SISTEMAS ESTRUCTURALES

Republica Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Educación Superior

I.U.P ¨Santiago Mariño¨Extensión Barcelona

Escuela de Arquitectura

Profesor: Ing. Héctor MárquezCatedra: Proyecto de Estructuras V

Bachiller: Vanessa López

CI: 20.154.222

Barcelona, 20 de junio de 2016

ESTRUCTURAS

Sistemas Estructurales

Es un ensamblaje de miembros o elementos independientes para conformar un cuerpo único y cuyo objetivo es darle  solución (cargas y forma) a un problema civil determinado. La manera de ensamblaje y el tipo de miembro ensamblado definen el comportamiento final de la estructura y constituyen diferentes sistemas estructurales.

El sistema estructural constituye el soporte básico, el armazón o esqueleto de la estructura total y él transmite las fuerzas actuantes a sus apoyos de tal manera que se garantice seguridad, funcionalidad y economía.

En una estructura se combinan y se juega con tres aspectos, los cuales determinan la funcionalidad, economía y estética de la solución propuesta:

Forma Materiales y dimensiones de elementos Cargas

SISTEMAS Características de los Sistemas Estructurales

Capacidad para resistir todas las cargas gravitacionales de manera eficiente. Condiciones de uso, función, forma y escala. Forma de unión de los elementos. Materiales de los elementos. Forma geométrica u orientación.

.

Muros Portantes Son aquellas paredes de una edificación que poseen función estructural; es decir,

aquellas que soportan otros elementos estructurales del edificio, como arcos, bóvedas, vigas o viguetas de forjados o de la cubierta.

Características

Las cargas gravitacionales se transmiten a la fundación mediante fuerzas axiales en los muros.

Pueden ser de hormigón armado, piedras naturales, ladrillos de barro y bloques de mortero. Los muros de cargas reciben y transmiten las cargas de forma lineal.

Ventajas

TIPOS

Es un sistema que es rápido de ejecutar y muy rígido. Ya que tiene muros permite un ahorro en costos en la construcción de las paredes de bloques y el friso de las mismas. Tiene un alto rendimiento por lo cual Es un sistema que bien configurado es poco propenso al colapso. Es una estructura mucho más liviana. Permite la construcción de edificios de más de 30 pisos de altura

Desventajas

Esta expuesto a grandes esfuerzos sísmicos. Por poseer losas de delgado espesor, la longitud de los ramales de instalaciones de aguas servidas es limitada. Ya que los muros son continuos dificulta la distribución de los espacios internos. Como no se puede aumentar el espesor de la losa, se tiene que implementar el uso de losas post-tensadas, pero esta

técnica no es aplicada en Venezuela. Puede llegar a ser un sistema muy vulnerable si la configuración estructural.

Sistema AporticadoEs 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, pantallas u otros métodos; y del material utilizado, generalmente hormigón o madera.  

Características

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

Ventajas

Permite mas distribuciones en 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.

TIPOS

Desventajas

El sistema 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. Es difícil mantener las derivas bajo los requerimientos normativos. No es recomendable en suelos blandos. El uso de este sistema estructural está limitado a estructuras bajas o medianas.

Sistemas Abovedados

Tiene su base en el arco o elemento sustentante de forma curva destinado a salvar un espacio más o menos grande formado por piedras talladas en forma de cuña.

Características

El sistema abovedado se caracteriza por el uso de la bóveda, el arco y la cúpula.

Se basa en bóvedas, que centran las cargas en arcos reforzados por pilastras o contrafuertes.

Geométricamente, está generada por dos superficies semicilíndricas ortogonales cuyas líneas de intersección o aristas, son arcos de elipse que se cruzan en el vértice superior. 

TIPOS Ventaja

Sus empujes de la cubierta no son totalmente verticales, sino que se desvían lateralmente con lo que se pueden conseguir espacios diáfanos más amplios, además de poder prescindir, si es necesario, de la piedra y por supuesto de las grandes vigas de madera, y utilizar materiales como el ladrillo.

Desventaja

Desplome o Colapso. Un arco se colapsa cuando las dovelas que lo sostienen, pasan de ser una estructura en equilibrio a ser un mecanismo. El proceso de descimbrado genera necesariamente fisuras en la estructura de un arco, debido al descenso de la clave y al asentamiento de las partes del mismo. 

