Post on 11-Aug-2015
Universidad Central Del Este
Diseño Estructural
Sistemas Estructurales Mas Usados En
Republica Dominicana
Sustentantes Jose Miguel Pichardo Santana 83667
Yaritza Elizabeth Diaz Gonzales 88081
Yamiset Nolasco Garcia 88664
Profesor Arq. CARLOS LOPEZ QUINTANILLA
Indice
Introduccion 2
¿que es un sistema estructural? 3
¿como elegir el sistema estructural? 4
Sistemas arquitectónicos
por tipo y modo de trabajo 6
o Sistemas porticados 6
o Sistemas abovedados 6
o Sistemas tensados 7
o Sistemas hinchables 7
o Sistemas mixtos 8
Sistemas estructurales empleados en RD 9
o Cables 9
o Arcos 12
o Cerchas 15
o Pórticos 18
o Parrillas, entramados o retículas de vigas 20
o Placas 24
o Membranas 27
o Cúpulas 29
Introducción
El presente trabajo aborda las ideas de como
deben ser los sistemas estructurales en la
republica dominicana, así mismo, encontramos la
expresión de la idea de un modelo estructural,
abarcando incluso el alcance de la teoría de las
estructuras, la aplicación de sus formas y su
lenguaje espacial en los proyectos arquitectónicos,
observando los mecanismos que redirigen las
fuerzas en otras direcciones y el conocimiento de
las geometrías estructurales para generar formas
y espacios.
El conocimiento de las leyes que rigen la
transmisión de cargas en las estructuras de forma
activa es un requisito previo para proyectar
cualquier tipo de estructura y, por ello, constituye
la primera base científica de cualquier ingeniero o
arquitecto
¿Que es un Sistema
Estructural?
Un sistema estructural es el modelo físico
que sirve de marco para los elementos
estructurales, y que refleja un modo de
trabajo. Un objeto puede tener, a su vez,
una mezcla de sistemas estructurales. La
estructura es y ha sido siempre un
componente esencial de la arquitectura, y es
precisamente el arquitecto quien, durante el
proceso de diseño, crea o idea la estructura
y sus proporciones correctas, siguiendo el
camino intuitivo y el científico, tratando de
lograr una combinación armónica entra la
intuición personal y la ciencia estructural.
¿Como elegir el Sistema Estructural?
Capacidad para resistir todas las cargas gravitacionales de manera
eficiente.
Resistencia ante las solicitaciones sísmicas en cualquier dirección, para
así prevenir el colapso.
Ductilidad, ya que no basta con que se alcance que se alcance el
estado límite de resistencia en una sección, lo que podría originar un
colapso, sino que también se requiere que posea capacidad de
deformarse sosteniendo su carga máxima, e inclusive, que posea una
resistencia de capacidad antes del colapso.
Permitir un flujo continuo de las fuerzas sísmicas hasta la fundación.
Redundancia, para que los elementos tengan capacidad de
deformaciones inelásticas y permitan la disipación de energía sin riesgo
a colapso de la edificación.
La elección de un sistema estructural adecuado tiene
gran influencia en el comportamiento de la
estructura ante la ocurrencia de un sismo. El sistema
debe poseer:
¿Como elegir el Sistema Estructural?
Exigencias básicas de una estructura
Las exigencias que debe cumplir toda la estructura son las siguientes:
1. Equilibrio: Exigencia fundamental que implica que todas las partes de
una edificación no presenten movimientos o que la resultante de las
fuerzas aplicadas sea igual a cero.
2. Estabilidad: Condición relacionada con los movimientos que puede
presentar un edificio en su totalidad debido a la aplicación de las
fuerzas, ya que, si una fuerza genera ciertos desplazamientos en el
edificio, este se vuelve inestable, siendo una condición no deseada en la
edificación.
3. Resistencia: Término referido a la capacidad de soportar las cargas
que se aplican en la estructura sin fallar.
