueden ser apoyos simples, articulaciones y empotramientos. Apoyos Simples.

3 Sistemas estructurales. Básicamente tenemos cuatro tipos de sistemas estructurales: Autosoportantes: Es aquel sistema estructural que tiene la propiedad de garantizar que la carga aplicada sea soportada y luego transmitida, ejemplo: Torres. Puentes. Columnas. Reticulados o marcos: Rígidos: Tienen la capacidad de girar y transmitir momentos, además de transmitir los cortantes y cargas axiales por tener mayor capacidad de carga. Articulados: Transmiten fuerzas y carga axial, no pueden girar y tienen mayor desplazamientos.

4 Sistemas estructurales. Marcos arriostrados o estables en su exterior e interior: Se introducen elementos que trabajan bajo carga axial a tensión y a compresión para disminuir aun mas el desplazamiento lateral. 3. Básicamente el sistema Cajón o estructural esta compuesto por muros. elementos de área, en pocas palabras podemos decir que se desarrollara una resistencia a cortante utilizando armónicamente los muros y las losas como elementos colectores y distribuidores. El único problema que no se pueden cubrir grandes claros sin utilizar arriostres laterales 4. Sistemas combinados Se utilizan en los grandes rascacielos, se combina la acción de los muros perimetrales y céntricos o núcleo con los marcos y entramados. Los marcos y entramados toman las cargas gravitacionales (Carga Viva y Muerta) y los muros las cargas laterales (Vientos y Sismos).

5 Sistemas estructurales en venezuela. En Venezuela, los tipos de sistemas e s t r u c t u r a l e s m a s u s a d o s s o n l o s denominados estructuras aporticadas, las cuales pueden ser de diferentes tipos de materiales, entre los cuales están la Madera, el Hierro o Acero, así como los pórticos de concreto Estos materiales, participan dentro del sistema de estructura dándole rigidez y economía a una estructura, no solo por su costo, si no, que intervienen otros factores de índole, técnico, tecnológico, de luces, de cargas, de mano de obra, que hacen que el sistema estructural sea factible

6 CARACTERISTICAS DE SISTEMAS ETRUCTURALES. NECESIDADES ESTRUCTURALES ESPECIALES MATERIAL Y LIMITACIÓN DE ESCALA Existen características para calificar los sistemas disponibles que satisfagan una función especifica. Los siguientes puntos son algunas de estas características: PROBLEMAS DE DISEÑO PROBLEMAS DE CONSTRUCCIÓN

7 TIPOS DE ESTRUCTURAS. Sistemas aporticados. SISTEMAS APORTICADOS: Un sistema porticado es el que utiliza como estructura una serie de pórticos dispuestos en un mismo sentido, sobre los cuales se dispone un forjado. Es independiente de su arriostramiento, que podrá hacerse con pórticos transversales, cruces de San Andrés, pantallas u otros métodos; y del material utilizado, generalmente hormigón o madera. Este sistema es el más utilizado hoy en día en las zonas desarrolladas, especialmente en hormigón desde la patente Domino de Le Corbusier. Los forjados transmiten las cargas a los pilares o muros, y éstos a la cimentación. El sistema aporticado por la utilización muros de ladrillo y éstos ser huecos y tener una especie de cámara de aire, el calor que trasmiten al interior de la vivienda es mucho poco. El sistema aporticado tiene la ventaja al permitir ejecutar todas las modificaciones que se quieran al interior de la vivienda, ya que en ellos muros, al no soportar peso, tienen la posibilidad de moverse. Ventajas. Proceso de construcción relativamente simple y del que se tiene mucha experiencia. El sistema aporticado posee la versatilidad que se logra en los espacios y que implica el uso del ladrillo. Generalmente económico para edificaciones inferiores a 20pisos.

