Profesor: Héctor Márquez Alumna:

Roca Bethzay C.I: 22.852.457

Barcelona, octubre de 2015

Republica Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Educación

Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”Proyecto de Estructuras AV

Sistemas Estructurales

Introducción Se denomina estructura a todo aquello capaz de resistir cargas sin

que exista una deformación excesiva de una de las partes con respecto a otra, por ello la función de una estructura consiste en trasmitir las fuerzas de un punto a otro en el espacio, resistiendo su aplicación sin perder la estabilidad. Por tal motivo, las estructuras soportan cargas externas que deben ser resistidas sin que se observe cambios apreciables en su forma o geometría, para tal fin las estructuras generan cargas internas de equilibrio.

Las estructuras se pueden emplear de diferentes materiales como: concreto, concreto armado, madera, los aceros... entre otros. Que resistiendo diferentes fuerzas a tracción, compresión, flexión y otros, soportan cargas estructurales pudiéndose emplear en construcciones.

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. Los sistemas estructurales en sus variaciones se caracterizan por:

• Forma geométrica u orientación • Forma de unión de los elementos • Cargas o fuerzas que soporta la estructura • Condiciones de forma, función, uso y escala • Materiales de los elementos• Forma de apoyo de la estructura

Sistemas Estructurales

Tracción: Es el esfuerzo interno a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.Compresión: Es el esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a comprimirlo, disminuyendo su longitud y aumentando su sección.Cortante: Es el Esfuerzo que tiende a cortar el objeto por la aplicación de dos fuerzas en sentidos contrarios y no alineadas. Se encuentra en uniones como: tornillos, remaches y soldaduras.Flexión: esfuerzo que tiende a doblar el objeto. Las fuerzas que actúan son paralelas a las superficies que sostienen el objeto. Siempre que existe flexión también hay esfuerzo de tracción y de compresión. Torsión: Es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico. La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas.Ejemplo en columpio de las diferentes fuerzas.

Tipos de cargas internas

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. Sus elementos estructurales principales consisten en zapatas, vigas y columnas conectados a través de nudos formando pórticos resistentes en las dos direcciones principales (X , Y).

Sin embargo el sistema en general presenta una baja resistencia y rigidez a las cargas laterales, su gran flexibilidad permite grandes desplazamientos lo cual produce daños en los elementos no estructurales, Tiene la ventaja de poseer gran libertad en la distribución de los espacios internos del edificio, Son estructuras muy flexibles que atraen pequeñas solicitaciones sísmicas, Disipan grandes cantidades de energía gracias a la ductilidad que poseen los elementos y la gran hiperestaticidad del sistema.

Sistemas estructurales más usados en Venezuela

Cerchas:

Es una composición de barras rectas unidas entre sí en sus extremos para constituir un armazón rígida de forma triangular, capaz de soportar cargas en su plano, particularmente aplicadas sobre las uniones denominada nodos, en consecuencia, todos los elementos se encuentran trabajando a tracción o compresión sin la presencia de flexión y corte. En las cerchas es muy importante el medio de unión, que es mediante: Remaches, Tornillos o Soldaduras, ubicados en una cartela colocada en la intercepción o nodo.

La cercha es uno de los principales tipo de estructura empleados en ingeniería, ya que proporciona una solución práctica y económica debido a la ligereza del peso y su gran resistencia. La versatilidad en el uso de materiales para su construcción como lo son: (Madera y Acero). Su desventaja es que son estructuras susceptibles a la vibración, lo cual trae como consecuencia una instalación ruidosa. Aunque el acero es un material incombustible cuando se le somete al fuego directo y continuo, disminuye su resistencia y se deforman los elementos con probables defectos destructivos. Este riesgo es posible disminuirlo mediante la instalación de rociadores suspendidos, los cuales se accionan a una temperatura predeterminada.

Concreto armado:

Consiste en la utilización de hormigón reforzado con barras o mallas de acero, llamadas armaduras. También se puede armar 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 concreto armado no es más que la combinación de: Agua, Cemento Portland, Agregados (Arena, Grava, Piedra triturada) y Aceros de refuerzo.

El concreto armado, es una material con aceptación universal, por la disponibilidad de los materiales que lo componen, Tiene una adaptabilidad de conseguir diversas formas arquitectónicas. Tiene la característica de conseguir ductilidad, Posee alto grado de durabilidad, Posee alta resistencia al fuego (Resistencia de 1 a 3 horas), capacidad resistente a los esfuerzos de compresión, flexión, corte y tracción y además requiere de muy poco mantenimiento.

