SISTEMAS ESTRUCTURALESParticipante. Genesis de la Ch. Mendoza R.

Prof. Arq. Cedilly Guedez

Ctedra. Proyecto de Estructura

INTRODUCCION

Se define como estructura a los cuerpos capaces de resistir cargas sin que

exista una deformacin excesiva de una de las partes con respecto a otra. Por

ello la funcin de una estructura consiste en trasmitir las fuerzas de un punto a

otro en el espacio, resistiendo su aplicacin 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 geometra,

para tal fin las estructuras generan cargas internas de equilibrio. Estas cargas

internas son aquellas que actan dentro de un elemento estructural y son

necesarias para mantener unido a las partculas o molculas del elemento

estructural cuando la estructura global se encuentra sometida a cargas

externas. Su determinacin es la esencia del anlisis estructural.

De esta forma, para obtenerlas se hace uso del mtodo de las secciones

cuando la estructura es isosttica, basada en un principio estructural

fundamental. Cuando la estructura es hiperesttica, esas cargas internas se

calculan usando mtodos de anlisis estructural. Es por que ello que a

continuacin se podr observar sobre los tipos de sistemas estructurales,

concepto caractersticas, ventajas y desventajas, entre otros.

DEFINICION

Un sistema estructural es el modelo fsico 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 actuacin (informtica, molecular),

sistema de trabajo (de vector activo, de compresin, de traccin) y

material (fibra natural, piedra natural, cermica).

CARACTERISTICAS Funciones estructurales especficas

como: resistencia a la compresin

o tensin, para cubrir claros

horizontales o verticales, entre

otras.

Forma geomtrica u orientacin.

Materiales de los elementos.

Forma de unin de los elementos.

Forma de apoyo de la estructura.

Cargas o fuerzas que soporta laestructura.

Condiciones de uso, funcin, formay escala.

Limitaciones de forma y escala

TIPOS SISTEMAS APORTICADOS

Un sistema porticado es el que utiliza

como estructura una serie de prticos

dispuestos en un mismo sentido, sobre los

cuales se dispone un forjado. Es

independiente de su arriostramiento, que

podr hacerse con prticos transversales,

cruces de San Andrs, pantallas u otros

mtodos; y del material utilizado,

generalmente hormign o madera. Este

sistema es el ms utilizado hoy en da en

las zonas desarrolladas, especialmente

en hormign desde la patente Domino de

Le Corbusier. Los forjados transmiten las

cargas a los pilares o muros, y stos a la

cimentacin.

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 construccin relativamente simpley del que se tiene mucha experiencia.

Generalmente econmico para edificacionesinferiores a 20pisos.

El sistema aporticado posee la versatilidadque se logra en los espacios y que implica el

uso del ladrillo.

El sistema aporticado por la utilizacinmuros de ladrillo y stos ser huecos y tener

una especie de cmara de aire, el calor que

trasmiten al interior de la vivienda es mucho

poco.

DESVENTAJAS

Las luces tienen longitudeslimitadas 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 prticos sonestructuras flexibles y su diseo

es dominado por

desplazamientos laterales para

edificaciones con alturas

superiores a 4 pisos.

Este tipo de construccin hmedaes lenta, pesada y por

consiguiente ms cara.

Obliga a realizar marcha ycontramarcha en los trabajos.

Es el sistema de construccin ms difundido ennuestro pas y el ms antiguo. Basa su xito en la

solidez, la nobleza y la durabilidad. Un sistema

aporticado es aquel cuyos elementos estructurales

principales consisten en vigas y columnas conectados

a travs de nudos formando prticos resistentes en

las dos direcciones principales de anlisis (x e y).

El comportamiento y eficiencia de un prtico rgidodepende, por ser una estructura hiperesttica, de la

rigidez relativa de vigas y columnas. Para que el

sistema funcione efectivamente como prtico rgido

es fundamental el diseo y detallado de las

conexiones para proporcionarle rigidez y

capacidad de transmitir momentos.

Econmicamente no se puede fijar un lmite dealtura generalizado para los edificios con sistemas

de prticos rgidos, pero se estima que en zonas

poco expuestas a sismos el lmite puede estar

alrededor de 20 pisos. Y para zonas de alto riesgo

ssmico ese lmite se tiene que encontrar en

alrededor de 10 pisos.

CARACTERISTICAS

TIPOS SISTEMA DE MUROS PORTANTES

(ESTRUCTURA TIPO TNEL)Se conoce como sistema tipo cajn o tipo tnel 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 disposicin de los muros se hace en una

sola direccin o se utiliza una configuracin asimtrica en la

distribucin de los muros, se generan comportamientos inadecuados

que propician la posibilidad del colapso.