8 TIPOS DE ESTRUCTURAS. Sistemas Aporticados. Desventajas. Es el sistema de construcción más difundido en nuestro país y el más antiguo. Basa su éxito en la solidez, la nobleza y la durabilidad. Un sistema aporticado es aquel cuyos elementos estructurales principales consisten en vigas y columnas conectados a través de nudos formando pórticos resistentes en las dos direcciones principales de análisis (x e y). Económicamente no se puede fijar un límite de altura generalizado para los edificios con sistemas de pórticos rígidos, pero se estima que en zonas poco expuestas a sismos el límite puede estar alrededor de 20 pisos. Y para zonas de alto riesgo sísmico ese límite se tiene que encontrar en alrededor de 10 pisos. CARACTERISTICAS El comportamiento y eficiencia de un pórtico rígido depende, por ser una estructura hiperestática, de la rigidez relativa de vigas y columnas. Para que el sistema funcione efectivamente como pórtico rígido es fundamental el diseño y detallado de las conexiones para proporcionarle rigidez y capacidad de transmitir momentos.

9 Es un sistema que constructivamente es rápido de ejecutar, ya que se utilizan encofrados de acero con forma de U Invertida que dispuestos en el sitio permiten vaciar los muros y las losas de manera simultánea. Se puede llegar a construir un nivel de 1200 m2 cada 3 días. Es un sistema que bien configurado es poco propenso al colapso, ya que ofrece gran resistencia a los esfuerzos laterales. Como es un sistema muy rígido, donde casi no se producen desplazamientos laterales, los elementos no estructurales no sufren daños considerables. TIPOS DE ESTRUCTURAS. Ventajas. Termina siendo una estructura mucho más liviana que el sistema aporticado, y gracias a su rigidez lateral se pueden llegar a construir edificios de más de 30 pisos de altura. SISTEMA DE MUROS PORTANTES (ESTRUCTURA TIPO TÚNEL) Se conoce como sistema tipo cajón o tipo túnel a los arreglos entre placas verticales (muros), las cuales funcionan como paredes de carga, y las placas horizontales (losas). Este sistema genera gran resistencia y rigidez lateral, pero si la disposición de los muros se hace en una sola dirección o se utiliza una configuración asimétrica en la distribución de los muros, se generan comportamientos inadecuados que propician la posibilidad del colapso. En los sistemas tipo cajón, las cargas gravitacionales se transmiten a la fundación mediante fuerzas axiales en los muros, los momentos flexionantes son generalmente muy pequeños comparados a los esfuerzos cortantes, por lo cual no se puede esperar un comportamiento dúctil, al no producirse disipación de energía. Por el tipo de encofrado, el sistema permite que se construyan varios edificios simultáneamente, ya que mientras un edificio se va desencofrando, se puede ir encofrando el otro y así cumplir con los tiempos de fraguado del concreto. Comparado a un sistema aporticado tradicional, el sistema Tipo Túnel puede costar entre un 25 a 30% menos. Además de su rápida ejecución, el hecho de ya tener muros permite un ahorro en costos en la construcción de las paredes de bloques y el friso de las mismas.