4. Funcionalidad: Toda estructura debe cumplir a cabalidad con la
función asignada, por ello se debe evitar deformaciones grandes en la
estructura de tal magnitud que los usuarios no sientan cómodo el uso
del edificio.
5. Economía: Este es un aspecto fundamental, en toda estructura que
cumpla un fin utilitario, por lo general todo proyecto debe atenerse a
un presupuesto disponible para la construcción.
6. Estética: Esta influencia impone a la estructura elementos para la
escogencia del sistema estructural adecuado, pero se debe tener en
cuenta que en proyectos de gran tamaño el sistema estructural es
expresión de la arquitectura, por lo que un error de enfoque
estructural puede afectar la belleza del edificio.
Sistemas abovedados
Sistemas arquitectónicos por tipo y modo de trabajo
Sistemas porticados
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 arrostramiento, que
podrá hacerse con pórticos transversales, cruces de San
Andrés, pantallas u otros métodos; y del material utilizado,
generalmente hormigón o madera.
Con un origen hipotético en los primeros hornos de fundición, fue
un sistema muy utilizado en Mesopotamia y la Edad Mediaeuropea.
Se basa en bóvedas, que centran las cargas en arcos
reforzados por pilastras o contrafuertes.
Sistemas hinchables
Sistemas arquitectónicos por tipo y modo de trabajo
Sistemas tensados
Se dice de todos los sistemas que trabajan a tracción, como los de
cables. Pueden ejemplificarse en las carpas de los circos. También
pueden ser sistemas de barras rígidas.
Funcionan bajo la presión de un gas comprimido entre membranas. El gas
hace que las membranas -telas, plásticos u o materiales sintéticos- se
estiren hasta que ya no den más de sí, y la propia presión que genere
hace que la estructura no se venga abajo.
Sistemas arquitectónicos por tipo y modo de trabajo
Sistemas mixtos
Hay sistemas que utilizan propiedades de los anteriormente citados.
Por ejemplo, sistemas en voladizo que utilizan un gran apoyo que
funciona a compresión, con un cable a modo de segundo apoyo, que a
su vez lleva las cargas al primero. Fundamentalmente, el primer
apoyo estará trabajando a compresión compuesta, el voladizo
realmente será una viga que funcione a flexión, y el cable trabajará
a tracción.
Sistemas estructurales empleados en RD
Cables
Definición
Los cables son elementos flexibles debido a sus dimensiones
transversales pequeñas en relación con la longitud, por los cual su
resistencia es solo a tracción dirigida a lo largo del cable. La carga
de tracción se divide por igual entre los hilos del cable, permitiendo
que cada hilo quede sometido a la misma tensión admisible.
Ventajas
A pesar de la eficiencia y economía de los cables de acero no son
estos tan populares en estructuras pequeñas, debido a su flexibilidad,
ya que el cable es inestable y este es uno de los requisitos básicos
para las estructuras. (Salvadori y Heller, 1963).
Sistemas estructurales empleados en RD
Cables
Comportamiento
Los cables cambian su forma de acuerdo a las cargas a las que está
sometida y pueden dividirse en dos categorías de acuerdo con la carga:
1. Cables que soportan cargas concentradas. Cuando el cable
está sometido a este tipo de carga adquiere la forma de polígono
funicular, esta es la forma natural requerida para que las cargas
sean de tensión.
2. Cables que sostienen cargas distribuidas. Cuando el cable
sostiene una carga distribuida horizontal adquiere la forma de una
parábola y la configuración que adquiere sosteniendo su propio peso se
denomina catenaria, la cual es una curva diferente de la parábola.
Materiales
Debido a que los cables solo sostienen fuerzas de tracción, se hacen
de acero.
Cables
Sistemas estructurales empleados en RD
Arcos
Definición
generalmente resulta que una cubierta de elementos con simples o
doble curvaturas tales como los arcos o las cáscaras delgadas
resultan más económicas en consumo de materiales, debido a la
capacidad de absorber las cargas con intervención mínima de flexión y
corte. Este sistema es el método estructural más antiguo utilizado
para puentes cuando las luces son demasiado grandes para poder
utilizar vigas rectas.