En los sistemas tipo cajn, las cargas gravitacionales se transmiten a la

fundacin mediante fuerzas axiales en los muros, los momentos

flexionantes son generalmente muy pequeos comparados a los

esfuerzos cortantes, por lo cual no se puede esperar un

comportamiento dctil, al no producirse disipacin de energa.

Asimismo, cuando se diseen estos sistemas, es recomendable

aprovechar la gran capacidad de carga y la gran resistencia y

rigidez lateral, pero recordar que al estar sometidos a considerables

esfuerzos cortantes, se debe disear el sistema a grandes cargas

laterales en el rango elstico, para no considerar reducciones

importantes por comportamiento inelstico.

VENTAJAS Es un sistema que constructivamente es rpido 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 simultnea. Se

puede llegar a construir un nivel de 1200 m2 cada 3 das.

Por el tipo de encofrado, el sistema permite que se construyan variosedificios simultneamente, ya que mientras un edificio se va desencofrando,

se puede ir encofrando el otro y as cumplir con los tiempos de fraguado

del concreto.

Comparado a un sistema aporticado tradicional, el sistema Tipo Tnelpuede costar entre un 25 a 30% menos. Adems de su rpida ejecucin,

el hecho de ya tener muros permite un ahorro en costos en la construccin

de las paredes de bloques y el friso de las mismas.

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

Como es un sistema muy rgido, donde casi no se producendesplazamientos laterales, los elementos no estructurales no sufren daos

considerables.

Termina siendo una estructura mucho ms liviana que el sistemaaporticado, y gracias a su rigidez lateral se pueden llegar a construir

edificios de ms de 30 pisos de altura.

DESVENTAJAS

Por ser un sistema que posee gran rigidez, estar expuesto a grandesesfuerzos ssmicos, 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 deinstalaciones de aguas servidas es limitada. En algunos casos se tiene

que llegar a aumentar el espesor de la losa donde van ubicados los

baos para poder cumplir con las pendientes.

Por la continuidad de los muros en toda su longitud, existirn grandeslimitaciones en cuanto a la distribucin 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, yasea 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 post-tensadas, pero esta tcnica

no es aplicada en Venezuela.

Puede llegar a ser un sistema muy vulnerable si la configuracinestructural no posee lneas de resistencias en las dos direcciones

ortogonales. Por lo cual es muy importante que exista una interaccin

entre Arquitecto-Ingeniero al momento de realizar el proyecto.

CARACTERISTICAS 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 soportar. Los muros de carga reciben y

transmiten las cargas de forma lineal.

De acuerdo al material con que son construidos, pueden ser dehormign armado, piedras naturales, ladrillos de barro y

bloques de mortero. Estos ltimos son los ms usados, debido al

alto costo de los de hormign, y las piedras estn en desuso.

Cuando los muros de carga se construyen de ladrillos, tienenespesores del largo de un ladrillo (citarn), 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 ser de 0,20 m que es elancho estndar de un bloque. Tanto en un caso como en el otro,

los elementos se unen entre s con una mezcla aglutinante de

cemento, arena y recebo, o de cemento, cal y arena, o de

cemento y arena.

TIPOS SISTEMA COMBINADO

Es un sistema estructural en el cual:

1. Las cargas verticales son resistidas por unprtico no resistente a momentosesencialmente completo y las fuerzashorizontales son resistidas por murosestructurales o prticos con diagonales.

2. Las cargas verticales y horizontales sonresistidas por un prtico resistente amomentos esencialmente completocombinado con muros estructurales o prticoscon diagonales y que no cumplen losrequisitos de un sistema dual.

Se utilizan es los grandes rascacielos, secombina la accin de los muros perimetrales ycntricos o ncleo con los marcos y entramados.Los marcos y entramados toman las cargasgravitacionales (Carga Viva y Muerta) y losmuros las cargas laterales (Vientos y Sismos).

TIPOS SISTEMA DUAL

Es un sistema estructural que tiene un prtico

espacial resistente a momentos y sin diagonales,

combinando con muros estructurales o prticos 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. Adems,

es si esta muy bien planteado pese a los requisitos

ya que no responde a la flexin o pandeo y el

esfuerzo a compresin es directo y puntual son

muy rgidos.

Asimismo, este trabaja muy bien al momento de

los volados o salidas que intervienen ya que

combinamos dos sistemas .

