SISTEMAS ESTRUCTURALESAlumna: Stephany González SogliaProf.: Héctor MárquezCatedra: Proyecto de Estructuras

DEFINICIONUn 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.

Pueden clasificarse por su campo de actuación (informática, molecular), sistema de trabajo (de vector activo, de compresión, de tracción) y material (fibra natural, piedra natural, cerámica).

CARACTERISTICAS• Funciones estructurales específicas como: resistencia a la compresión o

tensión, para cubrir claros horizontales o verticales, entre otras. • Forma geométrica u orientación. • Materiales de los elementos. • Forma de unión de los elementos. • Forma de apoyo de la estructura. • Cargas o fuerzas que soporta la estructura. • Condiciones de uso, función, forma y escala. • Limitaciones de forma y escala

Tipos de Sistemas EstructuralesSistemas AporticadosUn 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.

Ventajas• 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.

• Proceso de construcción relativamente simple y del que se tiene mucha experiencia.

• Generalmente económico para edificaciones inferiores a 20pisos.

• El sistema aporticado posee la versatilidad que se logra en los espacios y que implica el uso del ladrillo.

• 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.

Desventajas• Las luces tienen longitudes limitadas

cuando se usa concreto reforzado tradicional (generalmente inferiores a 10 metros). La longitud de las luces puede ser incrementada con el uso de concreto pretensado.

• Generalmente, los pórticos son estructuras flexibles y su diseño es dominado por desplazamientos laterales para edificaciones con alturas superiores a 4 pisos.

• Este tipo de construcción húmeda es lenta, pesada y por consiguiente más cara.

• Obliga a realizar marcha y contramarcha en los trabajos.

CARACTERISTICAS• Es el sistema de construcción

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

• 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.

SISTEMA DE MUROS PORTANTES

Las Estructuras con Muros Portantes incluyen un tipo de estructuras donde los elementos verticales resistentes son los muros, y no los pilares como en el caso de las Estructuras de Hormigón Armado; es decir que el elemento que recibe las cargas posee una de sus dimensiones de un grosor muy inferior a la longitud y la altura.

Dentro de este tipo de estructura, podemos diferenciar a aquellas que no poseen armaduras, y por lo tanto tienen baja resistencia a la flexión y las que disponen de armadura, que las asemeja a las estructuras de hormigón armado.

CARACTERISTICAS

Lo principal en este elemento, es lograr que sea 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.

• 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.

• 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.

• Es un sistema que bien configurado es poco propenso al colapso, ya que ofrece gran resistencia a los esfuerzos laterales.

Ventajas Desventajas• 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.

• 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.

SISTEMA COMBINADOEs un sistema estructural en el cual 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. 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.

CARACTERISTCAS

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).

SISTEMA DUALEs un sistema estructural que tiene un pórtico espacial resistente a momentos, 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. De este modo, este es el sistema en el que con serie de requisito de manera que las cargas son muy puntuales y divididas a igual forma. Además, es si esta muy bien planteado pese a los requisitos ya que no responde a la flexión o pandeo y el esfuerzo a compresión es directo y puntual son muy rígidos. Asimismo, este trabaja muy bien al momento de los volados o salidas que intervienen ya que combinamos dos sistemas.

CARACTERISTICAS

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.

• 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.

• Se puede obtener las ventajas del sistema aporticado, en cuando a su ductilidad y distribución de espacios internos.

• 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.

Ventajas 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.

• 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.

PERFILES METALICOS ESTRUCTURALES Las Estructuras Metálicas constituyen un sistema constructivo muy difundido en varios países, cuyo empleo suele crecer en función de la industrialización alcanzada en la región o país donde se utiliza. Se lo elige por sus ventajas en plazos de obra, relación coste de mano de obra – coste de materiales, financiación, entre otros. De esta forma, las estructuras metálicas poseen una gran capacidad resistente por el empleo de acero. Esto le confiere la posibilidad de lograr soluciones de gran envergadura, como cubrir grandes luces, cargas importantes. Los perfiles metálicos son aquellos productos laminados, fabricados usualmente para su empleo en estructuras de edificación, o de obra civil. Se distinguen: Perfil T, Perfiles doble T, Perfil IPN, Perfil IPE, Perfil HE. Perfiles no ramificados: Perfil UPN, Perfil L, Perfil LD.

