Sistemas estructurales

Trabajo de sistemas estructurales - Proyecto de Estructura V - Yasmin Schikorra - IUP "Santiago Mariño" Barcelona, Anzoátegui , Venezuela.

1. INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” ESCUELA DE ARQUITECTURA CÁTEDRA: PROYECTO DE ESTRUCTURAS V SEDE BARCELONA BACHILLER: SCHIKORRA YASMIN C.I: 24.864.598 SISTEMAS ESTRUCTURALES

2. 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 . En algunos casos los elementos no se distinguen como individuales sino que la estructura constituye en si un sistema continuo como es el caso de domos, losas continuas o macizas y muros, y se analizan siguiendo los conceptos y principios básicos de la mecánica.

3. Características de los sistemas estructurales El sistema estructural constituye el soporte básico transmitiendo 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 que determinan la funcionalidad, economía y estética de la solución propuesta: L as características estructurales más importantes de un sistema estructural son su resistencia, rigidez y ductilidad. El sistema debe poder resistir de manera eficiente las diversas condiciones de carga a las que puede estar sometida la estructura y poseer rigidez para diferentes direcciones en que las cargas pueden actuar, tanto verticales como horizontales. Así como la ductilidad que permite a la estructura poseer una capacidad para deformarse sosteniendo su carga máxima y, poseer una reserva de capacidad antes del colapso.

4. TIPOS DE SISTEMAS ESTRUCTURALES 1. SISTEMA DE MUROS PORTANTES: 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 en la distribución de los muros, se generan comportamientos inadecuados que propician la posibilidad del colapso. Características El sistema consta básicamente de 2 Ls invertidas que forman un Túnel, proyectadas a los largo del vano, (espacio entre dos puntos estructurales) logrando la forma deseada en el vaciado de las losas sostenidas por muros estructurales. En los sistemas tipo cajón, las cargas gravitacionales se transmiten a la fundación mediante fuerzas axiales en los muros. Debido a su sistema modular de fácil instalación y desinstalación que permite repeticiones, es usado para la construcción de viviendas unifamiliares y multifamiliares, y en hotelería. Aspectos importantes Paredes y Losas de 10 a 18 cm de espesor. Tuberías y ductos embutidos en el concreto. Refuerzo metálico por mallas electrosoldadas . Para construir vanos y aberturas para carpintería, se instalan pre marcos metálicos. Las escaleras de concreto se moldean posteriormente al vaciado de la estructura.

5. Ventajas Aceleración de los tiempos de construcción Menor costo Acabado de mejor calidad en la superficie de las paredes de hormigón Mejor resistencia sísmica y al viento Excelente sistema a prueba de sonido Paredes y losas monolíticas Mínimo encofrado necesario El encofrado de paredes y losas puede reutilizarse Desventajas Por ser un sistema que posee gran rigidez, estará expuesto a grandes esfuerzos sísmicos, 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 de instalaciones de aguas servidas es limitada. En algunos casos se tiene que llegar a aumentar el espesor de la losa donde van ubicados los baños para poder cumplir con las pendientes . Por la continuidad de los muros en toda su longitud, existirán grandes limitaciones en cuanto a la distribución de los espacios internos de cada planta, por lo que su uso principal es de viviendas multifamiliares u hoteles.

6. 2. SISTEMA APORTICADO: Esta formado por vigas y columnas, conectados entre sí por medio de nodos rígidos, lo cual permite la transferencia de los momentos flectores y las cargas axiales hacia las columnas. La resistencia a las cargas laterales de los pórticos se logra principalmente por la acción de flexión de sus elementos. Características Es el sistema de construcción más difundido en nuestro país. Basa su éxito en la solidez, la nobleza y la durabilidad. 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 ). Se recomienda para edificaciones desde 4 pisos a más. Los muros o tabiquería divisorios son movibles. Antisísmicos (buena resistencia a la vibración ). A luces más largas puede resistir cargas mayores. Las instalaciones hidro -sanitarias y eléctricas pueden ser ubicadas entre las viguetas.

7. 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. Desventajas 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 pórticos son estructuras flexibles y su diseño es dominado por desplazamientos laterales para edificaciones con alturas superiores a 4 pisos. Este tipo de construcción húmeda es lenta, pesada y por consiguiente más cara.

