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Criterios Básicos de Planteamiento Estructural

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INDICE GENERAL

INDICE GENERAL ....................................................................................................... I INDICE DE FIGURAS ................................................................................................. IV INDICE DE TABLAS ................................................................................................... VI INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 1 CAPÍTULO I: CRITERIOS BÁSICOS DE PLANTEAMIENTO ESTRUCTURAL ......... 2

1. Sistema Estructural ...................................................................... 5

2. Requisitos Estructurales ............................................................... 7

2.1 Equilibrio ........................................................................................... 7

2.2 Resistencia ....................................................................................... 7

2.3 Economía .......................................................................................... 8

2.4 Geometría ......................................................................................... 9

2.5 Rigidez ............................................................................................ 10

2.6 Continuidad estructural ................................................................... 10

2.7 Peso ................................................................................................ 12

2.8 Materiales competentes .................................................................. 12

3. Tipos De Cargas Que Afectan Las Estructuras .......................... 13

4. Materiales Estructurales ............................................................. 17

4.1 clasificación de los materiales estructurales ................................... 18

4.2 características de los materiales estructurales ............................... 19

4.2.1 el concreto ....................................................................................................... 21

4.2.1.1 Comportamiento Del Concreto A Esfuerzo De Compresión Axial ............ 22

4.2.1.2 Plasticidad En El Concreto ....................................................................... 24

4.2.2 acero de refuerzo ............................................................................................ 26

4.2.2.1 Armaduría ................................................................................................. 28

4.2.3 acero ............................................................................................................. 31

4.2.3.1 propiedades del Acero .............................................................................. 34


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CAPÍTULO II: ELEMENTOS DE CIMENTACIÓN ..................................................... 36

5. Cimentaciones ........................................................................... 37

5.1. EL terreno de cimentación. ............................................................ 39

5.1.1 Comportamiento estructural del suelo. ............................................................. 39

5.1.2. Clasificación de tipos de suelo ........................................................................ 40

5.1.3. Soluciones para el mejoramiento de condiciones en suelos. .......................... 42

5.1.4. Estudios de suelo y su función ........................................................................ 43

Cimentaciones Profundas .............................................................. 45

5.2. Cimentaciones por pilotes .............................................................. 46

5.2.2. Pilotes de concreto prefabricado ..................................................................... 48

5.2.3. Pilotes de concreto armado ............................................................................. 49

5.2.4. Encepados ...................................................................................................... 51

5.2.6 Pilas de fundación o pozos .............................................................................. 52

5.2.7 Micro pilotes ..................................................................................................... 53

Cimentaciones Superficiales .......................................................... 56

5.3 cimentaciones por zapatas ............................................................. 57

5.3.1 Zapatas aisladas .............................................................................................. 58

5.3.2 Zapatas combinadas ........................................................................................ 59

5.3.3 Zapatas corridas o continuas ........................................................................... 60

5.4 Cimentaciones por soleras corridas ................................................ 61

5.5 Losa de cimentación ....................................................................... 64

5.6 Tensores ......................................................................................... 65

5.7 Cimiento ciclópeo ............................................................................ 66 CAPÍTULO III: ELEMENTOS VERTICALES ............................................................. 67

6.0 Paredes .................................................................................... 68

6.1 Elementos de una pared ................................................................. 71

6.1.1 Nervios ............................................................................................................. 72

6.1.2 Alacranes ......................................................................................................... 73


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6.1.3 Soleras intermedias .......................................................................................... 74

6.2 Sistemas constructivos y materiales de paredes ............................ 75

6.2.1 Mampostería confinada .................................................................................... 75

6.2.2 Mampostería Reforzada Interiormente ........................................ 77

6.2.3 Paredes de concreto reforzado .................................................... 79

6.2.4 Paredes de paneles reforzados. .................................................. 80

6.0 Columnas. ....................................................................................... 81

6.1 Dimensionamiento de las columnas para resistir cargas de gravedad ................ 83

6.2 Diseño estructural de columnas. ......................................................................... 85

6.2.1 Diseño de Columnas de concreto Reforzado .............................................. 86

6.2.2 Diseño de Columnas de acero .................................................................... 89 CAPÍTULO IV: ELEMENTOS HORIZONTALES ....................................................... 90

