Sistemas Estructurales

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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE

DOCENTE:Arq. Dani Y. Novoa VegaSISTEMAS ESTRUCTURALESArquitectura y Urbanismo


Docente:Arq. Dani Y. Novoa Vega

Sistemas Estructurales


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesQue es un Sistema


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesQue es una Estructura


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesQue es un Sistema Estructural


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesDefinicin

Es un conjunto de elementos, materiales, tcnicas, herramientas, procedimientos y equipos, que son caractersticos para un tipo de edificacin en particularLo que diferencia un sistema constructivo de otro es adems de lo anterior, la forma en que se ven y se comportan estructuralmente los elementos de la edificacin, como son: pisos, muros, techos y cimentaciones.


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesTipos de fuerzas internasLas cargas originan en los elementos estructurales uno o varios de estos tipos de fuerzas:1. Fuerza Axial. Se divide en dos tipos:Traccin:

Fuerza que tiene la tendencia a estirar los elementos.b. Compresin:

Fuerza que tiene la tendencia a comprimir los elementos.

Fuerza de Corte: Fuerza que tiene la tendencia a cortar o deformar angularmente los elementos.Momento de Flexin: Momento que tiene la tendencia a flexionar o doblar los elementos.Momento de Torsin. Momento que tiene la tendencia a torsionar o torcer los elementos.UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE

Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesTipos de fuerzas internasLas cargas originan en los elementos estructurales uno o varios de estos tipos de fuerzas:


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesCargas Estructurales

Las cargas estructurales son fuerzas aplicadas a un componente de una estructura o de la estructura como una unidad1.- CARGAS ESTTICAS. Son aquellas que se aplican lentamente sobre la estructura, lo cual hace que se originen esfuerzos y deformaciones que alcanzan sus valores mximos en conjunto con la carga mxima. Prcticamente, estas solicitaciones no producen vibraciones en la estructura, ya su vez clasifican en:a.- Cargas Permanentes o Muertas. Son cargas gravitacionales que actan durante la vida til de la estructura, como por ejemplo: el peso propio de la estructura y el peso de los elementos aadidos 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 carcter movible, que podran actuar en forma espordica sobre los ambientes del edificio. Entre estas solicitaciones se tiene: al peso de los ocupantes, muebles, nieve, agua, equiposremovibles, puente gra, etc. Las magnitudes de estas cargas dependen del uso alcual se destinen los ambientes.


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas Estructurales2.- CARGAS DINMICAS. Son aquellas cuya magnitud, direccin y sentido varan rpidamentecon el tiempo, por lo que los esfuerzos y desplazamientos que originan sobre la estructura, tambin cambian con el tiempo; cabe indicar que el instante en que ocurre la mxima respuesta estructural, no necesariamente coincide con el de la mxima solicitacin (Fig. 1.2). Estas cargas clasifican en:a.- Vibraciones Causadas por Maquinarias. Cuando las mquinas vibratorias no han sidoaisladas de la estructura principal, sus vibraciones pueden afectar tanto a la estructuraque las soporta como a las estructuras vecinas.b.- Viento. El viento es un fluido en movimiento; sin embargo, para simplificar el diseo, se supone que acta como una carga esttica sobre las estructuras convencionales, pero, para estructuras muy flexibles (puentes colgantes, chimeneas, etc.) es necesario verificar que su perodo natural de vibrar no coincida con el de las rfagas de viento, de lo contrario, podra ocurrir la resonancia de la estructura.C.- Sismos. Las ondas ssmicas generan aceleraciones en las masas de la estructura y por lo tanto, fuerzas de inercia que varan a lo largo del tiempo; sin embargo, las estructuras convencionales pueden ser analizadas empleando cargas estticas equivalentes a las producidas por el sismo.d.- Cargas Impulsivas. Son aquellas que tienen corta duracin (dt), por ejemplo: las explosiones, Despus que esta solicitacin culmina, se produce el movimiento en vibracin libre de la estructura.

Exigencias bsicas de una estructuraLas exigencias que debe cumplir toda la estructura son las siguientes:UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE

Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas Estructurales1. Equilibrio: Exigencia fundamental que implica que todas las partes de una edificacin no presentenmovimientos o que la resultante de las fuerzas aplicadas sea igual a cero.