Las desventajas están asociadas al peso de los elementos que se requieren en las edificaciones por su gran altura, como ejemplo tenesmo si las edificaciones tienen luces grandes o volados grandes las vigas y losas tendrían dimensiones grandes esto llevaría a generar mayor costo en la construcción de la edificación.

Por otro lado los elementos arquitectónicos que no tiene estructura ya sean tabiques o muebles pueden ser cargas gravitatorias ya que aumentarían la fuerza sísmica por su gran masa. La adaptabilidad al logro de formas diversas ha traído como consecuencia configuraciones arquitectónicas muy modernas e impactantes pero con deficiente comportamiento sísmico, además poseen excesivo peso y volumen.

Arcos:

Es el elemento constructivo de directriz en forma curvada o poligonal, que salva el espacio abierto entre dos pilares o muros transmitiendo toda la carga que soporta a los apoyos, mediante una fuerza oblicua que se denomina empuje. Los arcos son usados en una variedad de combinaciones para techos curvos, uno de las más simples es la de los techos con arcos paralelos con elementos transversales y placas como techo, pueden ser colocados de forma diagonal y radial.

En estos tipos de techos los elementos de conexión de los arcos trasmiten la carga del techo a los arcos por acciones de flexión o de arcos y los arcos llevan la carga al suelo. Los rangos de luces para el uso de arcos son de 25 a 70 m.

El arco es en esencia una estructura de compresión utilizado para cubrir grandes luces, 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.

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.

Tridilosa:

Estructura mixta de concreto y acero que se compone de elementos tubulares soldados u atornillados a placas de conexión, tanto en el lecho superior como en el inferior que generalmente son capas de concreto, una de las cualidades más destacadas de su estructura es que puede ahorrar un 66% de hormigón y hasta un 40% de acero, debido al hecho de que no necesita ser rellenado de hormigón en la zona de tracción, solamente en la zona superior de compresión. La tridilosa es ideal para salvar claros muy grandes.

Estas tienen la ventaja de cubrir grandes luces con techos: horizontales, adosaguas, de forma poligonal o de arco de segmentos, también tiene menor cantidad de concreto y por consiguiente menor peso propio por metro cuadrado de área techada, es un buen aislante térmico y acústico, tiene rapidez de construcción.

Tiene la desventaja de que su uso no es muy extendido aun, y se requiere de especialistas técnicos calificados, por lo que se le debe asignar un pago adicional si se desea utilizarlo en cualquier proyecto, el contacto de elementos oxidantes como el agua y el aire harán que las estructuras de fierro tengan un tratamiento el cual consistirá en esmaltes alquílicos priorizando las zonas de uniones.

Cables

Los cables son estructuras flexibles debido a la pequeña sección transversal en relación con la longitud.

Esta flexibilidad indica una limitada resistencia a la flexión, por lo que la carga se transforma en tracción y también hace que el cable cambie su forma según la carga que se aplique.

Otros sistemas también usados en Venezuela, pero con menos frecuencia son:

Las formas que puede adoptar el cable son:

•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 repartida.•Catenaria, es la figura que forma el cable ante el peso propio del mismo. 

Un cable no constituye una estructura auto portante a menos que cuente con medios y procedimientos para absorber su empuje, Esto se logra canalizando sobre las torres la tracción del cable y anclando en tierra.

Membranas:

Una membrana es una hoja de material tan delgada que para todo fin práctico, puede desarrollar solamente tracción. Algunos ejemplos de membrana constituyen un trozo de tela o de caucho, En general, las membranas deben estabilizarse por medio de un esqueleto interno o por pre-tensión producido por fuerzas externas o presión interna.  

El pretensado permite que una membrana cargada desarrolle tensiones de compresión hasta valores capaces de equilibrar las tensiones de tracción incorporadas a ellas.  

No obstante la inconsistencia de las membranas respecto a la mayor parte de los estados de tensión, el ingenio humano ha hallado maneras de utilizar membranas para fines estructurales, sobre todo debido a su bajo peso. La carpa del circo es una membrana capaz de cubrir decenas de metros, siempre que la tela cuente con adecuado sostén en parantes de compresión, estabilizados por riendas de tracción. Las carpas son útiles como cubiertas temporarias y aceptables como techos permanentes si son altamente pretensadas.