Comportamiento
Si se invierte la forma parabólica que toma un cable sobre el cual
actúan cargas uniformemente distribuidas según una horizontal, se
obtiene la forma ideal de un arco que sometido a ese tipo de carga
desarrolla sólo compresión, los momentos flectores y las fuerzas
cortantes se reducen al mínimo e incluso, en algunas estructuras, se
eliminan completamente.
La forma ideal de un arco capaz de resistir cargas determinadas por
un estado de compresión simple puede hallarse siempre con la forma
del polígono funicular correspondiente, invertido. La forma de un arco
debe ser funicular para las cargas más pesadas a fin de minimizar el
momento. Los arcos funiculares ocupan un extremo de la escala de
tensiones, con ausencia de flexión; las vigas ocupan el extremo
opuesto, trabajando sólo a la flexión.
Sistemas estructurales empleados en RD
Arcos
Ventajas
El arco es en esencia una estructura de compresión utilizado para
cubrir grandes luces. En gran diversidad de formas, el arco se utiliza
también para cubrir luces pequeñas, y puede considerarse como uno de
los elementos estructurales básicos en todo tipo de arquitectura. Un
arco lleva una combinación de compresión y flexión debido a no puede
cambiar su forma para los tipos de carga, por lo que el material a
usar debe soportar algo de flexión además de la compresión que se
genera por la forma curva. La forma de un arco es la funicular de la
carga muerta (no produce momento), por lo cual se introduce un
momento debido a la carga viva.
Materiales
Pueden ser de concreto armado, acero, mampostería (piedra o ladrillos).
Arcos
Sistemas estructurales empleados en RD
Cherchas
Definición
La cercha es uno de los principales tipos de estructuras empleadas
en ingeniería. Una cercha, puede definirse como una estructura
compuesta de un número de elementos o barras unidos en sus extremos
por medio de pasadores sin fricción para formar una armazón rígida. Las
fuerzas externas y reacciones se supone que están en el mismo plano
de la estructura y actúan solamente sobre los nodos, en
consecuencia pueden considerarse como una estructura bidimensional.
Todas las cargas deben aplicarse en las uniones y no en los
elementos, las fuerzas que actúan en cada extremo de una barra se
reducen a una fuerza axial (tracción o compresión).
Ventajas
Proporciona una solución práctica y económica a muchas situaciones de
ingeniería, especialmente en el diseño de puentes y edificios.
Sistemas estructurales empleados en RD
Cherchas
Comportamiento
Considérese ahora la estructura obtenida por un cable que sostiene
un peso P, volcando hacia arriba el cable y reforzando sus tramos
rectos con el fin de conferirles resistencia a la compresión. La
"flecha negativa" o elevación modifica la dirección de todas las
tensiones y el cable invertido se convierte entonces en una
estructura de compresión pura: es el ejemplo más simple de armadura.
Las barras comprimidas transmiten a los soportes la carga aplicada en
la parte superior de la armadura, sobre los apoyos actúan, por
consiguiente fuerzas verticales iguales a la mitad de la carga y los
empujes dirigidos hacia afuera. El empuje puede absorberse por medio
de contrafuertes de material resistente a la compresión, por ejemplo
mampostería, o un elemento de tracción tal como un tensor de acero.
Tales armaduras elementales, de madera con tensores de hierro, se
construyeron en la Edad Media para sostener los techos de pequeñas
casas e iglesias.
cherchas
Sistemas estructurales empleados en RD
porticos
Definición
La acción del sistema de pilar y dintel se modifica en grado sustancial
si se desarrolla una unión rígida entre éste y los pilares resistentes
a la flexión. Esta nueva estructura, el pórtico rígido simple o de una
nave, se comporta de manera monolítica y es más resistente tanto a las cargas verticales como a las horizontales.