2. Estabilidad: Condicin relacionada con los movimientos que puede presentar un edificio en su totalidad debido a la aplicacin de las fuerzas, ya que, si una fuerza genera ciertos desplazamientos en el edificio, este se vuelve inestable, siendo una condicin no deseada en la edificacin.

3. Resistencia: Trmino 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 funcin asignada, por ello se debe evitar deformaciones grandes en la estructura de tal magnitud que los usuarios no sientan cmodo el uso del edificio.

5. Economa: 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 construccin.

6. Esttica: 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 tamao el sistema estructural es expresin de la arquitectura, por lo que un error de enfoque estructural puede afectar la belleza del edificio. (Salvadori y Heller, 1998)


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesDefinicin e importancia de la configuracin estructuralSe conoce como configuracin estructural a la distribucin y localizacin que se le dan a todos los elementos resistentes de una estructura, es decir, columnas, muros, losas, ncleos de escalera entre otros. Pero tambin se debe tomar en cuenta dentro de este concepto a todos los elementos no estructurales, como la disposicin de la tabiquera, la geologa del sector, clima, reglamentos de diseo urbano, como tambin su carga ocupacional.

Su importancia reside en que si el diseo arquitectnico no llega a complementarse con un ptimo y razonable criterio en el diseo estructural, la estructura puede comportarse deficientemente ante un terremoto, a pesar de que se hayan realizado mtodos de anlisis complejos y muy detallados por parte del ingeniero.El problema del diseo estructural reside en que es muy difcil ensear los criterios estructurales ya que estos se originan de la intuicin de un comportamiento eficiente de la configuracin estructural. Lo nico que se puede explicar en libros y en las aulas son los fundamentos tericos, requisitos especficos y en el mejor de los casos impartir las enseanzas de experiencias pasadas. Para lograr una buena configuracin estructural es importante la asimilacin de los conocimientos tericos, observar el comportamiento de las estructuras y tener en cuenta las causas por las cuales han colapsado las edificaciones.


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesCaractersticas relevantes del edificio para una buena respuesta ssmicaEl pesoForma de PlantaForma en AlturaSeparacinAlineamiento de Ejes

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 podra producir la falla de los elementos verticales, debido a que ejerce su fuerza a elementos que estn previamente flexionados por las cargas ssmicas, a este fenmeno se le conoce como Efecto P-delta. En conclusin, cuando mayor sea la fuerza vertical, mayor ser el momento producido por esta fuerza y la excentricidad delta.UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE

Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesEl pesoNo se recomiendan grandes voladizos, ya que estos producen fuerzas de inercia verticales de una magnitud apreciable que sumadas a las fuerzas de gravedad podran 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 ms 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


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesForma de PlantaUn factor que ayuda al desempeo de las estructuras ante un sismo es la simetra respecto a sus dos ejes en planta, ya que la falta de regularidad por simetra, masa, rigidez o resistencia en ambas direcciones en planta produce torsin, la cual no es fcil de evaluar con precisin y demanda mayores solicitaciones a algunos elementos resistentesSugerenciasCuando las plantas poseen formas irregulares es aconsejable utilizar juntas de construccin, dividiendo la planta global en varias formas regulares. Pero stas pueden originar problemas de funcionamiento, ya que la holgura que hay que dejar entre las juntas es considerable y tambin se deben tomar previsiones para sellar las uniones.Los edificios ubicados en esquinas, para dar mayor visibilidad y por razones de esttica, generalmente poseen las dos caras que dan hacia la calle con fachadas de vidrio y las dos caras interiores son muros de concreto armado. Esta distribucin es inadecuada, ya que genera una gran excentricidad entre el centro de masas y el centro de rigidez de la estructura, lo que podra generar un posible colapso.


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesForma en AlturaEn 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 geometra de la edificacin es regular, existe una marcada diferencia de rigideces entre pisos sucesivos, lo cual puede generar fallas en los pisos de menor rigidez


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesSeparacinCuando existen edificios muy cercanos entre ellos, hay que considerar la posibilidad de que ocurran daos debidos a golpes entre ellos.El golpeteo ocurre cuando las distintas estructuras se golpean al vibrar fuera de fase durante un evento ssmico. La consecuencias pueden ser que se produzca una respuesta irregular de edificios de distintas alturas, daos locales a las columnas, colapso parcial de las losas, y en muchos casos el colapso de las estructuras.