7. Vigas .......................................................................................... 91

7.1 Vigas de concreto reforzado ........................................................... 94

7.1.1 Fallas en vigas ................................................................................................. 95

7.1.2 refuerzo en vigas de concreto .......................................................................... 96

7.2 Vigas Metálicas ............................................................................... 99

7.3 Dimensionamiento de vigas .......................................................... 100

7.3.1 Dimensionamiento de vigas primarias ............................................................ 100

7.3.2 Dimensionamiento En Vigas Secundarias ..................................................... 101

7.3.3 Dimensionamiento en Vigas en Voladizo ....................................................... 102

8. Losas ........................................................................................ 103

8.1 Losas unidireccionales .................................................................. 105

8.2 Losas bidireccionales .................................................................... 107

8.3 Dimensionamiento de losas .......................................................... 109

8.3.1 Dimensionamiento de losas DENSAS armadas en una dirección.................. 109

8.3.2 Dimensionamiento de losas densas armadas en dos direcciones ............................................................................................................................ 110


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8.3.3 Dimensionamiento de losas aligeradas armadas en una dirección ............................................................................................................................ 110

8.3.4 Dimensionamiento de aligerados armados en dos direcciones . 112

8.3.5 Dimensionamiento de losas nervadas ....................................... 113

9. Estructura de cubierta .............................................................. 114

9.1 Cubiertas ........................................................................................................... 116

10.0 Escaleras ............................................................................. 119 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. ......................................................... 122 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................ 123

INDICE DE FIGURAS

FIGURA 1.ESQUEMA BÁSICO DE UNA ESTRUCTURA ............................................................................. 6 FIGURA 2. EQUILIBRIO ...................................................................................................................... 7 FIGURA 3. RESISTENCIA ................................................................................................................... 8 FIGURA 4. ECONOMÍA ....................................................................................................................... 9 FIGURA 5. GEOMETRIA ..................................................................................................................... 9 FIGURA 6. RÍGIDEZ ......................................................................................................................... 10 FIGURA 7. CONTINUIDAD ESTRUCTURAL .......................................................................................... 11 FIGURA 8. PESO ............................................................................................................................. 12 FIGURA 9. CARGAS DISTRIBUIDAS ................................................................................................... 14 FIGURA 10. CARGAS CONCENTRADAS ............................................................................................. 14 FIGURA 11.CARGAS AXIALES Y EXCÉNTRICAS .................................................................................. 15 FIGURA 12. COMPRESIÓN ............................................................................................................... 18 FIGURA 13. TENSIÓN ...................................................................................................................... 18 FIGURA 14. FLEXIÓN ...................................................................................................................... 18 FIGURA 15 . COMPONENTES DEL CONCRETO ................................................................................... 21 FIGURA 16. CILINDROS PARA PRUEBA A COMPRESIÓN ...................................................................... 22 FIGURA 17. CILINDRO FINAL LISTO PARA SER PROBADO .................................................................... 23 FIGURA 18. PRUEBAS DE REVENIMIENTO ......................................................................................... 24 FIGURA 19. VARILLAS DE ACERO .................................................................................................... 26 FIGURA 20. MALLA ELECTRO SOLDADA............................................................................................ 27 FIGURA 21. ALAMBRE DE AMARRE .................................................................................................. 27 FIGURA 22. EJEMPLO DE RECUBRIMIENTO ....................................................................................... 29 FIGURA 23.EJEMPLO DE DOBLECES ................................................................................................ 29 FIGURA 24. RECUBRIMIENTOS MÍNIMOS PARA ELEMENTOS DE CONCRETO ......................................... 30 FIGURA 25 .PERFILES DE ACERO .................................................................................................... 31 FIGURA 26 .PERFIL W .................................................................................................................... 32 FIGURA 27 . PERFIL I ...................................................................................................................... 32 FIGURA 28 .PERFIL WT ................................................................................................................. 33 FIGURA 29 . ESQUEMA BÁSICO DE CIMENTACIÓN .............................................................................. 37 FIGURA 30 . CIMENTACIONES PROFUNDAS ....................................................................................... 45 FIGURA 31 . ESQUEMA DE UN PILOTE ............................................................................................... 47


