C1 INTRODUCCIÓN CAP1 SISTEMAS ESTRUCTURALES.pdf

CURSO: ESTRUCTURACIÓN, PREDIMENSIONAMIENTO Y
ANÁLISIS DE EDIFICIOS
ING. CHRISTIAN ASMAT GARAYCOCHEA
CHRISTIAN ASMAT GARAYCOCHEA
MAGÍSTER EN INGENIERÍA CIVIL – ESTRUCTURAS
GERENTE GENERAL – AGER INGENIERÍA ESTRUCTURAL
PROFESOR CONTRATADO - PUCP
EMAIL: christian.asmat@agereng.com
christian.asmat@pucp.edu.pe
CURSO:
ESTRUCTURACIÓN, PREDIMENSIONAMIENTO
Y ANÁLISIS DE EDIFICIOS

INTRODUCCIÓN
CURSO: ESTRUCTURACIÓN, PREDIMENSIONAMIENTO Y ANÁLISIS
DE EDIFICIOS
BIBLIOGRAFÍA
1.- Allen, E.; Iano, J. (2014) Fundamentals of Building Construction. Materials and Methods. Sexta
edición. Editorial John Wiley & Sons, Inc.
2.- Blanco, A. (1994) Estructuración y Diseño de Edificaciones de Concreto Armado. Editorial del
Colegio de Ingenieros del Perú.
3.- Mainstone, R. (2001) Developments in structural form. Routledge.
4.- Engel, H.; Rapson, R. (1999) Tragsysteme = Structure systems.
5.- Charleson, Andrew. (2008) Seismic Design for Architects.
6.- RNE (2007) Reglamento Nacional de Edificaciones. Lima.
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INTRODUCCIÓN
DE EDIFICIOS
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INTRODUCCIÓN
DE EDIFICIOS
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INTRODUCCIÓN
DE EDIFICIOS
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CONCEPTO: ESTRUCTURACIÓN Y
PREDIMENSIONAMIENTO
IDEALIZACIÓN Y MODELAMIENTO
CÁLCULO DE FUERZAS INTERNAS Y
DESPLAZAMIENTOS
CÁLCULO DE RESISTENCIA
CÁLCULO DE REFUERZO
ELABORACIÓN DE PLANOS Y DETALLES

INTRODUCCIÓN
DE EDIFICIOS
INTUICIÓN Y
EXPERIENCIA
COMPORTAMIENTO
DE MATERIALES
FUERZAS EXTERNAS Y
FUERZAS INTERNAS
¡ INGENIERÍA ESTRUCTURAL !
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INTRODUCCIÓN
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• Cumplir con los fines del proyecto.
• Lograr sostenibilidad durante la vida útil de la
estructura.
FUNCIONALIDAD
• Buen desempeño con cargas de gravedad y cargas de
sismo, viento, nieve, presión, empujes, etc.
SEGURIDAD
• Manejo adecuado de los recursos para reducir los
costos.
• Oferta y demanda.
ECONOMÍA
• Agradable a la vista y en armonía con el entorno.
• Ergonomía en la distribución de espacios.
ESTÉTICA
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INTRODUCCIÓN
DE EDIFICIOS
«…el proyectar, aun cuando sólo sean estructuras, si bien tiene
mucho de ciencia y de técnica, tiene mucho más de arte, de
sentido común […] a la que el cálculo sólo añadirá los últimos
toques con el espaldarazo de su garantía estático – resistente.»
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FUENTE: Razón y ser de los tipos estructurales.
Eduardo Torroja

