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SISTEMAS ESTRUCTURALES
- 1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION SUPERIOR I.U.P. SANTIAGO MARIÑO ARQUITECTURA PROYECTO DE ESTRUCTURAS. BACHILLER: Ruiz Eliannis. C.I 24.109.448.
- 2. II INTRODUCCIÓN Los sistemas estructurales a lo largo del tiempo han logrado servir como guía para la composición de una estructura, la cuál permitirá la estabilidad de una edificación o construcción. Existen diferentes métodos y maneras de emplearlos, cada una con ciertos beneficios, dependiendo de los materiales a disposición y de lo que se quiera lograr. Por esta razón, en el siguiente trabajo daré a conocer los diferentes sistemas estructurales, como están compuestos, que beneficios y desventajas poseen, además de otros elementos relacionados a ellos.
- 3. III INTRODUCCION. SISTEMAS ESTRUCTURALES. ............................................................................................IV Características de los sistemas estructurales.....................................................................IV TIPOS DE SISTEMAS ESTRUCTURALES...............................................................................IV Muros de carga:..............................................................................................................IV Sistema Dual o Mixto:.....................................................................................................VI Sistema Aporticado:.......................................................................................................VII Sistema Arco, Bóveda y Cúpula:.....................................................................................VIII PERFILES METÁLICOS ESTRUCTURALES Y DE CARPINTERÍA METÁLICA. ............................... IX CERCHAS METALICAS Y MALLAS ESPACIALES. ...................................................................XI LOSACERO..................................................................................................................... XII CONCLUSIONES ............................................................................................................XIV BIBLIOGRAFIA................................................................................................................XV
- 4. IV SISTEMAS ESTRUCTURALES. Son las estructuras compuestas de varios miembros, que soportan las edificaciones y tienen además la función de soportar las cargas que actúan sobre ellas transmitiéndolas al suelo. Características de los sistemas estructurales. • Funciones estructurales específicas como: resistencia a la compresión tensión, para cubrir claros horizontales o verticales, entre otras. • Forma geométrica u orientación. • Materiales de los elementos. • Forma de unión de los elementos. • Forma de apoyo de la estructura. • Cargas o fuerzas que soporta la estructura. • Condiciones de uso, función, formay escala. • Limitaciones de forma y escala TIPOS DE SISTEMAS ESTRUCTURALES. Muros de carga: son estructuras que están sujetos a compresión ya que su función principal es soportar cargas, es decir, otros elementos de la construcción como son las vigas, cubiertas, bóvedas, entre otras. Se conocen también como muros portantes y el espesor del muro se relaciona directamente con el peso que soportan y la fatiga de trabajo de sus componentes. Los materiales para construir un muro de carga son: piedra, ladrillos, concreto armado, tabique de barro, de cemento, piedra artificial, block de cemento, hueco y adobe. Características: 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, entre otros. Para lograr la resistencia necesaria se debe tener en cuenta, el espesor del muro, la calidad de los materiales
- 5. V con que se construye, la altura y el tipo de carga que soportará. Los muros de carga reciben y transmiten las cargas de forma lineal. De acuerdo al material con que son construidos, pueden ser de hormigón armado, piedras naturales, ladrillos de barro y bloques de mortero. Estos últimos son los más usados, debido al alto costo de los de hormigón, y las piedras están en desuso. Cuando los muros de carga se construyen de ladrillos, tienen espesores del largo de un ladrillo (citarón), 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 será de 0,20 m que es el ancho estándar de un bloque. Tanto en un caso como en el otro, los elementos se unen entre sí con una mezcla aglutinante de cemento, arena y recebo, o de cemento, cal y arena, o de cemento y arena. 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
- 6. VI 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. Sistema Dual o Mixto: Es un sistema estructural que tiene un pórtico espacial resistente a momentos y sin diagonales, combinando con muros estructurales o pórticos 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. Además, es si está muy bien planteado pese a los requisitos ya que no responde a la flexión o pandeo y el esfuerzo a compresión es directo y puntual son muy rígidos. Así mismo, este trabaja muy bien al momento delos volados o salidas que intervienen ya que combinamos dos sistemas. Características: • Este sistema se utiliza cuando en el edificio se tendrán fuerzas de distintos tipos: por 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: • 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.
- 7. VII • 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. Sistema 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. 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 (x e y). Ventajas: • El sistema porticado 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 • Sistema porticado posee la versatilidad que se logra en los espacios y que implica el uso del ladrillo. "La gente sigue queriendo el ladrillo", se comenta, y se añade que este material aísla más el ruido de un espacio a otro.