DESVENTAJASVENTAJAS

Se genera una estructura con una

resistencia y rigidez lateral

sustancialmente mayor al sistema de

prticos, lo cual lo hace muy eficiente

para resistir fuerzas ssmicas. Y siempre

y cuando haya una buena distribucin

de los elementos rgidos.

se puede obtener las ventajas del

sistema aporticado, en cuando a su

ductilidad y distribucin de espacios

internos.

Es muy comn, sobretodo en la vieja

prctica, que cuando se disean

estructuras duales se supone que los

muros resisten todas las fuerzas

laterales y el sistema aporticado todas

las gravitacionales.

El problema que posee este sistemaestructural es que hay que ser muy

cuidadoso en cuanto a la configuracin

de los elementos rgidos, ya que tienen

una extrema diferencia de rigidez

comparado a los prticos y esto puede

causar concentraciones excesivas de

esfuerzos en algunas zonas del edificio

y una mala distribucin de cargas

hacia las fundaciones.

Se debe ser muy cuidadoso almomento de disear el sistema, ya que

la interaccin 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

interaccin se origina porque el

comportamiento que tendra un sistema

aporticado sera muy distinto al de un

muro de concreto.

CARACTERISTICAS

Este sistema se utiliza cuandoen el edificio se tendrn

fuerzas de distintos tipos: por

compresin, flexin o

traccin.

Se utiliza para proyectos concaractersticas especiales,

como grandes volados o

cargas concentradas en

ciertos puntos.

Tambin se utiliza enregiones ssmicas.

PERFILES METALICOS ESTRUCTURALES Las Estructuras Metlicas constituyen un sistema constructivo

muy difundido en varios pases, cuyo empleo suele crecer en

funcin de la industrializacin alcanzada en la regin o pas

donde se utiliza. Se lo elige por sus ventajas en plazos de

obra, relacin coste de mano de obra coste de materiales,

financiacin, entre otros.

De esta forma, las estructuras metlicas 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 metlicos son aquellos productos laminados,

fabricados usualmente para su empleo en estructuras de

edificacin, 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 METALICASe conoce como empresas de carpintera metlica a las que

utilizan profesionales que se dedican a la fabricacin y

comercializacin de productos metlicos, como acero y

aluminio, para los mercados de la construccin, industria y

decoracin, as como la gama de productos orientada al

cerramiento integral de la vivienda: puertas, ventanas,

persianas laminadas, extrusionadas, de seguridad, cajones

de registro laminados, y de rotura de puente trmico,

contraventanas de lamas orientables, mosquiteras,

accesorios de accionamiento, rejas de hierro y forjado

artstico, entre otros.

Asimismo, en los trabajos ms habituales de carpintera

metlica se utilizan el acero (aceros al carbono, aleados, de

baja aleacin ultra-resistentes, inoxidables, de

herramientas), hierro, aluminio, cobre, latn, bronce, cristal,

plstico.

Perfiles especiales en carpintera metlica: Tubos. ngulos o

perfiles en L. Pletinas-perfiles en U. Perfiles en T. Perfiles en

H. Cuadradillos. A todos los materiales les debe ser de

aplicacin las Normas locales, u homologacin internacional.

CERCHAS METALICASLa cercha es uno de los principales tipos de

estructuras empleadas en ingeniera.

Proporciona una solucin prctica y econmica a

muchas situaciones de ingeniera, especialmente

en el diseo de puentes y edificios. Una

armadura consta de barras rectas unidas

mediante juntas o nodos.

Los elementos de una cercha se unen slo en los

extremos por medio de pasadores sin friccin

para formar armazn rgida; por lo tanto ningn

elemento contina ms all de un nodo. Cada

cercha se disea para que soporte las cargas

que actan en su plano y, en consecuencia,

pueden considerarse como una estructura

bidimensional.

Asimismo, todas las cargas deben aplicarse en

las uniones y no en los mismos elementos. Por ello

cada cercha es un elemento sometido a fuerzas

axiales directas (traccin o compresin).

CERCHAS METALICAS

En un sistema estructural conformado

por cerchas, se dispone de un sistema

de arriostramiento lateral a fin de

contrarrestar el desplazamiento

longitudinal de la edificacin debido a

las fuerzas transversales.

Una cercha esta formada por los

siguientes elementos:

1. Los miembros de arriba cordn

superior.

2. Los miembros de abajo cordn

inferior.

3. Diagonales.

4. Verticales Montantes o pendolones

dependiendo del tipo de esfuerzo.