INTRODUCCIÓN
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Forma y espacio arquitectónico
Selección de sistema estructural
Naturaleza y magnitud de las cargas
Uso o función de la edificación
Condiciones de sitio
Integración de los sistemas
Variable constructivas
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CAPÍTULO 1: SISTEMAS ESTRUCTURALES
DE EDIFICIOS
CONTENIDO
CAP1: SISTEMAS ESTRUCTURALES
CAP2: CONDICIONES SÍSMICAS
CAP3: CONFIGURACIONES ESTRUCTURALES EN EDIFICACIONES
CAP4: ESTRUCTURACIÓN Y PREDIMENSIONAMIENTO
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SISTEMAS ESTRUCTURALES
o CIMENTACIONES
o PÓRTICOS: COLUMNAS, VIGAS, MUROS, ARRIOSTRES
o TECHOS: LOSAS NERVADAS Y LOSAS MACIZAS
o ELEMENTOS PRESFORZADOS
o ESTRUCTURAS ESPECIALES

DE EDIFICIOS
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Son los elementos de cimentación más comunes en las edificaciones. El área en planta de la zapata
es mayor al área de la sección de la columna pues se requiere reducir el esfuerzo actuante. Esto se
debe a que el terreno tiene una resistencia mucho menor al material de la columna.
ZAPATAS

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Generalmente sus volados son de igual medida.
ZAPATAS

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Si dos o más zapatas se traslapan en planta, se forman zapatas combinadas, las cuales pueden mostrar
mayor estabilidad pero mayor esfuerzo en la superficie superior.
ZAPATAS COMBINADAS

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ZAPATAS COMBINADAS

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Si la columna transmite un momento
flector muy grande, la zapata se puede
conectar a otra zapata mediante una viga
de cimentación con el objetivo de generar
mayor estabilidad al volteo.
ZAPATAS CONECTADAS

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Son aquellos que cimentan los muros o placas. El volado suele ser menor al de las zapatas debido a que
el largo, del muro y del cimiento, es mucho mayor.
CIMIENTOS CORRIDOS

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Si sólo hay muros en una dirección, los cimientos corridos podrían requerir grandes volados para lograr la
estabilidad.
CIMIENTOS CORRIDOS

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Los cimientos también se pueden combinar y conectar con otras zapatas.
CIMIENTOS CORRIDOS

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Es empleada cuando se requiere gran parte o la totalidad del área del terreno para mantener los esfuerzos
actuantes por debajo de la resistencia del terreno.
PLATEAS DE CIMENTACIÓN

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Es muy empleado en edificaciones altas, en estructuras muy pesadas y/o cuando el terreno tiene muy poca
capacidad.
PLATEAS DE CIMENTACIÓN

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Se requieren cimentaciones profundas cuando es
necesario transmitir las cargas actuantes a un
estrato de suelo más resistente.
PILOTES

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Pueden ser hincados o vaciados in situ, dependiendo de la esbeltez del pilote.
PILOTES

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Pueden ser hincados o vaciados in situ, dependiendo de la esbeltez del pilote.
PILOTES

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Durante el proceso de excavación
para una edificación, surge la
necesidad de controlar el empuje
del terreno mediante un sistema
de sostenimiento, el cual por lo
general es provisional.
SOSTENIMIENTO EN EXCAVACIONES

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Existen principalmente tres sistemas: calzaduras, muros anclados y muros Milán.

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Son empleados para retener el terreno en el caso de un desnivel, ya sea muros en volado (p.e. al lado de una
carretera en la sierra) o muros de sótanos.
MUROS DE CONTENCIÓN

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Video: https://www.youtube.com/watch?v=4lMgmnVplyI

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En muros en volado, el empuje de la tierra se
presenta de forma triangular, con valor máximo
en la base.
En muros de sótanos, el empuje de la tierra se
presenta de forma uniforme.

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Los muros en volado deben ser
verificados por su estabilidad
frente al deslizamiento y al volteo.
Su comportamiento es similar a
una losa larga.

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Las arenas menos densas
presentan menor estabilidad, por
lo que generan mayores
empujes.
La cohesión permite
reducir la presión sobre los
muros de contención.