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FIGURA 32 . ARMADURÍA DE UN PILOTE PREFABRICADO .................................................................... 48 FIGURA 33 . HINCADO DE UN PILOTE ................................................................................................ 48 FIGURA 34 . PILOTE DE CONCRETO ARMADO .................................................................................... 49 FIGURA 35 . PROCEDIMIENTO DE COLADO DE PILOTES ..................................................................... 50 FIGURA 36 . ENCEPADO .................................................................................................................. 51 FIGURA 37 . PILA DE FUNDACION ..................................................................................................... 52 FIGURA 38. ESQUEMA DE MICROPILOTE ........................................................................................... 53 FIGURA 39 . CIMENTACIONES SUPERFICIALES .................................................................................. 56 FIGURA 40. FUNCIONAMIENTO DE ZAPATAS ...................................................................................... 57 FIGURA 41 . PLANTA DE ZAPATA ...................................................................................................... 58 FIGURA 42 . ZAPATAS COMINADAS .................................................................................................. 59 FIGURA 43 . SECCION DE ZAPATA CORRIDA ..................................................................................... 60 FIGURA 44 . MARCOS ESTRUCTURALES DE SOLERA EN PLANTA ......................................................... 62 FIGURA 45 .ELEVACION SOLERAS DE FUNDACION ............................................................................. 63 FIGURA 46 . LOSA DE FUNDACIÓN ................................................................................................... 64 FIGURA 47 . DETALLE TÍPICO DE TENSOR ......................................................................................... 65 FIGURA 48 . CIMIENTO CICLÓPEO ................................................................................................... 66 FIGURA 49 . JUNTAS SÍSMICAS EN ELEVACIÓN .................................................................................. 69 FIGURA 50 . INSTALACIÓN DE DUCTERÍA EN PARED ........................................................................... 70 FIGURA 51 . DETALLES CONSTRUCTIVOS DE NERVIO ........................................................................ 72 FIGURA 52 . ALACRÁN .................................................................................................................... 73 FIGURA 53 . UBICACION DE LA SOLERA INTERMEDIA ......................................................................... 74 FIGURA 54 . ESQUEMA TIPO DE REFUERZO EN MAMPOSTERÍA ........................................................... 76 FIGURA 55 . DOBLEZ DE ANCLAJE .................................................................................................... 76 FIGURA 56 . PARED CON REFUERZO INTERIOR ................................................................................. 77 FIGURA 57 . GANCHOS Y REFUERZOS EN CELDAS ............................................................................. 78 FIGURA 58 . UBICACIÓN DE SOLERAS EN CARGADEROS Y REPISAS .................................................... 78 FIGURA 59 . ELEVACIÓN PARED DE CONCRETO ................................................................................ 79 FIGURA 60 .DISTRIBUCIÓN DE REFUERZO EN PARED DE PANEL REFORZADO ....................................... 80 FIGURA 61 . DISTINTOS TIPOS DE PANDEO EN COLUMNAS ................................................................. 82 FIGURA 62 ..................................................................................................................................... 83 FIGURA 63 . TIPOS DE COLUMNA DE CONCRETO ARMADO ................................................................. 87 FIGURA 64 . ESQUEMA DE ZONAS DE CONFINAMIENTO ...................................................................... 88 FIGURA 65 . PERFILES UTILIZADOS PARA COLUMNAS METÁLICAS ....................................................... 89 FIGURA 66 . FLEXIÓN (A) Y CORTE EN VIGAS (B) Y (C) ....................................................................... 91 FIGURA 67 . FUERZAS Y DEFORMACIÓN EN VIGAS ............................................................................. 91 FIGURA 68 . VIGAS, MARCOS Y CONJUNTO DE MARCOS ..................................................................... 92 FIGURA 69 . SECCIONES DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO .............................................................. 93 FIGURA 70 . FALLA POR FLEXIÓN ..................................................................................................... 95 FIGURA 71 . FALLA POR CORTE ....................................................................................................... 95 FIGURA 72 . REFUERZO EN VIGAS DE CONCRETO ............................................................................. 96 FIGURA 73 . UBICACIÓN DE REFUERZOS TRANSVERSALS EN VIGAS .................................................... 97 FIGURA 74 . ANCLAJE EN NUDOS ..................................................................................................... 98 FIGURA 75 . TIPOS DE VIGAS ........................................................................................................ 100 FIGURA 76 . LOSA ALIGERADA ...................................................................................................... 103 FIGURA 77 . LOSAS PLANAS Y PERIMETRALMENTE APOYADAS ......................................................... 104 FIGURA 78 .LOSA UNIDIRECCIONAL................................................................................................ 107 FIGURA 79 . LOSA BIDIRECCIONAL ................................................................................................. 108 FIGURA 80 ................................................................................................................................... 109 FIGURA 81 ................................................................................................................................... 110 FIGURA 82 ................................................................................................................................... 111 FIGURA 83 ................................................................................................................................... 112