CARPINTERIA METALICALa carpintería metálica es una campo ocupacional mediante el cual se diseñan muebles y estructuras metálicas de cerramiento, también conocida como cerrajería, hace uso de perfiles de acero y aluminio para la producción de bienes para la construcción. Su desarrollo ha implicado la sustitución del uso de la madera, pues se puede desarrollar gran variedad de diseños, excelente acabado y resistencia a las deformaciones, pero es mucho mas costosa que la madera. Los Tubos de Carpintería Metálica y Muebles (también conocidos como Tubo Pulido), son de uso general en la Fabricación de Muebles, tales como escritorios, sillas, mesas, bancos, estanterías, etc.

CERCHAS METALICASLa cercha es una composición de barras rectas unidas entre sí en sus extremos para constituir una armazón rígida de forma triangular, capaz de soportar cargas en su plano, particularmente aplicadas sobre las uniones denominada nodos. Las cerchas (armaduras) son uno de los elementos estructurales que forman parte del conjunto de las estructuras de forma activa.

En un sistema estructural conformado por cerchas, se dispone de un sistema de arriostramiento lateral a fin de contrarrestar el desplazamiento longitudinal de la edificación debido a las fuerzas transversales. Una cercha esta formada por los siguientes elementos: 1. Los miembros de arriba cordón superior. 2. Los miembros de abajo cordón inferior. 3. Diagonales. 4. Verticales Montantes o pendolones dependiendo del tipo de esfuerzo.

Cercha Simple: Una cercha rígida plana puede formarse simple partiendo de tres barras unidas por nodos en sus extremos formando un triángulo y luego extendiendo dos nuevas barras por cada nuevo nodo o unión.

Cercha Compuesta: Si dos o más cerchas simples se unen para formar un cuerpo rígido, la cercha así formada se denomina cercha compuesta. Una cercha simple pude unirse rígidamente a otra en ciertos nodos por medio de tres vínculos no paralelos ni concurrentes o por medio de un tipo equivalente de unión.

MALLA ESPACIALEs 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. Los elementos de la malla son prefabricados y para el armado y montaje no requiere de medios de unión distintos de los mecánicos. Las barras de las mallas espaciales funcionan trabajando a tracción o a compresión, pero no a flexión. Las mallas esta compuestas por barras, nudos( elementos prefabricados que pueden ser de diferentes formas) y paneles.

las mallas espaciales cumplen lo siguiente:

• Las fuerzas exteriores sólo se aplican en los nudos.

• Los elementos se configuran en el espacio de tal modo que la rigidez de cada unión se puede considerar despreciable, es decir, cada unión se considera una articulación a efectos de cálculo.

LOSACEROEl 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. Este sistema integra lámina de acero obtenido por proceso de laminación en frío galvanizada y conectores de cortante que van soldados a la estructura de apoyo. La efectividad del sistema se logra al unir en uno solo los conectores, la viga, la losacero y el concreto.

MEMBRANAUna 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. Son diferentes a cualquier otra solución de cubiertas, tanto técnica como funcionalmente. A partir de cuatro formas básicas -plana, cóncava, convexa y la parábola hiperbólica. La era moderna de los textiles tensionados empezó con un pequeño stand diseñado y construido por Frei Otto para la feria federal de jardinería en Kassel, Alemania, en 1955.

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. El hormigón armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obras industriales. El hormigón armado se utiliza en todo tipo de edificaciones edificios, puentes, presas, túneles, y obras variadas. El acero a utilizar debe ser corrugado para formar una pieza mas sólida mejorando la resistencia a la tracción y la compresión. Un elemento de concreto reforzado debe tener una cantidad balanceada de concreto y acero, debido a que los elementos con un exceso de acero son elementos rígidos y en caso de falla se puede presentar un aplastamiento del concreto antes que el acero llegue a fluir y en caso de no tener suficiente acero el elemento colapsará ante la presencia de la primera grieta.

LA MADERA COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL

La madera por su carácter orgánico- vegetal tiene características propias que la diferencian de otros materiales de construcción por ejemplo el acero y el hormigón, en consecuencia el diseño, cálculo y construcción con madera, debe tener en cuenta sus particularidades. Las características de la madera, la facilidad y rapidez para trabajarla, su poco peso, la disponibilidad de diversos elementos de unión: ensambles, tornillos, grapas, etc., facilitan el empleo de sistemas Constructivos.

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. El último tipo mencionado consta de dos o más elementos de madera resistentes a la compresión, cuyos ejes longitudinales son paralelos. Estos elementos están separados por medio de bloques en sus extremos y en sus puntos intermedios, y unidos a los bloques se paradores de los extremos por medio de conectores con resistencia adecuada al esfuerzo cortante. En consideración de la esbeltez que presente o requiera la columna, estas serán cortas, medianas y largas.