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8/19/2019 manual sistemas

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SISTEMAS

ESTRUCTURALES


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Sistemas

Estructurales


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Sistemas

Estructurales

Que es un

Sistema


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Sistemas

Estructurales

Que es una

Estructura


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Sistemas

Estructurales

Que es un

Sistema

Estructural


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Sistemas

Estructurales

Definición

Es un conjunto de elementos, materiales,

técnicas, herramientas, procedimientos y

equipos, que son característicos para untipo de edificación en particular

Lo que diferencia un sistema constructivo de

otro es además de lo anterior, la forma en que

se ven y se comportan estructuralmente los

elementos de la edificación, como son: pisos,

muros, techos y cimentaciones.


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Sistemas

Estructurales

Tipos de fuerzas internas

Las cargas originan en los elementos estructurales uno o varios de estos tipos de fuerzas:

1. Fuerza Axial. Se divide en dos tipos:

a. Tracción:

Fuerza que tiene la tendencia

a estirar los elementos.

b. Compresión:

Fuerza que tiene la tendencia a

comprimir los elementos.


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Fuerza de Corte:

Fuerza que tiene la tendencia

a cortar o deformar

angularmente los elementos.

Momento de Flexión:

Momento que tiene la tendencia

a flexionar o doblar los

elementos.

Momento de Torsión.

Momento que tiene la

tendencia a torsionar o torcer

los elementos.

Sistemas

Estructurales

Tipos de fuerzas internas

Las cargas originan en los elementos estructurales uno o varios de estos tipos de fuerzas:


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Sistemas

Estructurales

Cargas

Estructurales

Las cargas

estructurales

son fuerzas

aplicadas a un

componente de

una

estructura o

de la

estructura

como una

unidad

1. CARGAS ESTÁTICAS. Son aquellas que se aplican lentamente sobre la estructura, lo cual hace

que se originen esfuerzos y deformaciones que alcanzan sus valores máximos en conjunto con la

carga máxima. Prácticamente, estas solicitaciones no producen vibraciones en la estructura, ya su

vez clasifican en:

a. Cargas Permanentes o Muertas. Son cargas gravitacionales que actúan durante la

vida útil de la estructura, como por ejemplo: el peso propio de la estructura y el

peso de los elementos añadidos a la estructura (acabados, tabiques, maquinarias

para ascensores y cualquier otro dispositivo de servicio que quede fijo en la

estructura).

b. Carga Viva o Sobrecarga. Son cargas gravitacionales de carácter movible, que

podrían actuar en forma esporádica sobre los ambientes del edificio. Entre estas

solicitaciones se tiene: al peso de los ocupantes, muebles, nieve, agua, equipos

removibles, puente grúa, etc. Las magnitudes de estas cargas dependen del uso al

cual se destinen los ambientes.


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Estructurales

2. CARGAS DINÁMICAS. Son aquellas cuya magnitud, dirección y sentido varían rápidamente

con el tiempo, por lo que los esfuerzos y desplazamientos que originan sobre la estructura, también cambian con

el tiempo; cabe indicar que el instante en que ocurre la máxima respuesta estructural, no necesariamente coincide

con el de la máxima solicitación (Fig. 1.2). Estas cargas clasifican en:

a. Vibraciones Causadas por Maquinarias. Cuando las máquinas vibratorias no han sido

aisladas de la estructura principal, sus vibraciones pueden afectar tanto a la estructura

que las soporta como a las estructuras vecinas.

b. Viento. El viento es un fluido en movimiento; sin embargo, para simplificar el diseño, se supone que actúa

como una carga estática sobre las estructuras convencionales, pero, para estructuras muy flexibles

(puentes colgantes, chimeneas, etc.) es necesario verificar que su período natural de vibrar no coincida con

el de las ráfagas de viento, de lo contrario, podría ocurrir la resonancia de la estructura.

C. Sismos. Las ondas sísmicas generan aceleraciones en las masas de la estructura y por lo tanto, fuerzas

de inercia que varían a lo largo del tiempo; sin embargo, las estructuras convencionales pueden ser

analizadas empleando cargas estáticas equivalentes a las producidas por el sismo.

d. Cargas Impulsivas. Son aquellas que tienen corta duración (dt), por ejemplo: las explosiones, Después

que esta solicitación culmina, se produce el movimiento en vibración libre de la estructura.


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Exigencias básicas de una estructura

Las exigencias que debe cumplir toda la estructura son las siguientes:

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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 ala 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. (Salvadori y

Heller, 1998)


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Sistemas Estructurales

Definición e importancia de la configuración estructural

Se conoce como configuración estructural a la distribución y

localización que se le dan a todos los elementos resistentes

de una estructura, es decir, columnas, muros, losas, núcleos

de escalera entre otros. Pero también se debe tomar en

cuenta dentro de este concepto a todos los elementos no

estructurales, como la disposición de la tabiquería, lageología del sector, clima, reglamentos de diseño urbano,

como también su carga ocupacional.