10 Por ser un sistema que posee gran rigidez, estará expuesto a grandes esfuerzos sísmicos, los cuales tienen que ser disipados por las fundaciones, esto significa que debe estar sustentado por un suelo con gran capacidad portante. Por poseer losas de delgado espesor, la longitud de los ramales de instalaciones de aguas servidas es limitada. En algunos casos se tiene que llegar a aumentar el espesor de la losa donde van ubicados los baños para poder cumplir con las pendientes. TIPOS DE ESTRUCTURAS. SISTEMA DE MUROS PORTANTES (ESTRUCTURA TIPO TÚNEL) Desventajas. Por la continuidad de los muros en toda su longitud, existirán grandes limitaciones en cuanto a la distribución de los espacios internos de cada planta, por lo que su uso principal es de viviendas multifamiliares u hoteles. Generalmente se requiere en la planta baja mayores espacios libres, ya sea para estacionamientos o en el caso de un hotel para el lobby. Como no se puede aumentar el espesor de la losa, debido al encofrado, se tiene que implementar el uso de losas posttensadas, pero esta técnica no es aplicada en Venezuela Puede llegar a ser un sistema muy vulnerable si la configuración estructural no posee líneas de resistencias en las dos direcciones ortogonales. Por lo cual es muy importante que exista una interacción entre Arquitecto- Ingeniero al momento de realizar el proyecto. Lo principal en este elemento, es lograr que se a lo suficientemente resistente para soportar las cargas que le son transmitidas por los elementos que soportan, como cubiertas, entrepisos, otros muros superiores, etc. Para lograr la resistencia necesaria se debe tener en cuenta, el espesor del muro, la calidad de los materiales con que se construye, la altura y el tipo de carga que soportará. Los muros de carga reciben y transmiten las cargas de forma lineal. De acuerdo al material con que son construidos, pueden ser de hormigón armado, piedras naturales, ladrillos de barro y bloques de mortero. Estos últimos son los más usados, debido al alto costo de los de hormigón, y las piedras están en desuso. Características. Cuando los muros de carga se construyen de ladrillos, tienen espesores del largo de un ladrillo (citarón), o sea, unos 0,25 m, aunque para cargas ligeras se emplea la forma de citara, teniendo entonces el ancho que es de 0,12 m. Cuando es de bloques, el espesor será de 0,20 m que es el ancho estándar de un bloque. Tanto en un caso como en el otro, los elementos se unen entre sí con una mezcla aglutinante de cemento, arena y recebo, o de cemento, cal y arena, o de cemento y arena.

11 TIPOS DE ESTRUCTURAS. SISTEMA COMBINADos: Es un sistema estructural en el cual: 2. Las cargas verticales y horizontales son resistidas por un pórtico resistente a momentos esencialmente completo combinado con muros estructurales o pórticos con diagonales y que no cumplen los requisitos de un sistema dual. Se utilizan es los grandes rascacielos, se combina la acción de los muros perimetrales y céntricos o núcleo con los marcos y entramados. Los marcos y entramados toman las cargas gravitacionales (Carga Viva y Muerta) y los muros las cargas laterales (Vientos y Sismos). 1. Las cargas verticales son resistidas por un pórtico no resistente a momentos esencialmente completo y las fuerzas horizontales son resistidas por muros estructurales o pórticos con diagonales.

12 TIPOS DE ESTRUCTURAS. SISTEMA DUAL Características. SISTEMA DUAL Es un sistema estructural que tiene un pórtico espacial resistente a momentos y sin diagonales, combinando con muros estructurales o pórticos con diagonales para que el sistema estructural se pueda clasificar como sistema dual se deben cumplir una serie de requisitos. Este sistema se utiliza cuando en el edificio se tendrán fuerzas de distintos tipos: por compresión, flexión o tracción. Se utiliza para proyectos con características especiales, como grandes volados o cargas concentradas en ciertos puntos. También se utiliza en regiones sísmicas.

13 Se debe ser muy cuidadoso al momento de diseñar el sistema, ya que la interacción entre el sistema aporticado y el de muros es compleja. El comportamiento de un muro esbelto es como el de una viga de gran altura en voladizo, y el problema de interacción se origina porque el comportamiento que tendría un sistema aporticado sería muy distinto al de un muro de concreto. Se genera una estructura con una resistencia y rigidez lateral sustancialmente mayor al sistema de pórticos, lo cual lo hace muy eficiente para resistir fuerzas sísmicas. Y siempre y cuando haya una buena distribución de los elementos rígidos. TIPOS DE ESTRUCTURAS. Ventajas y desventajas. El problema que posee este sistema estructural es que hay que ser muy cuidadoso en cuanto a la configuración de los elementos rígidos, ya que tienen una extrema diferencia de rigidez comparado a los pórticos y esto puede causar concentraciones excesivas de esfuerzos en algunas zonas del edificio y una mala distribución de cargas hacia las fundaciones. Es muy común, sobretodo en la vieja práctica, que cuando se diseñan estructuras duales se supone que los muros resisten todas las fuerzas laterales y el sistema aporticado todas las gravitacionales. Se puede obtener las ventajas del sistema aporticado, en cuando a su ductilidad y distribución de espacios internos.