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FIGURA 84. SECCIÓN DE LOSA NERVADA ....................................................................................... 112 FIGURA 85 . PLANTA DE LOSA NERVADA ........................................................................................ 113 FIGURA 86 . CUBIERTA METÁLICA .................................................................................................. 116 FIGURA 87 . DETALLE DE BOTAGUAS ............................................................................................. 117 FIGURA 88 . DETALLE DE CANAL .................................................................................................... 117 FIGURA 89 . CUBIERTAS DE BARRO ............................................................................................... 118 FIGURA 90 . ESCALERAS ............................................................................................................... 119 FIGURA 91 . ESCALERAS FORJADAS .............................................................................................. 119 FIGURA 92 . ESCALERAS DE CONCRETO ........................................................................................ 120 FIGURA 93 . AMARRE DE LOSA DE ESCALERAS A CIMENTACION Y VIGAS ........................................... 121 FIGURA 94 . ESCALERAS METÁLICAS ............................................................................................. 121

INDICE DE TABLAS

TABLA 1 . DIÁMETROS DE VARILLAS SEGÚN SU NÚMERO ................................................................... 26 TABLA 2. ESPESORES RECOMENDADOS PARA LOSAS MACIZAS ARMADAS EN UNA SOLA DIRECCIÓN ... 109 TABLA 3 . ESPESORES DE LOSAS ALIGERADAS SEGÚN SU CLARO..................................................... 111


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INTRODUCCIÓN

La finalidad propuesta para esta monografía es exponer el saber constructivo básico necesario para participar profesionalmente en el mundo de la arquitectura, siendo así, un recurso útil para la enseñanza de las materias estructurales de la carrera de arquitectura. El título abarca un tema muy amplio, sin embargo, este será un punto de partida para que el estudiante complemente su formación obtenida durante todos los cursos técnicos y constructivos.

La estructuración es probablemente la etapa más importante del diseño arquitectónico pues, la seguridad del resultado final del diseño depende por completo del criterio con que se haya adoptado la estructuración más adecuada, así como el material óptimo y la aplicación de diferentes conceptos básicos a tomar en cuenta para cada situación específica.

Ya que, dentro del proceso creativo es en el cual se le da forma a un sistema estructural para que obedezca a una función, dentro de los parámetros estéticos definidos, es pues, finalidad de esta guía exponer los criterios necesarios para que exista un desarrollo integral en este proceso creativo.

Desde los fundamentos, como son, la selección del material con que se va a constituir la estructura, se presentan las diferentes alternativas, las cuales esta guía expone en términos generales de ventajas y desventajas, dichas alternativas, para cada material y cuál es el más utilizado para el diseño estructural, cubriendo únicamente en consideración esta guía el concreto y acero. El objetivo debe ser el de adoptar la solución optima, dentro de un conjunto de posibles opciones de estructuración, en el cual se analizan las acciones que se consideran influirán o que tienen posibilidad de actuar sobre el sistema estructural durante su vida útil.