8. 3. SISTEMA Dual o mixto:  Es 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

9. Ventajas  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 .

10. 4. SISTEMA DE ARCO, BOVEDA Y CUPULA: El concepto básico del arco es tener una estructura para cubrir claros, mediante el uso de compresión interna solamente. El perfil del arco puede ser derivado geométricamente de las condiciones de carga y soporte. Para un arco de un solo claro que no esta fijo en la forma d resistencia a momento, con apoyos en el mismo nivel y con una carga uniformemente distribuida sobre todo el claro, la forma resultante es la de una curva de segundo grado o parábola. La forma básica es la curva convexa hacia abajo, si la carga es gravitacional. Características Las condiciones básicas son las fuerzas horizontales en la base, debidas al empuje y la relación entre claro y peralte. A medida que aumenta esta relación, aumenta el empuje, produciendo mayor compresión en el arco y mayores fuerzas horizontales en el soporte.  Tanto las formas de bóveda como de cúpula se pueden crear como formas directas de cascaron o nervaduras (es decir, un juego de arcos formando un esqueleto con un cascaron como relleno). Actualmente el concreto preforzado es el material más obvio para las formas de cascarón.

11. Ventajas Tiene la ventaja sobre el adintelado de que los 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. Desventajas 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.

12. PERFILES METÁLICOS ESTRUCTURALES Y DE CARPINTERÍA METÁLICA. Perfiles metálicos estructurales Los perfiles son barras de distintas formas de sección que adoptan los elementos longitudinales de una estructura, generalmente metálicos, para adaptarse lo más adecuadamente posible a su función y a los esfuerzos que les son requeridos .  Esto le confiere la posibilidad de lograr soluciones de gran envergadura, como cubrir grandes luces y cargas importantes. Se lo elige por sus ventajas en plazos de obra, relación coste de mano de obra, coste de materiales, financiación, entre otros. En estructuras específicamente de aluminio, existen una infinidad de perfiles de formas diferentes de perfiles para la construcción de todo tipo de cerramientos y soportes, en perfil de acero estructural se usan especialmente las T, las doble T, U, L, de tipo caño, de sección cuadrada, redonda y rectangular.

13. Perfiles metálicos estructurales 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. 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. En general tienen entre 1/8 ” a 6″ de espesor. Se utiliza en bases de columnas, vigas y columnas hechas a medida, piezas de conexión (es decir, las placas de refuerzo, placas de soldadura, etc ), así como cualquier otra aplicación donde donde el tamaño no es estándar y son medidas muy especificas. Perfiles 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. 

14. Perfiles de Carpintería Metálica:  La carpintería metálica es una campo ocupacional mediante el cual se diseñan muebles y estructuras metálicas de cerramiento, también conocida como cerrajería, hace uso de perfiles de acero y aluminio para la producción de bienes para la construcción. Su desarrollo ha implicado la sustitución del uso de la madera, pues se puede desarrollar gran variedad de diseños, excelente acabado y resistencia a las deformaciones, pero es mucho mas costosa que la madera. Los Tubos de Carpintería Metálica y Muebles (también conocidos como Tubo Pulido), son de uso general en la Fabricación de Muebles, tales como escritorios, sillas, mesas, bancos, estanterías, etc., Trabajos de Herrería como marcos de puertas y ventanas, rejas y barandas, cerramiento de balcones, contenedores, cajas de volteo, refuerzos y como Correas, en aquellos casos en los cuales las exigencias de carga no son muy elevadas. Vienen en diferentes formas y espesores según el requerimiento de la persona que lo diseño . - Como materiales 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 : 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.