Comportamiento
Bajo la acción de cargas verticales, los tres elementos de un pórtico
simple (losa, viga y columna) se hallan sometidos a esfuerzos de
compresión y flexión. Con las proporciones usuales de vigas y
columnas, la compresión predomina en las últimas y la flexión en la
primera. Las columnas son relativamente esbeltas y la viga relativamente alta.
Materiales
El rascacielos es una de las grandes conquistas del moderno diseño
estructural, posibilitado por el pórtico de plantas múltiples y por
la elevada resistencia del acero y el hormigón. En pórtico pequeños
también se pueden hacer de madera.
porticos
Sistemas estructurales empleados en RD
Parrillas, entramados o retículas de vigas
Definición
Los elementos estructurales considerados hasta ahora tienen en
común la propiedad de transferir cargas en una sola dirección, desde
el punto de vista estructural sería más eficiente tener una
"transferencia bidireccional de carga". Esta dispersión se obtiene
mediante entramados (parrillas o retículas de vigas) y placas, que
actúan en un plano.
Una retícula de vigas es un sistema de vigas que se extiende en dos
direcciones con las vigas en cada dirección unidas unas con otras. Las
retículas están normalmente apoyadas en los cuatro lados de un
bastidor aproximadamente cuadrado y el peralte total de las vigas
puede ser menor que la de un sistema de vigas en una dirección.
Sistemas estructurales empleados en RD
Parrillas, entramados o retículas de vigas
Comportamiento
En la retícula, las vigas individuales son parcialmente soportadas por
vigas perpendiculares que se intersectan, las cuales están a su vez
parcialmente soportadas en otras vigas que también se intersectan.
Cuando un punto de carga se aplica en la intersección de dos vigas en
una retícula, ambas vigas se flexionan junto con las otras vigas
cercanas. Además de la flexión, esta interacción produce la torsión de
vigas adyacentes como resultado de las conexiones fijas en las
intersecciones de las vigas. Estas dos vigas perpendiculares entre sí
deben sufrir en su intersección igual deformación aunque tengan
distintas longitudes o distintas secciones.
Las cargas tienden a moverse hacia el soporte a lo largo de los
senderos de acción más cortos, determinando la relación de los lados
del rectángulo, llamada relación de aspecto, que debe ser menor de 1,5
para mantener la acción bidimensional.
Sistemas estructurales empleados en RD
Parrillas, entramados o retículas de vigas
Materiales
Las vigas en las retículas necesariamente se intersectan y su
continuidad una tras otra es esencial a su característico
comportamiento de flexión bidimensional. Esta continuidad es más fácil
de lograr en algunos materiales que en otros. En concreto es fácil
formar retículas proporcionándole el refuerzo de acero extendido de
forma continua a través de las intersecciones. La sección cuadrada de
vigas de acero se puede soldar en la intersección para proporcionar
la continuidad necesaria. Por otra parte, las vigas de madera serían
necesariamente discontinuas (al menos en una dirección) en las
intersecciones y, por consiguiente, inherentemente inadecuadas para el
uso en una retícula de vigas.
Parrillas, entramados o
retículas de vigas
Sistemas estructurales empleados en RD
placas
Definición
Una placa o losa es un elemento estructural monolítico de espesor
relativamente pequeño, usado para cubrir un área, que distribuye la
carga horizontalmente en una o más direcciones dentro de un solo
plano mediante flexión. Mientras que la resistencia a la flexión de una
losa es parecida a la de una viga, difiere de la de una serie comparable de vigas independientes en su continuidad en ambas direcciones.
Ventajas
Las placas presentan la ventaja constructiva de tener superficies
inferiores lisas, lo que permite el tendido sin impedimentos de cañerías,
conductos y otros elementos de los diversos sistemas mecánicos
requeridos en un edificio moderno. La eficiencia estructural de las
placas se ve disminuida debido a la distribución lineal de tensiones en
su espesor, esta ineficiencia se remedia disponiendo parte del material
lejos del plano medio o neutro de la placa y usarse para crear
nervaduras en una, dos e incluso tres direcciones. La placa nervada
presenta las ventajas de la continuidad debido a la losa y las ventajas del espesor debido a sus nervaduras.