14 TIPOS DE ESTRUCTURAS. MUROS ESTRUCTURALES Cuando este sistema se utiliza tiene dos elementos distintivos en la estructura general del edificio: Muros: Utilizados para dar estabilidad lateral, así como apoyo a los elementos que cubren el claro. Generalmente son elementos a compresión. Pueden ser monolíticos o entramados ensamblados de muchas piezas. Aunque no se utilizan para transmisión de carga vertical se utilizan, a menudo, para dar estabilidad lateral. Elementos para cubrir claros: Funcionan como pisos y techos. Dentro de estos se encuentran una gran variedad de ensambles, desde simples tableros de madera y viguetas hasta unidades de concreto precolado o armaduras de acero.

15 SISTEMA DE POSTES Y VIGAS TIPOS DE ESTRUCTURAS. El uso de troncos y árboles en las culturas primitivas como elementos de construcción fue el origen de este sistema básico, la cual es técnica constructiva importantes del repertorio estructural. Los dos elementos básicos son: Poste: es un elemento que trabaja a compresión lineal y esta sujeto a aplastamiento o pandeo, dependiendo de su esbeltez relativa. Viga: básicamente es un elemento lineal sujeto a una carga transversal; debe generar resistencia interna a los esfuerzos cortantes y de flexión y resistir deflexión excesiva. La estructura de vigas y postes requiere el uso de un sistema estructural secundario de relleno para producir las superficies de los muros, pisos y techos. Algunas variaciones de este sistema son: - Extensión de los extremos de las vigas - Sujeción rígida de vigas y postes - Sujeción rígida con extensión de los extremos de las vigas - Ensanchamiento de los extremos del poste - Viga continua MARCOS RÍGIDOS Cuando los elementos de un marco lineal están sujetos rígidamente, es decir, cuando las juntas son capaces de transferir flexión entre los miembros, es sistema asume un carácter particular. Si todas las juntas son rígidas, es imposible cargar algunos de los miembros transversalmente sin provocar la flexión de los demás.

16 SISTEMAS PARA CUBRIR CLAROS PLANOS TIPOS DE ESTRUCTURAS. Consiste en producir el sistema en dos sentidos del claro, en vez de uno solo. El máximo beneficio se deriva de una claro en dos direcciones si los claros son iguales. Otro factor importante para incrementar el rendimiento es mejorar la característica de la flexión de los elementos que cubren el claro. SISTEMA DE ARMADURAS Una estructura de elementos lineales conectados mediante juntas o nudos se puede estabilizar de manera independiente por medio de tirantes o paneles con relleno rígido. Para ser estables internamente o por si misma debe cumplir con las siguientes condiciones: - Uso de juntas rígidas - Estabilizar una estructura lineal: Por medio de arreglos de los miembros en patrones rectangulares cooplanares o tetraedros espaciales, a este se le llama celosía. Cuando le elemento estructural producido es una unidad para claro plano o voladizo en un plano, se llama armadura. Un elemento completo tiene otra clasificación: arco o torre de celosía.

17 TIPOS DE ESTRUCTURAS. SISTEMA DE ARCO, BÓVEDA Y CÚPULA: El concepto básico del arco es tener una estructura para cubrir claros, mediante el uso de compresión interna solamente. El perfil del arco puede ser derivado geométricamente de las condiciones de carga y soporte. Para un arco de un solo claro que no esta fijo en la forma d resistencia a momento, con apoyos en el mismo nivel y con una carga uniformemente distribuida sobre todo el claro, la forma resultante es la de una curva de segundo grado o parábola. La forma básica es la curva convexa hacia abajo, si la carga es gravitacional. La estructura de suspensión a tensión fue utilizada ampliamente por algunas sociedades primitivas, mediante el uso de líneas cuerdas tejidas de fibras o bambú deshebrado. Desde el punto de vista estructural, el cable suspendido es el inverso del arco, tanto en forma como en fuerza interna. La parábola del arco a compresión se jala para producir el cable a tensión. El acero es el principal material para este sistema y el cable es la forma lógica. ESTRUCTURAS A TENSIÓN