Sistemas TensadosLas estructuras tensadas son aquellas constituidas

fundamentalmente por materiales que únicamente tienen rigidez a tracción y que antes de recibir las cargas exteriores, para las que se proyectan, desarrollan internamente un fuerte estado de esfuerzos debido a pretensados iniciales.

Características

Son estructuras especialmente apropiadas para cubiertas de grandes luces con materiales livianos donde el elemento estructural esencial es el cable y el esfuerzo fundamental es el de tracción. relación peso/luz. Los antecedentes de las estructuras de cables pueden encontrarse en las velas de los barcos

Ventaja

TIPOS Se instalan rápidamente y se pueden adaptar a múltiples formas geométricas

Son continuos y no presentan juntas de unión Son fáciles de limpiar y no absorben olores Dejan pasar la luz. Desventaja

Se deben replantear muy bien los huecos para luminarias o cualquier otro elemento, ya que requieren colocar un refuerzo en la tela para poder abrir el hueco en la misma.

Se trata de estructuras poco usuales, lo que hace que en el mercado no existan muchas empresas dedicadas a su instalación.

Sistemas HinchablesFuncionan 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. Los puestos de este tipo que se montan para las competiciones deportivas y las atracciones infantiles en las que los niños se divierten en saltar pueden servir de ejemplo.

Características

Son flexibles y resistentes a tracciones, se comporta como un solido homogéneo y elástico. Pueden absorber, transmitir y trasladar fuerzas exteriores.

Ventajas

TIPOS Se pueden crear estructuras donde los diferentes elementos utilizados se complementan, permitiendo obtener

estructuras mucho más ligeras que las obtenidas utilizando sólo elementos metálicos.

Además permite explorar soluciones estéticas con una percepción de ligereza y trasparencia propios de los elementos textiles que se utilizan para generar la membrana.

La instalación y desinstalación es muy sencilla, mediante hinchado y deshinchado sin necesidad de realizar uniones

Desventajas

El principal inconveniente que presentan es que debido a su geometría, al aplicarles una carga horizontal, la estructura se vuelve inestable.

Sistema Dual o MixtoEs un sistema mixto de pórticos reforzados por muros de

carga o diagonales de arriostramiento. En este sistema los muros tienden a tomar una mayor proporción de los esfuerzos en los niveles inferiores, mientras que los pórticos pueden disipar energía en los niveles superiores.

Características

Este sistema se utiliza cuando se tendrán fuerzas de distintos tipos en el edificio, como 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.

Ventajas

TIPOS 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 Se puede obtener ventajas en cuanto a su distribución de espacios internos. Es común que cuando se diseñan estructuras duales se supone que los muros resisten todas las fuerzas laterales y el sistema aporticado las gravitacionales.

Desventajas

Hay que ser cuidadosos con la configuración de 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.

Perfiles Metálicos Estructurales

  Los perfiles estructurales son productos fabricados para la construcción de estructuras. Son de sección cerrada, conformado en frio y soldado eléctricamente por alta frecuencia, formando elementos tubulares de sección cuadrada, circular, rectangular, T, TT, entre otros.

Tipos

Perfil HEB: Es un perfil muy usado en construcción, se utiliza para columnas, pilotes, vigas, refuerzo y otros usos de gran resistencia.Perfil tipo U o Canal: se utiliza para vigas y columnas que se unen y sueldan, en usos de rendimiento medio. Perfil angular o ángulos: puede ser de lados iguales o desiguales, se utiliza en dinteles, columnas, vigas de rendimiento, estructuras secundarias.

PERFILES

Tubo de Acero circular: se utiliza preferiblemente para columnas. Tubo de acero cuadrado sección hueca: se utilizan con mayor frecuencia como columnas, pero también puede ser utilizado como vigas, abrazaderas y en otros usos.Placas de acero estructural: Se trata de piezas planas de acero estructural, cortadas a medida, así como cualquier otra aplicación donde el tamaño no es estándar y son medidas muy especificas. En general tienen entre 1/8 ” a 6″ de espesorPerfiles de Corte: Normalmente son las secciones de ala ancha de un perfil HEB o IPE, que se cortan por la mitad para formar una sección “T”. Se utiliza para dinteles, vigas, tirantes y columnas.