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o CIMENTACIONES

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Elementos esbeltos (longitud mayor que la sección) que conforman pórticos o
marcos flexibles principalmente para edificaciones. Las columnas soportan fuerzas
axiales, momento flector y fuerza cortante. Las vigas soportan principalmente
momento flector y fuerza cortante.
COLUMNAS Y VIGAS
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FUENTE: Tragsysteme - Structure Systems.
Heino Engel & Ralph Rapson

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Los sistemas prefabricados (tanto concreto como acero) reúnen virtudes esenciales para cumplir solicitudes
modernas en construcción.
COLUMNAS Y VIGAS

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Video: https://www.youtube.com/watch?v=0MulUSkKqIU

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Video: https://www.youtube.com/watch?v=c2XXZJGLbrA

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Video: https://www.youtube.com/watch?v=n3GYN6Dha-Y&t=133s

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Concreto armado: Los nudos son monolíticos y transmiten momento flector desde las vigas a las
columnas. Acero: Generalmente las vigas no transmiten momento flector en los nudos, por lo que se
asumen articuladas.
COLUMNAS Y VIGAS

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Concreto prefabricado o Acero: Para asumir nudos rígidos, es necesario garantizar la transmisión de los
momentos flectores y que los giros sean compartidos en el nudo.
COLUMNAS Y VIGAS

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Concreto prefabricado o Acero: Para asumir nudos rígidos, es necesario garantizar la transmisión de los
momentos flectores y que los giros sean compartidos en el nudo.
COLUMNAS Y VIGAS

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Las diversas formas de las vigas buscan optimizar el material, de tal manera que se tenga la mayor rigidez y
resistencia posibles empleando el menor volumen.

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El efecto de la CONTINUIDAD en las vigas les permite reducir el momento flector positivo, con lo que
también disminuye los esfuerzos actuantes y las deflexiones.

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Son elementos que aportan rigidez horizontal a la estructura. En zonas sísmicas, la flexibilidad de los
pórticos incrementan la sensación de movimiento, por lo que es necesario complementarlos con muros de
concreto o arriostres de acero.
MUROS Y ARRIOSTRES
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MUROS Y ARRIOSTRES

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Los muros de concreto armado trabajan bajo momento flector, fuerza cortante y fuerza axial,
generándose esfuerzos normales y de corte. Las grandes compresiones pueden producir pandeo, lo cual
debe ser previsto en el diseño.
Para evitar el pandeo, se limitan las relaciones altura-espesor y longitud-espesor y/o se emplean elementos
de confinamiento en los extremos
MUROS Y ARRIOSTRES

DE EDIFICIOS
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El sistema de albañilería es también muy
usado en la construcción. Es
descendiente de la construcción con
tierra (adobe y tapial).
Los muros son los elementos verticales
que transmiten la carga desde el techo
hacia la cimentación. Se puede combinar
con pórticos.
Para que sea sismo resistente, se debe
considerar la albañilería reforzada, en
cualquiera de las dos formas:
- Albañilería confinada
- Albañilería armada
MUROS Y ARRIOSTRES

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Los muros estructurales de albañilería deben considerar sólo ladrillos sólidos (nunca pandereta) y
columnetas de amarre en los extremos. Se pueden emplear ladrillos pandereta para tabiques.
Ladrillo
King Kong
(“sólido”)
Ladrillo
pandereta
(tubular)
Ladrillo para techo
(tubular)
Bovedilla
(tubular)
Bloques sílico calcáreo
(alveolar)
Ladrillo
macizo
(sólido)
MUROS Y ARRIOSTRES

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Los muros estructurales de albañilería deben considerar sólo ladrillos sólidos (nunca pandereta) y
columnetas de amarre en los extremos. Se pueden emplear ladrillos pandereta para tabiques.
MUROS Y ARRIOSTRES

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MALAS CONSTRUCCIONES

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MALAS CONSTRUCCIONES

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SIEMPRE CUIDADO CON LOS
MUROS DE DUCTILIDAD
LIMITADA (MDL)