15. CERCHAS METALICAS Y MALLAS ESPACIALES Cerchas metálicas La Cercha es una estructura básica triangular compuesta por barras unidas mediante juntas o nodos. Cada cercha se diseña para soportar las cargas que actúan sobre su plano . Una cercha es un conjunto de piezas por lo general de forma triangular articuladas de tal modo que integran un sistema indeformable, preparado para transmitir a los apoyos toda la carga que recibe . Características Las cerchas metálicas se emplean para cubrir grandes luces. Son estructuras más livianas que las de madera y mucho más económicas . Se utiliza en los casos en que la separación entre los muros de apoyo superan la longitud máxima que proporciona el material . Las cerchas pueden ser de madera, metálicas o de hormigón armado. Partes de la Cerchas metálicas Edificaciones con cerchas Edificios industriales Pasarelas de acero Estadios Iglesias Puentes Puentes atirantados Puente en ménsula Puentes en vigas Puente de arco Puentes colgantes

16. Tipos de Cerchas metálicas Existen numerosas clasificaciones de las cerchas según su inventor o propagador: Pratt , Howe , Warren; y según su forma: dientesierra , tijera, tipo K.

17. Mallas espaciales Es un tipo de estructura espacial, capaz de conformar sistemas estructurales compuestos por elementos lineales unidos, de tal manera, que las fuerzas son transferidas de forma tridimensional . Macroscópicamente, una estructura espacial puede tomar forma plana o de superficie curva.

18. Tipos de Mallas espaciales Mallas espaciales planas : Cuerpos poliédricos sencillos, con elevada rigidez y mínimo número de aristas, vértices y caras. Deben su nombre a su característica principal, todas las capas que la componen están en el mismo plano o en paralelos . Mallas espaciales abovedadas: Combina cierto número de vigas en celosía dispuestas con sus cordones paralelos en el sentido de la longitud de bóveda, sostenidas por armaduras transversales .  Mallas esféricas (cúpulas): consiste en una malla curvada en todas las direcciones, obteniendo una estructura que igualmente puede estar formada por una o más capas

19. LOSACERO Es un sistema de entrepiso metálico que utiliza un perfil laminado diseñado para anclar perfectamente con el concreto y formar la losa de azotea o entrepiso. E s una lámina corrugada de acero galvanizado estructural, perfilada para que se produzca un efectivo ajuste mecánico con el concreto, gracias a las muescas especiales que además sustituyen el acero a la tracción de la placa. Ventajas : El galvanizado de la lámina le garantiza una larga vida útil en cualquier condición ambiental En la mayoría de los proyectos se elimina el uso de puntales, reduciendo costos de instalación Se obtienen placas más livianas ( 8 a 10 cm de espesor ) Se instala de forma rápida y limpia. Usos: El losacero encuentra sus aplicaciones más importantes en la realización de entrepisos para edificaciones, ampliaciones y mezzaninas , puentes, estacionamientos, techos para viviendas unifamiliares. Viga Losacero Malla electrosoldada Concreto

20. MEMBRANAS Una membrana es un elemento estructural o de cerramiento, bidimensional, sin rigidez flexional que soporta tensiones y esfuerzos normales. Se utiliza para cerramientos o cubiertas de cualquier tipo. Son formas arquitectónicas creadas a partir de membranas tensadas. La tensoestructura es un sistema de construcción basado en estructuras ligeras, usadas básicamente como coberturas. Estas estructuras logran una gran estabilidad combinando y equilibrando la fuerza de elementos rígidos (postes, arcos, etc.) con la versatilidad y adaptabilidad de elementos flexibles (lonas y cables ). Para definir la geometría de la membrana -lo cual no puede hacerse con precisión antes del análisis- se establece inicialmente la "forma de equilibrio natural", un sistema compuesto solamente de fuerzas de tensión, y después se analiza la estructura bajo varios casos de carga, utilizando software especializado en un modelo tridimensional que permite incluir cables, postes y vigas.

21. Características Se elabora con textiles, postes y cables tensionados.  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. cualidades técnicas y estéticas Permiten ilimitadas posibilidades de diseño. Se pueden instalar en todos los climas. Producen ahorros en cimentación y estructura porque son muy livianas. Son de larga duración y fácil mantenimiento. 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. Permiten ahorros de energía en iluminación y climatización.

22. CONCRETO ARMADO Es la técnica constructiva del hormigón 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. Es la facilidad con la cual pueden mezclarse los ingredientes y la mezcla resultante puede manejarse, transportarse y colocarse con poca pérdida de la homogeneidad. El concreto debe ser capaz de resistir la intemperie, acción de productos químicos y desgastes, a los cuales estará sometido en el servicio  Es una importante propiedad del concreto que puede mejorarse, con frecuencia, reduciendo la cantidad de agua en la mezcla. Por lo general se determina por la resistencia final de una probeta en compresión. Como el concreto suele aumentar su resistencia en un periodo largo, la resistencia a la compresión a los 28 días es la medida más común de esta propiedad.