METALICOS

CARPINTERIA

Se conoce como empresas de carpintería metálica a las que utilizan profesionales que se dedican a la fabricación y comercialización de productos metálicos, como acero y aluminio, para los mercados de la construcción, industria y decoración, así 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 térmico, contraventanas de lamas orientables, mosquiteras, accesorios de accionamiento, rejas de hierro y forjado artístico, entre otros.

Asimismo, en los trabajos más habituales de carpintería metálica se utilizan el acero (aceros al carbono, aleados, de baja aleación ultra-resistentes, inoxidables, de herramientas), hierro, aluminio, cobre, latón, bronce, cristal, plástico.

Perfiles especiales en carpintería metálica:

METALICA

CARPINTERÍA METÁLICA

Tubos. Ángulos o perfiles en L. Pletinas-perfiles en U. Perfiles en T. Perfiles en H. Cuadradillos.

A todos los materiales les debe ser de aplicación las Normas locales, u homologación internacional

CERCHAS

 La cercha es una composición de barras rectas unidas entre si 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; en consecuencia, todos los elementos se encuentran trabajando a tracción o compresión sin la presencia de flexión y corte.

La cercha es uno de los principales tipos de estructuras empleados en ingeniería, ya que proporciona una solución práctica y económica debido a la ligereza del peso y gran resistencia.

Elementos de una cercha

METALICAS

Cerchas Metálicas

Los miembros de arriba cordón superior. Los miembros de abajo cordón inferior. Diagonales. Verticales montantes o pendolones dependiendo del tipo de fuerza.

Usos

Las cerchas se emplean cuando se tiene luces libres grandes como puentes, sitios públicos y estadios. Las cerchas paralelas se usan en recintos amplios, de cordones superiores curvos se comportan similar a una

estructura colgante o un arco y se emplean en algunos puentes, en techos y entrepiso se emplean cerchas liviana. El rango de luces de la cercha es de 15 a 50m para cerchas de acero.

MALLAS

Es 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 están compuestas por:

Barras, Nudos( elementos prefabricados que pueden ser de diferentes formas) Paneles.

Tipos de mallas

Mallas Planas Mallas Abovedadas Mallas de cúpulas

ESPECIALES

Mallas Especiales

LOSA

Es una lamina corrugada de acero galvanizado estructural perfilada para que se produzca un efectivo ajuste mecánico con el concreto, la lamina posee unas muescas es decir unos huecos especiales estas además sustituyen el acero a la tracción de la placa.

Ventajas

El galvanizado de la lamina le garantiza una larga vida útil en cualquier condición ambiental. Hay un ahorro considerable ya que se elimina en muchos de los proyectos el uso de puntales. Se obtienen placas mas livianas, lo que aligera el peso de la estructura, 8 a 10 cm de espesor. Su instalación es rápida y limpia.

ACERO

Losa Acero

Aplicaciones

Sus aplicaciones más importantes se encuentran en la realización de entrepisos para edificaciones, ampliaciones y mezaninas, puentes, estacionamientos, techos para viviendas unifamiliares. Actúa como un encofrado, así que cumple un doble propósito. Se usa en viviendas, techos , puentes, estacionamientos, mezzaninas, oficinas, comercios, etc.

MEMBRANAS

Una membrana es un elemento estructural bidimensional, sin rigidez flexional, que soporta tensiones y esfuerzos normales. Se utiliza para cerramientos o cubiertas de cualquier tipo. Se elabora con textiles, postes y cables tensionados.  

Ventajas

Son de larga duración y fácil mantenimiento.Permiten ahorro de energía en iluminación y climatización. Permiten ilimitadas posibilidades de diseño. Se pueden instalar en todos los climas.Producen ahorros en cimentación y estructura porque son muy livianas. No se manchan fácilmente. La iluminación interna genera reflejos nocturnos muy especiales. Son translúcidas. Evitan que pase el calor y mantienen ambientes confortables en clima cálido.