Sistemas estructurales empleados en RD
placas
Comportamiento
El trabajo de una placa es similar a una parrilla con vigas soldadas
formado por un número infinito de vigas infinitamente pequeñas. Si esa
serie de vigas independientes y paralelas está sujeta a una sola concentración de carga, sólo la viga bajo la carga se deflectará.
Pero como las vigas que forman una losa están unidas y actúan
integralmente cuando se aplica una carga en un punto, las partes
adyacentes de la losa se activan para contribuir a su resistencia a la
flexión. La carga es distribuida lateralmente dentro de la losa como
resultado de la resistencia de cortante entre la parte cargada y las
áreas adyacentes. En consecuencia, las cargas concentradas dan como
resultado una flexión perpendicular localizada en la primera dirección de extensión causando torsión en la losa.
Materiales
Las losas son más comúnmente asociadas con la construcción de
concreto reforzado. Sin embargo, se puede lograr el comportamiento
de la losa con una variedad de otros materiales, en especial la madera.
placas
Sistemas estructurales empleados en RD
MEMBRANAS
Descripción
Una membrana es una hoja de material tan delgada que, para todo fin
práctico, puede desarrollar solamente tracción. Buenos ejemplos de
membrana constituyen un trozo de tela o de caucho. En general, las
membranas deben estabilizarse, principalmente porque su forma
funicular para cargas horizontales difiere de las de las cargas
verticales. La estabilización se obtiene por medio de un esqueleto
interno o por pre-tensión producido por las fuerzas externas o por presión interna.
Comportamiento
Las membranas son estructuras que resisten en dos dimensiones, la
cual no desarrolla apreciable esfuerzos de placa como flexión y
corte, porque su altura es muy pequeña en comparación con su luz.
Dado que la altura que tiene este tipo de elementos se produce en la
membrana una doble curvatura, la cual se puede considerar a la
membrana como la intersección entre dos cables, en la cual la carga
que lleva la membrana es la suma de los dos cables. Las membranas
solo transmiten tensión y actúan esencialmente como una red de cables.
MEMBRANAS
Sistemas estructurales empleados en RD
cupulas
Definición
La cúpula o domo es una superficie que se obtiene por la rotación de
una curva plana alrededor de un eje vertical (superficie de
revolución) y resiste sólo fuerzas de compresión, para ello se evita la
tendencia al aumento del diámetro en la base mediante un elemento más rígido a todo lo largo del soporte.
Comportamiento
La mayoría de las cúpulas son circulares, aunque hay algunos
ejemplos elípticos. Todas se deben diseñar para resistir los empujes
laterales; de otro modo se expandirían y esto produciría tensión
perimetral. Las cúpulas elípticas se definen por la rotación de media
elipse alrededor de su eje vertical; su comportamiento no es tan
eficiente como el de una cúpula esférica, pues la parte superior de la
cáscara es más plana y la disminución de curvatura introduce mayores
tensiones. En cambio, la cúpula parabólica puede tener mayor
curvatura en la parte superior y presenta ventajas estructurales, aun comparada con la esfera.
cúpulas
conclusion
Al concluir este tema se puede apreciar la
variedad de sistemas estructurales que existen en
republica dominicana, los cuales no abarcan el
completo marco de los sistemas estructurales
existentes.
Los sistemas estructurales son el requisito
necesario para desarrollar a fondo el urbanismo de
la ciudad en su tercera dimensión. Solo a través de
estructuras espaciales, se pueden resolver
técnicamente las problemáticas constructivas de
hoy en día a escala urbana.
Por lo tanto, conocer los sistemas estructurales
usados en Republica Dominicana no solo es
imprescindible para los proyectistas de edificios de
gran altura, sino también para los futuros
proyectistas de estructuras urbanas
tridimensionales.