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Los arriostres metálicos trabajan bajo fuerza axial, presentando esfuerzos normales. Las grandes
compresiones pueden producir pandeo, lo cual debe ser previsto en el diseño.
En el análisis sísmico, para cada sentido de la carga, se pueden considerar sólo aquellos arriostres
tensionados y se asume que el resto se pandean.
MUROS Y ARRIOSTRES

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o CIMENTACIONES

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Consiste en un conjunto de nervios (viguetas) en una o dos direcciones, unidas por una losita. La losita
transmite las cargas a los nervios, los cuales la transmiten al perímetro.
LOSAS NERVADAS
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LOSAS NERVADAS

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La losa nervada más conocida y más empleada en nuestro país es la losa aligerada. Permiten cubrir
luces de hasta 7m~8m aproximadamente. De ellas, la geometría más común es la siguiente:
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LOSAS NERVADAS

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Existen diferentes alternativas en las losas aligeradas, como la de viguetas pretensadas o las prefabricadas
con tralicho. Además, en ciertos casos, es posible emplear Tecnopor como relleno liviano.
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LOSAS NERVADAS

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Las losas nervadas permiten cubrir áreas muy amplias (8m~12m) con menores deflexiones pues los nervios
actúan como vigas paralelas con buena rigidez.
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LOSAS NERVADAS

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LOSAS NERVADAS

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LOSAS NERVADAS

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Se pueden usar viguetas prefabricadas que agilizan el trabajo en obra.
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LOSAS NERVADAS

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LOSAS NERVADAS

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Se pueden usar elementos de relleno, como ladrillos o bloques de poliestireno, que se cubrirán con el
tarrajeo. Sin embargo, la unión entre tarrajeo y poliestireno puede generar fisuras.
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LOSAS NERVADAS

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Cuando no se desea elementos de
relleno, se genera un gran problema
en la construcción: el encofrado.
Requiere moldes que luego deberán
ser reusados en el resto de paños.
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LOSAS NERVADAS

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Elementos planos sin nervios; generalmente de concreto armado. Permiten reducir costos de encofrado y
agilizar la construcción. Muy empleado en edificios altos.
LOSAS MACIZAS
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Cubren luces pequeñas o intermedias con espesores menores y cubren grandes luces pero con espesores
mucho mayores. Por ello se recomienda emplearlas para paños entre 6m y 9m, y cuando se prioriza el tiempo.
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LOSAS MACIZAS

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Su deformación depende de la
continuidad que tenga en el
perímetro del paño. Se
pueden analizar como bandas
o vigas chatas.
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LOSAS MACIZAS

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También es posible emplear elementos prefabricados planos para reducir tiempo y costo de obra.
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LOSAS MACIZAS

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LOSAS MACIZAS

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LOSAS MACIZAS

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Se pueden emplear prelosas
con tralichos para agilizar el
proceso de construcción de
losas macizas.

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Para el caso de estructuras metálicas, se emplea
una plancha ondulada en la parte inferior como
encofrado y como refuerzo mismo de la losa.
De esta manera se conforma la losa compuesta
con plancha colaborante.
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LOSAS MACIZAS

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o CIMENTACIONES

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¿EN QUÉ CONSISTE EL CONCRETO PREFABRICADO?
• Elementos independientes.
• Uniones no monolíticas.
• Transmisión “artificial” de fuerzas internas.
• Ausencia de mecanismo de trabazón
interna del concreto.
• Juntas naturales entre elementos.
• Susceptibles a colapso progresivo.