Membranas o Tenso Estructuras

Las membranas arquitectónicas son completamente diferentes a cualquier otra solución de cubiertas, tanto técnica como funcionalmente. A partir de cuatro formas básicas -plana, cóncava, convexa y la parábola hiperbólica- se obtienen gran cantidad de configuraciones geométricas, a las cuales se agregan características físicas poco comunes para lograr estructuras únicas.

CONCRETO

La técnica constructiva del concreto armado consiste en la utilización de concreto con barras o mallas de acero 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 concreto armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obras industriales.  

Características

El Hormigón se encarga de soportar los esfuerzos a compresión, mientras que el acero lo hace con la tracción. Casi Uniformidad de Coeficientes de Dilatación Térmica: Esta cualidad es la que posibilita la construcción de grandes volúmenes de concreto sin que se produzcan agrietamientos , ya que como se sabe el hormigón o concreto, es muy mal material en lo que respecta a las fuerzas de tensión inducidas por la dilatación térmica.)

Concreto Armado

Se desarrolla adherencia entre las varillas de acero y el concreto. Esto permite que ambos materiales se comporten como uno sólo. El concreto queda confinado cuando a esfuerzos que se aproximan a la resistencia uniaxial, las deformaciones transversales se hacen muy elevadas debido al agrietamiento interno progresivo y el concreto se apoya sobre el refuerzo transversal, el cual proporciona un apoyo pasivo que confina al concreto en el núcleoEl Recubrimiento: El recubrimiento de las varillas de acero tiene como finalidad fundamental proteger a las varillas de acero de la humedad y del ataque químico de otras sustancias corrosivas que se hallen presentes en el ambiente

ARMADO

MUROS

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 inadecuados que propician la posibilidad de 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.

PórticosUn pórtico es un espacio arquitectónico conformado por una galería

de columnas adosada a un edificio.

Tipos de pórtico en la arquitectura clásica

Dístilo: se denomina al edificio que tiene dos columnas o pilastras en una o más fachadas. Tetrástilo:El edificio tetrástilo tiene cuatro columnas en su fachada principalHexástilo:Los edificios hexástilos tenían seis columnas en fachada y eran los pórticos típicos del estilo dórico.Octástilo: El octástilo tenía ocho columnas. Decástilo: El decástilo tiene diez columnas, como el templo de Apolo Didimeo en Mileto, y el pórtico del University College de Londres.Dodecástilo: El dodecástilo tiene doce columnas.

Muros Portantes

PORTANTES

PORTICOS

MADERA

La madera es uno de los materiales más versátiles que encontramos dentro del mundo de la construcción. Puede ser usada tanto como sistema estructural, como para revestimientos de pisos y paredes (en interior y exterior), o estructuras internas como escaleras, entramado de techos, y pisos suspendidos.

Características

Es aislante térmico, acústico y mala conductora de la electricidad, siempre que haya sido secada correctamente. Otras de las ventajas son su poco peso, su maleabilidad y su resistencia a los movimientos sísmicos. El costo de la construcción en madera es mucho más bajo que con otros sistemas constructivos, lo que la convierte en una excelente alternativa. Por otro lado, también tiene varias contras; Es porosa, deformable por incidencia de la humedad, puede ser atacada por insectos y moho, es combustible.

Madera como elemento estructural

Sistemas constructivos en madera

Tronco macizo: En el primer caso, se utilizan directamente los troncos enteros o cortados en forma de tablones.Entramado ligero: es el sistema más habitual y práctico, ya que reduce notablemente el tiempo de construcción. Este sistema soporta cualquier diseño y tamaño de construcción.

La estructura básica de la construcción está formada por módulos de madera formados por elementos lineales (tirantes) unidos por sistemas de escuadras. Estos módulos vienen pre- fabricados, en distintos tamaños, y permiten “armar” la casa como si fuera un rompecabezas, ubicando los paneles sobre una base de cemento, según el diseño. Estos paneles se revestirán luego, en el interior y exterior, de distintos materiales: piedra, madera, cerámica, etc. Soportan cualquier tipo de revestimiento. Entre ambas caras se colocan material aislante térmico e ignífugo, y todo el sistema de cables eléctricos y cañerías, antes de revestir.