CERCHAS METALICASDe acuerdo con la forma de crear la configuracin

de una cercha, se clasifican en simples, compuestas y

complejas.

CERCHA SIMPLE:

Una cercha rgida plana puede formarse simple

partiendo de tres barras unidas por nodos en sus

extremos formando un tringulo y luego extendiendo

dos nuevas barras por cada nuevo nodo o unin.

CERCHA COMPUESTA:

Si dos o ms cerchas simples se unen para formar un

cuerpo rgido, la cercha as formada se denomina

cercha compuesta. Una cercha simple pude unirse

rgidamente a otra en ciertos nodos por medio de

tres vnculos no paralelos ni concurrentes o por medio

de un tipo equivalente de unin.

MALLA ESPACIALEs una tipologa de estructura espacial, un sistema

estructural compuesto por elementos lineales unidos de

tal modo que las fuerzas son transferidas de forma

tridimensional. Macroscpicamente, 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 unin distintos de los puramente

mecnicos.

Igualmente, las barras de las mallas espaciales

funcionan trabajando a traccin o a compresin, pero

no a flexin. De esta manera las mallas espaciales

cumplen lo siguiente:

Las fuerzas exteriores slo se aplican en los nudos. Los elementos se configuran en el espacio de tal

modo que la rigidez de cada unin se puede

considerar despreciable, es decir, cada unin se

considera una articulacin a efectos de clculo.

LOSACERO

El trmino losacero se define como un

sistema en el cual se logra la interaccin

del perfil metlico con el concreto, por

medio de protuberancias que trae consigo.

Parte del espesor de concreto se convierte

en patn de compresin, mientras que el

acero resiste los esfuerzos de tensin y la

malla electrosoldada resiste los esfuerzos

ocasionados por los cambios de

temperatura en el concreto.

Este sistema integra lmina de acero

obtenido por proceso de laminacin en

fro 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.

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.

CONCRETO ARMADO

La tcnica constructiva del hormign

armado consiste en la utilizacin de

hormign reforzado con barras o mallas

de acero, llamadas armaduras. Tambin

es posible armarlo con fibras, tales como

fibras plsticas, fibra de vidrio, fibras de

acero o combinaciones de barras de

acero con fibras dependiendo de los

requerimientos a los que estar

sometido.

El hormign armado se utiliza en

edificios de todo tipo, caminos, puentes,

presas, tneles y obras industriales. La

utilizacin de fibras es muy comn en la

aplicacin de hormign proyectado o

shotcrete, especialmente en tneles y

obras civiles en general.

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 Hormign

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 flexin y

las que disponen de armadura, que

las asemeja a las estructuras de

hormign armado.

LA MADERA COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL

Los elementos estructurales en madera se remitirn

a esa clasificacin: a la compresin y a la flexin,

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 compresin pueden ser de una sola

pieza de madera maciza o terciada, o bien estar

integradas por varios elementos ensamblados.

El ltimo tipo mencionado consta de dos o ms

elementos de madera resistentes a la compresin,

cuyos ejes longitudinales son paralelos. Estos

elementos estn 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 consideracin de la

esbeltez que presente o requiera la columna, estas

sern cortas, medianas y largas.

CONCLUSIONMuchos y variados sistemas estructurales se utilizan en la arquitectura, el tipo de

sistema depende de las necesidades del edificio, la altura del edificio, su

capacidad de carga, las especificaciones del suelo y los materiales de

construccin dictan el sistema estructural necesario para un edificio. En particular,

estos sistemas han evolucionado para centrarse en la construccin a medida que

el suelo no urbanizado se ha vuelto escaso.

Igualmente, un sistema estructural deriva su carcter nico de cierto numero de

consideraciones; consideradas por separados, como por ejemplo, funciones

estructurales especificas resistencia a la compresin, resistencia a la tensin; para

cubrir claros horizontales, verticalmente; en voladizo u horizontal. Asimismo,

existen caractersticas para calificar los sistemas disponibles que satisfagan una

funcin especifica.

De este modo, las soluciones estructurales que se adopten en un proyecto estn

sujetas a las restricciones que existen con las interacciones de otros aspectos del

proyecto, como el arquitectnico, instalaciones sanitarias, entre otros., tambin por

limitaciones en costos, procesos constructivos o por tiempo de ejecucin. Por otro

lado, la adecuada seleccin del sistema estructural tambin depende de la altura

del edificio, riesgo ssmico que exista en el rea, capacidad portante del suelo,

entre otros.