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Diseño
estructural
Diseño
arquitectónico
Izaje y ensamblaje
Manufactura
Detalles

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Diseño
estructural
Diseño
arquitectónico
Izaje y ensamblaje
Manufactura
Detalles

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Diseño
estructural
Diseño
arquitectónico
Izaje y ensamblaje
Manufactura
Detalles
Servicios integrados
Detalles de
instalaciones y
fachada
Zonas estructurales y
fachada
Estabilidad temporal
Programación y
coordinación de obra

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Mayor calidad controlada.
Elementos de fácil ensamblaje y rápida instalación.
Menos tiempo de construcción.
Número reducido de trabajadores en obra.
Menor desperdicio de obra.

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Para la acción sísmica sí se debe establecer claramente cuál es el sistema sismo resistente de la edificación
para evitar la responsabilidad sísmica de las uniones.

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Consiste en someter al elemento a una fuerza previa, antes de la aplicación de las cargas, para evitar los
esfuerzos que el elemento no puede resistir.
ELEMENTOS PRESFORZADOS
aro rayos
fuerzas de
presforzado en
los rayos
Reacción del
terreno
tracción debida a
la carga
compresión debida a la
carga
tracción
resultante
tracción
resultante

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Generalmente son vigas, viguetas o losas de concreto empleadas para cubrir grandes luces, como puentes
o grandes techos. Para estos casos resultan una solución más económica.

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Los elementos pretensados incluyen cables que son tensionados antes del vaciado del concreto. Estos
cables se cortan y, en su intento por regresar a su longitud original, comprimen al elemento, reduciendo o
anulando los esfuerzos de tracción.

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Video: https://youtu.be/DMt4hi32r3M

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Los elementos postensados incluyen cables que son tensionados después del vaciado del concreto. Estos
cables se anclan, se cortan y, en su intento por regresar a su longitud original, comprimen al elemento,
reduciendo o anulando los esfuerzos de tracción.

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Video: https://www.youtube.com/watch?v=bisr_3RWBs4&t=2s

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La forma de sus secciones se basan en tener menor área pero mayor momento de inercia. De esta forma
se optimiza el material.

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También tiene aplicaciones en losas macizas y en losas nervadas, logrando en este último la mayor
capacidad para cubrir grandes espacios.

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Es muy importante considerar el proceso constructivo, tanto la fabricación de los elementos pretensados
como la ejecución de los elementos postensados.

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Los cables de presforzado son muy frágiles, por lo que los elementos presforzados no deben participar en
la responsabilidad sísmica del edificio.
Es por ese motivo por el cual se suele combinar refuerzo
activo (cables tensados) para cubrir las solicitaciones de
gravedad, con refuerzo pasivo (barras corrugadas) para
cubrir las solicitaciones sísmicas.

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o CIMENTACIONES

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EDIFICIOS ALTOS - RASCACIELOS

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AISLADORES SÍSMICOS
SEISMIC ISOLATORS
SEISMIC BASE ISOLATION

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SISTEMAS DE PROTECCIÓN SÍSMICA

DE EDIFICIOS
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Video: https://www.youtube.com/watch?v=Eo1pFS0-hao

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Hospital Moquegua Hospital Cerro de Pasco Hospital Rioja
Hospital San Martín INEN
Hospital de la Policia
Nacional del Perú

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Biblioteca Central UNI Biblioteca UPC
Pabellón de Ciencias de
Salud UPC
Edificio UTEC Aulario y CIA PUCP Ciencias Sociales PUCP

DE EDIFICIOS
241
Nueva sede GyM
Gobierno Regional de
Moquegua
Edificio Atlantik Ocean
Residencial Madre Edificio Paseo Colonial

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AMORTIGUADORES DE FLUIDO VISCOSO
VISCOUS FLUID DAMPERS (VFD)

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DE EDIFICIOS
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DE EDIFICIOS
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Edificio Gerpal Edificio Seguros Pacífico Edificio T-Tower
Edificio Nueva Sede
SUNAT
Edificio Banco de la
Nación
CE Panorama Plaza

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(R) Torre de control –
Aeropuerto Jorge Chavez
(R) Hotel Costa del Sol
CC Plaza San Miguel CC El Quinde de Ica

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