Sistemas estructurales

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.

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:
FORMA
MATERIALES
DIMENSIONES
DE
ELEMENTOS
CARGAS
Las 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.

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
o 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.
o En los sistemas tipo cajón, las cargas
gravitacionales se transmiten a la fundación
mediante fuerzas axiales en los muros.
o 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
o Paredes y Losas de 10 a 18 cm de espesor.
o Tuberías y ductos embutidos en el concreto.
o Refuerzo metálico por mallas electrosoldadas.
o Para construir vanos y aberturas para
carpintería, se instalan pre marcos metálicos.
o Las escaleras de concreto se moldean
posteriormente al vaciado de la estructura.

Ventajas
o Aceleración de los tiempos de construcción
o Menor costo
o Acabado de mejor calidad en la superficie de las
paredes de hormigón
o Mejor resistencia sísmica y al viento
o Excelente sistema a prueba de sonido
o Paredes y losas monolíticas
o Mínimo encofrado necesario
o El encofrado de paredes y losas puede
reutilizarse
Desventajas
o 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.
o 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.
o 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.

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
o Es el sistema de construcción más difundido en nuestro
país.
o Basa su éxito en la solidez, la nobleza y la durabilidad.
o 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).
o Se recomienda para edificaciones desde 4 pisos a más.
o Los muros o tabiquería divisorios son movibles.
o Antisísmicos (buena resistencia a la vibración).
o A luces más largas puede resistir cargas mayores.
o Las instalaciones hidro-sanitarias y eléctricas pueden ser
ubicadas entre las viguetas.

Ventajas
o Permite mas distribuciones en los espacios
internos del edificio.
o Son estructuras muy flexibles que atraen
pequeñas solicitaciones sísmicas.
o Disipan grandes cantidades de energía gracias a
la ductilidad que poseen los elementos y la gran
hiperestaticidad del sistema.
Desventajas
o 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.
o Generalmente, los pórticos son estructuras flexibles y
su diseño es dominado por desplazamientos laterales
para edificaciones con alturas superiores a 4 pisos.
o Este tipo de construcción húmeda es lenta, pesada y
por consiguiente más cara.

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
Este sistema se
utiliza cuando se
tendrán fuerzas de
distintos tipos en el
edificio, como
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
o 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.
o Se puede obtener ventajas en cuanto a su
distribución de espacios internos.
o 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
o 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.

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.

Ventajas
o 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
o 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
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.

Perfiles metálicos estructurales
o Perfil HEB: Es un perfil muy usado en construcción, se utiliza para columnas,
pilotes, vigas, refuerzo y otros usos de gran resistencia.
o Perfil tipo U o Canal se utiliza para vigas y columnas que se unen y sueldan,
en usos de rendimiento medio.
o Perfil angular o ángulos puede ser de lados iguales o desiguales, se utiliza en
dinteles, columnas, vigas de rendimiento, estructuras secundarias.
o Tubo de Acero circular se utiliza preferiblemente para columnas.
o 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.
o 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.
o 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.

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.

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
o Las cerchas metálicas se emplean para cubrir
grandes luces.
o Son estructuras más livianas que las de madera y
mucho más económicas.
o Se utiliza en los casos en que la separación entre
los muros de apoyo superan la longitud máxima
que proporciona el material .
o Las cerchas pueden ser de madera, metálicas o
de hormigón armado.
Partes de la Cerchas metálicas
Edificaciones con cerchas
o Edificios industriales
o Pasarelas de acero
o Estadios
o Iglesias
o Puentes
Puentes atirantados
Puente en ménsula
Puentes en vigas
Puente de arco
Puentes colgantes

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.

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.
Las fuerzas exteriores
sólo se aplican en los
nudos
Las barras de las
mallas espaciales
funcionan trabajando
a tracción o a
compresión, pero no
a flexión
sus elementos son
prefabricados y no
precisan para el
montaje de medios de
unión distintos de los
puramente mecánicos
CARACTERISTICAS

Tipos de Mallas espaciales
o 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.
o 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.
o 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 efectivo ajuste mecánico
con el concreto, gracias a las muescas especiales que además
sustituyen el acero a la tracción de la placa.
Ventajas:
o El galvanizado de la lámina le garantiza una larga vida útil en cualquier
condición ambiental
o En la mayoría de los proyectos se elimina el uso de puntales, reduciendo
costos de instalación
o Se obtienen placas más livianas ( 8 a 10 cm de espesor )
o 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

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.

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
o Permiten ilimitadas posibilidades de diseño.
o Se pueden instalar en todos los climas.
o Producen ahorros en cimentación y estructura porque son
muy livianas.
o Son de larga duración y fácil mantenimiento.
o No se manchan fácilmente.
o La iluminación interna genera reflejos nocturnos muy
especiales.
o Son translúcidas.
o Evitan que pase el calor y mantienen. ambientes
confortables en clima cálido.
o Permiten ahorros de energía en iluminación y climatización.

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.
PROPIEDADES
Trabajabilidad
Durabilidad
Impermeabilidad
Resistencia
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.

Características
o 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.
o 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.
o 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

o 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.
o 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.

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.

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.

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.

o Tronco macizo: se utilizan directamente los troncos enteros o cortados
en forma de tablones.
o 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 prefabricados, 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.

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