Su importancia reside en que si el diseño arquitectónico no

llega a complementarse con un óptimo y razonable criterio en

el diseño estructural, la estructura puede comportarse

deficientemente ante un terremoto, a pesar de que se hayan

realizado métodos de análisis complejos y muy detallados

por parte del ingeniero.

El problema del diseño estructural reside en que es muy difícil enseñar “los criterios estructurales” ya que estos se originan de la

intuición de un comportamiento eficiente de la configuración estructural. Lo único que se puede explicar en libros y en las aulas son los

fundamentos teóricos, requisitos específicos y en el mejor de los casos impartir las enseñanzas de experiencias pasadas. Para lograr una

buena configuración estructural es importante la asimilación de los conocimientos teóricos, observar el comportamiento de las

estructuras y tener en cuenta las causas por las cuales han colapsado las edificaciones.


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Características relevantes del edificio para

una buena respuesta sísmica

1. El peso

2. Forma de Planta

3. Forma en Altura

4. Separación

5. Alineamiento de Ejes


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Como las fuerzas producidas por los sismos son de inercia, la masa juega un papel muy importante, ya que cuando esta

empuja hacia abajo, debido a la fuerza de gravedad, se podría producir la falla de los elementos verticales, debido a

que ejerce su fuerza a elementos que están previamente flexionados por las cargas sísmicas, a este fenómeno se le

conoce como “Efecto P-delta”. En conclusión, cuando mayor sea la fuerza vertical, mayor será el momento producido

por esta fuerza y la excentricidad delta.


El peso

No se recomiendan grandes

voladizos, ya que estos

producen fuerzas de inercia

verticales de una magnitud

apreciable que sumadas a

las fuerzas de gravedad

podrían generar problemas.

Las aceleraciones a las que se somete la

estructura van creciendo con la altura, por lo

que se recomienda evitar concentraciones de

masas en los pisos más altos, ya que incrementan

las fuerzas de inercia y los momentos de volteo.

Deben evitarse fuertes diferencias de pesos

entre pisos sucesivos, ya que generan

variaciones bruscas en las fuerzas de

inercia y en la forma de vibrar del edificio

Sugerencias


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Forma de Planta

Un factor que ayuda al desempeño de las estructuras ante un sismo es la simetría respecto a sus dos ejes en planta, ya

que la falta de regularidad por simetría, masa, rigidez o resistencia en ambas direcciones en planta produce torsión, la

cual no es fácil de evaluar con precisión y demanda mayores solicitaciones a algunos elementos resistentes

Sugerencias

•Cuando las plantasposeen formas

irregulares es

aconsejable utilizar

juntas de construcción,

dividiendo la planta

global en varias formas

regulares. Pero éstas

pueden originar

problemas de

funcionamiento, ya que

la holgura que hay que

dejar entre las juntases considerable y

también se deben tomar

previsiones para sellar

las uniones.

• Los edificios ubicados en esquinas, para dar mayor visibilidad y por razones de estética, generalmente

poseen las dos caras que dan hacia la calle con fachadas de vidrio y las dos caras interiores son murosde concreto armado. Esta distribución es inadecuada, ya que genera una gran excentricidad entre el

centro de masas y el centro de rigidez de la estructura, lo que podría generar un posible colapso.


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Forma en Altura

En las figuras 3 y 4 se muestran edificios

que tienen forma irregular en su altura. Se

puede notar la abrupta diferencia de masas

entre pisos continuos, esto conlleva a altas

concentraciones de solicitaciones en los

pisos donde se encuentran dichas

diferencias.

En la figura 5 se pueden ver casos en los que a pesar de que la

geometría de la edificación es regular, existe una marcada diferencia

de rigideces entre pisos sucesivos, lo cual puede generar fallas en

los pisos de menor rigidez


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Separación

• Cuando existen edificios

muy cercanos entre

ellos, hay que

considerar la

posibilidad de que

ocurran daños debidos

a golpes entre ellos.

• El golpeteo ocurre

cuando las distintas

estructuras se golpean

al vibrar fuera de fase

durante un evento

sísmico. La

consecuencias pueden

ser que se produzca una

respuesta irregular de

edificios de distintasalturas, daños locales

a las columnas, colapso

parcial de las losas, y

en muchos casos el

colapso de las

estructuras.

• El daño puede ser

particularmente grave

cuando los pisos de las

estructuras cercanas no

coinciden en la altura,lo que hace que la losa

de un edificio golpee las

columnas del otro, como

se aprecia en la figura

2.