23. Características El Hormigón se encarga de soportar los esfuerzos a compresión, mientras que el acero lo hace con la tracción, ambos materiales tienen una relación de complementariedad mecánica. Esta "simbiosis" de los materiales, es la idea fundamental en que se basa la filosofía del hormigón armado. Casi Uniformidad de Coeficientes de Dilatación Térmica: Esta cualidad ( con un valor de alrededor de 11.0 x 10 - 6 C -1 para el acero y de 10.8 x 10 -6 C - 1 para el concreto) 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 . La adherencia que se desarrolla entre las varillas de acero y el concreto: Si no existiera la adherencia, las varillas saldrían disparadas con una aceleración proporcional a las fuerzas de tensión inducido por las diferentes solicitaciones al material. Este fenómeno se produce gracias a la fricción entre las corrugaciones de las varillas de acero y los áridos que componen el concreto. Esto permite que ambos materiales se comporten como uno sólo

24. El confinamiento del concreto por el refuerzo transversal: 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 núcleo. Muchos investigadores ( Richart , Iyengar , Bertero , Felippa y otros) han demostrado bajo distintos modelos que este confinamiento mejora considerablente las características de esfuerzo deformación del concreto para grandes deformaciones del concreto . El 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. No colabora directamente al confinamiento del núcleo, ya que el desconchamiento se produce generalmente cuando el concreto alcanza la resistencia de confinación , pero si ayuda en el desarrollo de la adherencia. 

25. PORTICOS Un pórtico es un espacio arquitectónico conformado por una galería de columnas adosada a un edificio, abierta al aire libre, y situado generalmente ante su acceso principal.  Elemento conformado por la conjugación de columnas y vigas. El sistema estructural de pórticos permite una gran libertad en los espacios, ya que las columnas están aisladas en sentido longitudinal. Los pórticos funcionan como estructuras planas ya que las acciones, reacciones luces y deformaciones se dan en un mismo plano.

26. MUROS PORTANTES Se denomina muro de carga o muro portante a las paredes de una edificación que soportan otros elementos estructurales del edificio, como arcos, bóvedas, vigas o viguetas de forjados o de la cubierta. En este sistemas tipo cajón la cargas gravitacionales se transmite a la fundación mediante de fuerzas axiales en los muros . Materiales Este muro, es la pared maestra y debe estar construida con materiales resistentes a la fuerza. Los materiales pueden ser: bloques de hormigón armado, ladrillo macizo, madera, entre otros Función y características  La función de los muros de carga es transmitir las cargas al terreno, es necesario que estos muros estén dotados de cimentación, un ensanchamiento del muro en contacto con el terreno que evita que el muro se clave en el terreno. La cimentación de los muros de carga adopta la forma de zapata lineal. Los muros son superficies continuas pero es necesario que existan puertas para comunicar los espacio y ventanas para iluminar y ventilar, par esto se deben utilizar dinteles.

27. LA MADERA COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL 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. ventajas 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. desventajas Es porosa, deformable por incidencia de la humedad, puede ser atacada por insectos y moho, y es combustible. Pero todas estas desventajas son subsanadas por tratamientos específicos que se le aplican en forma industrial, según el uso que se le vaya a dar.

28. Tronco macizo: se utilizan directamente los troncos enteros o cortados en forma de tablones. El “entramado ligero” es el sistema más habitual y práctico, ya que reduce notablemente el tiempo de construcción. El sistema de entramado soporta cualquier diseño y tamaño de construcción lo que, unido a las ventajas propias de la madera, lo convierte en una excelente alternativa frente a los sistemas constructivos más tradicionales. 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. Tipos de sistemas constructivos en madera Los sistemas constructivos en madera son, básicamente, de dos tipos: de “tronco macizo” o de “entramado ligero”. 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.

29. GRACIAS POR SU ANTENCIÓN