Cáscaras

Se denominan estructuras resistentes por la forma a aquéllas cuya resistencia se obtiene dando forma al material según las cargas que deben soportar. Una membrana invertida y sometida a las mismas cargas para las cuales se le dio forma originariamente, seria una estructura de este tipo y desarrollaría sólo compresión, es decir, constituiría el antífunicular bidimensional de esas cargas.

Su movilidad e incapacidad para resistir tensiones de corte o de compresión, restringen el uso de las membranas. Todas las desventajas de la acción de membrana se evitan conservando al mismo tiempo la mayor parte de sus ventajas en las cáscaras delgadas.

Las cáscaras delgadas son estructuras resistentes por la forma, suficientemente delgadas para no desarrollar tensiones apreciables de flexión, pero también suficientemente gruesas para resistir cargas por compresión, corte y tracción. Aunque se las ha construido de madera, acero y materiales plásticos, son ideales para construirlas en concreto armado.

Las cáscaras delgadas permiten la construcción económica de cúpulas y otros techos curvos de formas diversas, gran belleza y excepcional resistencia, este tipo de estructura figura entre las expresiones más refinadas del diseño estructural.

Vivienda Tradicional Industrializada de Bloques de Cemento:

Siendo esta la más usada en nuestro país, por su sencillez, economía y de fácil empleo, presenta:

Una infraestructura que puede ser tanto losa de fundación de concreto armado, como fundaciones aisladas de concreto armado. Su estructura se caracteriza por ser tipo pórtico, puede ser metálica u hormigón armado. En sus acabados empleo de los bloque de cemento para la construcción total de las paredes, tanto internas como externas. Se pueden utilizar tanto bloques de 10cm, como bloques de 15cm.

El acabado del techo puede ser: machihembrado y teja, tejalí, teja asfáltica, losa, zinc, entre otros.Los recubrimientos pueden ser de cualquier tipo, todo depende del programa de vivienda que se es te ejecutando, o si es por autoconstrucción depende de los requerimientos del propietario.

Ejemplo de los sistemas estructurales

Vivienda de Tubos Estructurales:

Toda la estructura está conformada por tubos estructurales CONDUVEN, las conexiones son soldadas y apernadas. Puede ser tanto losa de fundación de concreto armado, como fundaciones aisladas de concreto armado. Pueden variar dependiendo de los requerimientos del propietario. Las paredes pueden ser tanto de bloques como de láminas de cemento PLYCEM.

Vivienda de muros portantes y Losa Maciza:

Su infraestructura es con losa de fundación de concreto armado. Su estructura es tipo muro portante de concreto armado, Presenta una eficiente distribución de cargas, aligerando el diseño de las fundaciones, Riesgo limitado en la formación de grietas debido al uso de materiales homogéneos, Una mejor resistencia a los esfuerzos laterales como resultado del vaciado simultáneo del hormigón en muros y losas; se elimina la junta fría.

Este sistema constructivo tiene la libertad de poder usar cualquier tipo de recubrimiento tanto para las paredes como para el techo, al igual en el uso de materiales para las ventanas y puertas. Todo depende del plan de vivienda que se esté ejecutando ó del ente encargado de su proyección.

Vivienda de Mallas y Hormigón Proyectado:

Su infraestructura es de losa de fundación de concreto armado. Su estructura de muros portantes, conformados por paneles de poli estireno y recubiertos con una malla electrosoldada que luego es rociada con mortero de hormigón. Al igual que otros sistemas permite la libertad de usar diferentes tipos de recubrimiento tanto en techos como en paredes, puertas y ventanas.

ConclusiónExiste una variedad de sistemas estructurales que se utilizan en la

arquitectura, el tipo de sistema depende de las necesidades del edificio, su altura, su capacidad de carga, las especificaciones del suelo y los materiales de construcción dictan el sistema estructural necesario para una construcción. Sus funciones estructurales especificas resistencia a la compresión, resistencia a la tensión; para cubrir claros horizontales, verticalmente; en voladizo u horizontal son importantes para calificar los sistemas disponibles que satisfagan una función específica.

De esta forma, las soluciones estructurales que se adopten en un proyecto están sujetas a las restricciones que existen con las interacciones de otros aspectos del proyecto, como el arquitectónico, instalaciones sanitarias, entre otros., también por limitaciones en costos, procesos constructivos o por tiempo de ejecución. Por otro lado, la adecuada selección del sistema estructural también depende de la altura del edificio, riesgo sísmico que exista en el área, su clima, capacidad portante del suelo, entre otros.