• Se recomienda una separación

mínima entre edificios adyacentes,

la cual puede ser una distancia

del 1% de la altura del mayor

edificio. La separación mínima

entre las estructuras permiteque tengan una respuesta

dinámica independiente

Sugerencias


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Alineamiento de

ejes

• Las fuerzas de tracción y compresión a las que está sometida la viga durante un evento sísmico son transmitidas al

nodo, produciendo grandes esfuerzos cortantes en él. Cuando la conexión entre la viga y la columna es excéntrica,

es decir que el eje de la columna no está alineado al eje de la viga, los esfuerzos cortantes se concentran en un

lado del nodo, por lo que se produce un efecto adicional de torsión en este. Este efecto de excentricidad produce

un comportamiento que aún no se conoce con precisión, debido a la falta de estudios acerca del tema. Además es

importante evitar los daños en los nodos debido a la dificultad que implicaría repararlos luego de un evento

sísmico.


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1. ALBAÑILERIA APORTICADA

2. ALBAÑILERIA CONFINADA

3. ALBAÑILERIA ARMADA

4. ESTRUCTURAS METALICAS

5. ESTRUCTURAS EN MADERA

Sistemas

Estructurales

Veamos algunos

sistemas


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Sistemas

Estructurales

SISTEMA TRADICIONAL APORTICADO

Los elementos porticados, son estructuras de

concreto armado con la misma dosificación

columnas -vigas peraltadas, o chatas unidas en

zonas de confinamiento donde forman Angulo de

90º en el fondo parte superior y lados laterales,

es el sistema de los edificios porticados. Los que

soportan las cargas muertas, las ondas sísmicas

por estar unidas como su nombre lo indica-El

porticado o tradicional consiste en el uso de

columnas, losas y muros divisorios en ladrillo.


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Sistemas

Estructurales

CARACTERISTICAS.

1. Es el sistema de construcción más difundido en nuestro

país.

2. Basa su éxito en la solidez, la nobleza y la durabilidad.

3. Sus elementos estructurales principales consisten en

zapatas, vigas y columnas conectados a través de nudos

formando pórticos resistentes en las dos direcciones

principales de análisis (x e y).

4. Se recomienda para edificaciones desde 4 pisos a más.

5. Los muros o tabiquería divisorios son movibles.

6. Antisísmicos (buena resistencia a la vibración).7. A luces más largas puede resistir cargas mayores.

8. Las instalaciones hidro-sanitarias y eléctricas pueden

ser ubicadas entre las viguetas.



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Sistemas

Estructurales


VENTAJAS.

1. 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.

2. Proceso de construcción relativamente simple y del que se

tiene mucha experiencia.

3. El sistema aporticado posee la versatilidad que se logra en

los espacios y que implica el uso del ladrillo.

4. El sistema porticado 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.


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Sistemas

Estructurales


DESVENTAJAS

1. 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.

2. Generalmente, los pórticos son estructuras

flexibles y su diseño es dominado por

desplazamientos laterales para edificaciones con

alturas superiores a 4 pisos.

3. Este tipo de construcción húmeda es lenta, pesada

y por consiguiente más cara.


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Sistemas

Estructurales


En el diseño de estructuras aporticadas intervienen los siguientes elementos estructurales.

a) Losas: aligeradas, macizas, nervadas.b) Columnas.

c) Zapatas: aisladas, combinadas.

d) Muros no portantes.

e) Cimentaciones corridas para muros no

portantes.

Los cuatro primeros tienen comportamiento no estructural, es decir soportan el peso de las cargas vivas ymientras.

Las dos últimas son las que intervienen para serrar los ambientes no teniendo una función netamente

estructural.


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Sistemas

Estructurales


CONDICIONES DE DISEÑO DE

PORTICOS PRINCIPALES

YSECUNDARIOS

• Los pórticos principales soportan el peso de las lozas es decir las vigas

de los pórticos reciben las cargas y se transmiten a las columnas y estas

a las zapatas.

• En la figura mostrada (fig. a) los pórticos principales son A-A, B-B, C-C

debido a que estos soportan el peso de la losa.

A

B

• Para el metrado de cargas se tendrá en cuenta el ancho tributario de losa

que reciban las vigas principales así como el peso propio de la misma, más

las cargas vivas. Estas vigas son por lo general de gran peralte y tienen

función estructural.

• Las columnas de los pórticos, se diseñaran de acuerdo a las cargas que

reciben. Estas tienen función estructural.

• Las columnas de los pórticos secundarios no soportan el peso de las losas

y en la figura a, están constituidas por los ejes 1-1 y 2-2.

• Si la losa se arma como en la figura “b” los pórticos principales serán los

ejes 1-1, 2-2 y los secundarios serán A-A, B-B y C-C.

• Este tipo de pórticos conocidos como pórticos simples es uno de los más

sencillos. Tiene la ventaja que permiten usar los espacios libremente. Se

utiliza para estructuras no muy altas ya que en caso contrario las

dimensiones de las columnas aumentan considerablemente.

• Los pórticos van cada 4 o 5 metros. El espaciamiento de estos estará en

función de los peraltes de las losas y las vigas.

• Si el espaciamiento es muy grande entre los pórticos entonces los peraltes

serán mayores.

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