El dao 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 separacin mnima entre edificios adyacentes, la cual puede ser una distancia del 1% de la altura del mayor edificio. La separacin mnima entre las estructuras permite que tengan una respuesta dinmica independienteSugerencias


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesAlineamiento de ejesLas fuerzas de traccin y compresin a las que est sometida la viga durante un evento ssmico son transmitidas al nodo, produciendo grandes esfuerzos cortantes en l. Cuando la conexin entre la viga y la columna es excntrica, es decir que el eje de la columna no est 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 torsin en este. Este efecto de excentricidad produce un comportamiento que an no se conoce con precisin, debido a la falta de estudios acerca del tema. Adems es importante evitar los daos en los nodos debido a la dificultad que implicara repararlos luego de un evento ssmico.

ALBAILERIA APORTICADAALBAILERIA CONFINADAALBAILERIA ARMADAESTRUCTURAS METALICASESTRUCTURAS EN MADERAUNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE

Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesVeamos algunos sistemas:


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas Estructurales SISTEMA TRADICIONAL APORTICADO

Los elementos porticados, son estructuras de concreto armado con la misma dosificacin columnas -vigas peraltadas, o chatas unidas en zonas de confinamiento donde forman Angulo de 90 en el fondo parte superior y lados laterales, es el sistema de los edificios porticados. Los que soportan las cargas muertas, las ondas ssmicas por estar unidas como su nombre lo indica-El porticado o tradicional consiste en el uso de columnas, losas y muros divisorios en ladrillo.


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas EstructuralesCARACTERISTICAS.

Es el sistema de construccin ms difundido en nuestro pas.Basa su xito en la solidez, la nobleza y la durabilidad.Sus elementos estructurales principales consisten en zapatas, vigas y columnas conectados a travs de nudos formando prticos resistentes en las dos direcciones principales de anlisis (x e y).Se recomienda para edificaciones desde 4 pisos a ms.Los muros o tabiquera divisorios son movibles.Antissmicos (buena resistencia a la vibracin).A luces ms largas puede resistir cargas mayores.Las instalaciones hidro-sanitarias y elctricas pueden ser ubicadas entre las viguetas. SISTEMA TRADICIONAL APORTICADO


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas Estructurales SISTEMA TRADICIONAL APORTICADOVENTAJAS.

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 simple y del que se tiene mucha experiencia.El sistema aporticado posee la versatilidad que se logra en los espacios y que implica el uso del ladrillo.El sistema porticado por la utilizacin muros 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.


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas Estructurales SISTEMA TRADICIONAL APORTICADODESVENTAJAS

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 prticos son estructuras flexibles y su diseo es dominado por desplazamientos laterales para edificaciones con alturas superiores a 4 pisos.Este tipo de construccin hmeda es lenta, pesada y por consiguiente ms cara.


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas Estructurales SISTEMA TRADICIONAL APORTICADOEn el diseo 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 y mientras.

Las dos ltimas son las que intervienen para serrar los ambientes no teniendo una funcin netamente estructural.


Docente:Arq. Dani Y. Novoa VegaSistemas Estructurales SISTEMA TRADICIONAL APORTICADOCONDICIONES DE DISEO DE PORTICOS PRINCIPALES YSECUNDARIOS

Los prticos principales soportan el peso de las lozas es decir las vigas de los prticos reciben las cargas y se transmiten a las columnas y estas a las zapatas.En la figura mostrada (fig. a) los prticos principales son A-A, B-B, C-C debido a que estos soportan el peso de la losa.ABPara el metrado de cargas se tendr en cuenta el ancho tributario de losa que reciban las vigas principales as como el peso propio de la misma, ms las cargas vivas. Estas vigas son por lo general de gran peralte y tienen funcin estructural.Las columnas de los prticos, se disearan de acuerdo a las cargas que reciben. Estas tienen funcin estructural.Las columnas de los prticos secundarios no soportan el peso de las losas y en la figura a, estn constituidas por los ejes 1-1 y 2-2.Si la losa se arma como en la figura b los prticos principales sern los ejes 1-1, 2-2 y los secundarios sern A-A, B-B y C-C.Este tipo de prticos conocidos como prticos simples es uno de los ms 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 prticos van cada 4 o 5 metros. El espaciamiento de estos estar en funcin de los peraltes de las losas y las vigas.Si el espaciamiento es muy grande entre los prticos entonces los peraltes sern mayores.

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