- 8. VIII • 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. Desventajas: • Este tipo de construcción húmeda es lenta, pesada y por consiguiente más cara. Obliga a realizar marcha y contramarcha en los trabajos. Ejemplo. Se construye la pared y luego se pica parte del muro para hacer las regatas de las tuberías) • 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. Sistema Arco, Bóveda y Cúpula: El concepto básico del arco es tener una estructura para cubrir claros, mediante el uso de compresión interna solamente. El perfil del arco “puro” puede ser derivado geométricamente de las condiciones de carga y soporte. Para un arco de un solo claro que no está fijo en la forma de resistencia a momento, con apoyos en el mismo nivel y con una carga uniformemente distribuida sobre bdo 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. 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
- 9. IX cascaron como relleno). Actualmente el concreto preforzado es el material más obvio para las formas de cascarón. 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. 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. PERFILES METÁLICOS ESTRUCTURALES Y DE CARPINTERÍA METÁLICA. Perfiles metálicos estructurales: Las Estructuras Metálicas constituyen un sistema constructivo muy difundido en varios países, cuyo empleo suele crecer en función de la industrialización alcanzada en la región o país donde se utiliza. Se lo elige por sus ventajas en plazos de obra, relación coste de mano de obra – coste de materiales, financiación, entre otros. De
- 10. X esta forma, las estructuras metálicas 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 tipos de perfil de acero estructural más comunes son: • 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: El perfil tipo U o canal como su nombre lo indica es en forma de canal o C, 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: La tubería hueca circular de acero se utiliza preferiblemente para columnas. • Tubo de acero cuadrado sección hueca: Estas secciones cuadradas o rectangulares 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, Entre otros), así como cualquier otra aplicación donde donde el tamaño no es estándar y son medidas muy específicas. • 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. Carpintería metálica: se denomina al taller, al oficio y al producto elaborado del carpintero que emplea metales para la fabricación de muebles, puertas, ventanas, accesorios, entre otros. 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
- 11. XI gama de productos orientada al cerramiento integral de la vivienda: puertas, ventanas, persianas laminadas, extrusionadas, de seguridad, cajones de registro laminados, extrusionados, y de rotura de puente térmico, contraventanas de lamas orientables, mosquiteras, accesorios de accionamiento, rejas de hierro y forjado artístico, entre otros. 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. CERCHAS METALICAS Y MALLAS ESPACIALES. Cerchas Metálicas: La cercha es uno de los principales tipos de estructuras empleadas en ingeniería. Proporciona una solución práctica y económica a muchas situaciones de ingeniería, especialmente en el diseño de puentes y edificios. Una armadura consta de barras rectas unidas mediante juntas o nodos Los elementos de una cercha se unen sólo en los extremos por medio de pasadores sin fricción para formar armazón rígida; por lo tanto ningún elemento continúa más allá de un nodo. Cada cercha se diseña para que soporte las cargas que actúan 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 (tracción o compresión). En un sistema estructural conformado por cerchas, se dispone de un sistema de arriostramiento lateral a fin de contrarrestar el desplazamiento longitudinal de la edificación debido a las fuerzas transversales. Una cercha esta formada por los siguientes elementos: • Los miembros de arriba cordónsuperior. • Los miembros de abajo cordón inferior.
- 12. XII • Diagonales. • Verticales Montantes o pendolones dependiendo del tipo de esfuerzo. De acuerdo con la forma de crear la configuración de una cercha, se clasifican en simples, compuestas y complejas. Cercha simple: Una cercha rígida plana puede formarse simple partiendo de tres barras unidas por nodos en sus extremos formando un triángulo y luego extendiendo dos nuevas barras por cada nuevo nodo o unión. Cercha compuesta: Si dos o más cerchas simples se unen para formar un cuerpo rígido, la cercha así formada se denomina cercha compuesta. Una cercha simple pude unirse rígidamente a otra en ciertos nodos por medio de tres vínculos no paralelos ni concurrentes o por medio de un tipo equivalente de unión. 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. 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. 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. Es una lámina corrugada de acero galvanizado estructural, perfilada para que se produzca un
- 13. XIII efectivo ajuste mecánico con el concreto, gracias a las muescas especiales que además sustituyen el acero a la tracción de la placa. Usos:El losacero encuentra sus aplicaciones más importantes en la realización de entrepisos para edificaciones, ampliaciones y mezzaninas, puentes, estacionamientos, techos para viviendas unifamiliares. 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.
- 14. XIV CONCLUSIONES Las soluciones estructurales que se adopten en un proyecto están sujetas a las restricciones que existen con las interacciones de otros aspectos del proyecto, como el arquitectónico, instalaciones sanitarias, entre otros. La adecuada selección del sistema estructural también depende de la altura del edificio, riesgo sísmico que exista en el área, capacidad portante del suelo, entre otros; por lo cual deben evaluarse todos los aspectos y de este modo proceder al diseño más óptimo para el proyecto.