18 TIPOS DE ESTRUCTURAS. ESTRUCTURAS DE SUPERFICIES Son aquellas que consisten en superficies extensas, delgadas y que funcionan para resolver solo fuerzas internas dentro de ellas. El muro que resiste la compresión, que estabiliza el edificio al resistir el cortante dentro de un plano y al cubrir claros como una viga, actúa como una estructura de superficie. La bóveda y la cúpula son ejemplos de este tipo. Las estructuras de superficie más puras son las que están sometidos a tensión. Las superficies a compresión deben de ser más rígidas que las que soportan tensión, debido a la posibilidad de pandeo. Estructuras de mástil. Cúpulas geodésicas. Estructuras infladas. SISTEMAS ESPECIALES Estructuras laminares. ESTRUCTURAS INFLADAS: Se utiliza inyección o presión e aire como recurso estructural en una variedad de formas. ESTRUCTURAS LAMINARES: es un sistema para moldear superficies de arco o bóveda, utilizando una red de nervaduras perpendiculares que aparecen como diagonales en planta. CÚPULAS GEODÉSICAS: ideada para formar superficies hemisféricas, se basa en triangulación esférica. ESTRUCTURAS DE MÁSTIL: existen estructuras similares a los árboles, que tienen piernas únicas para apoyo vertical y que soportan una serie de ramas. Requiere bases muy estables, bien anclados contra el efecto del volteo provocado por fuerzas horizontales.

19 Cerchas metálicas. CERCHAS METALICAS La cercha es uno de los principales tipos de estructuras empleadas en ingeniería. Proporciona una solución práctica y económica a muchas situaciones de ingeniería, especialmente en el diseño de puentes y edificios. Una armadura consta de barras rectas unidas mediante juntas o nodos. Los elementos de una cercha se unen sólo en los extremos por medio de pasadores sin fricción para formar armazón rígida; por lo tanto ningún elemento continúa más allá de un nodo.

20 MALLA ESPACIAL. MALLA ESPACIAL Es una tipología de estructura espacial, un sistema estructural compuesto por elementos lineales unidos de tal modo que las fuerzas son transferidas de forma tridimensional. Macroscópicamente, una estructura espacial puede tomar forma plana o de superficie curva. Las mallas espaciales son aquellas en las que todos sus elementos son prefabricados y no precisan para el montaje de medios de unión distintos de los puramente mecánicos

21 LOSACERO El término losacero se define como un sistema en el cual se logra la interacción del perfil metálico con el concreto, por medio de protuberancias que trae consigo. Parte del espesor de concreto se convierte en patín de compresión, mientras que el acero resiste los esfuerzos de tensión y la malla electrosoldada resiste los esfuerzos ocasionados por los cambios de temperatura en el concreto. Losacero.

22 LA MADERA COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL. LA MADERA COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL Los elementos estructurales en madera se remitirán a esa clasificación: a la compresión y a la flexión, en el primero de los casos tendremos las columnas en madera y las viguetas y vigas en madera. Columnas de madera Los elementos de madera sujetos a la compresión pueden ser de una sola pieza de madera maciza o terciada, o bien estar integradas por varios elementos ensamblados.

23 MEMBRANA Una membrana es un elemento estructural o de cerramiento, bidimensional, sin rigidez flexional que soporta tensiones y esfuerzos normales. Por ejemplo, la lona de un circo o la vela de un barco funcionan estructuralmente como membranas. Membrana.

24 CONCRETO ARMADO. CONCRETO ARMADO La técnica constructiva del hormigón armado consiste en la utilización de hormigón reforzado con barras o mallas de acero, llamadas armaduras. También es posible armarlo con fibras, tales como fibras plásticas, fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras de acero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estará sometido.