Se presenta la mayor parte de los parámetros en diferentes situaciones para que el lector tenga una idea básica del comportamiento, función y problemas con los que podría encontrarse en el momento de estar realizando su diseño, esto para que el diseño arquitectónico no presente incongruencias con respecto al posterior diseño estructural ya que esto podría provocar cambios drásticos dentro de la concepciones preliminares.


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CAPÍTULO I: CRITERIOS BÁSICOS DE PLANTEAMIENTO ESTRUCTURAL


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Una estructura es una entidad física de carácter unitario, concebida como una organización de cuerpos dispuestos en el espacio de modo que el concepto del todo domina la relación entre las partes.

Todos los cuerpos están sujetos a fuerzas externas que tienden a deformarlos. Para contrarrestar los efectos de estas fuerzas, el cuerpo debe oponer una resistencia interna a fin de conservar su integridad y mantener su forma original. Si no se da esta resistencia, las fuerzas externas dominan la situación y destruyen el cuerpo.

Esta resistencia depende en buena parte del material de que esta hecho el cuerpo, pero también es un factor determinante el ordenamiento de cada uno de los elementos que la componen, de la acción y el comportamiento de estos en la absorción de las fuerzas externas.

Para un resultado efectivo en la resistencia del cuerpo físico a los efectos externos, es necesario que cada uno de sus elementos trabaje en conjunto con el resto de ellos, de manera integral, de tal manera que si uno de ellos falla, el trabajo de conjunto no se vea en peligro.

El ordenamiento del conjunto de elementos encargados de resistir los efectos de las fuerzas externas en un cuerpo es lo que se tiene por estructura. ( Jorge Escobar, 1997).

Todos los cuerpos que cuentan con una forma definida tendrán una estructura como una propiedad de su constitución, ya que la primera fuerza externa que tiende a deformar los cuerpos físicos por la ley de la gravedad es el propio peso del cuerpo.

Las mejores soluciones estructurales son los casos en los que las fuerzas externas son absorbidas y conducidas al suelo de manera fluida, a través de una forma lógica y efectiva, sin elementos innecesarios, pero con todos los elementos necesarios racionalmente dispuestos para su buen funcionamiento. Todo esto con el mínimo de material, tomando en cuenta el requerimiento de las cargas a que estará sujeta la estructura, a través del dimensionamiento adecuado de todos y cada uno de los elementos.

La relación estructura arquitectura es intima y prácticamente no puede darse una de ellas sin la otra en un problema arquitectónico determinado. Esta relación es uno de los ingredientes más ligados a la estética de la edificación, de allí que “La obra arquitectónica que solemos contemplar bajo su aspecto externo, es en esencia, síntesis orgánica, y racional de un complejo de elementos estructurales, que integran el esqueleto y aseguran su estabilidad en


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perfecta analogía, como lo que ocurre en la naturaleza con todos los miembros del mundo animal y vegetal”. (Achille Petrignani , 1970)

La obra estructura no puede ser juzgada por esa razón sólo desde el punto de vista plástico, sino que también técnicamente: “la forma estructural no nace sólo de la intuición sino que se necesita además del conocimiento técnico para descubrirla y diseñarla así como para comprenderla al contemplársela. (Curt Siegel, 1966, pág. 305)

El punto de partida para la concepción y creación de una estructura es: el equilibrio, la estabilidad y la resistencia. Cuando la fuerza de gravedad actúa sobre un cuerpo, su peso y todas las cargas actuantes en ese momento tienen como destino final el suelo.

El suelo es el receptor de las cargas y es quien debe proveer la reacción correspondiente para equilibrar el sistema, oponiendo a la suma de las cargas, una reacción igual y de sentido contrario.

Las posible soluciones de un problema estructural se reducen a un cierto número, debido a numerosas limitantes, tanto del orden constructivo, como material, de los cuales deberá escogerse la mejor alternativa en función de los factores determinantes, a los que se les llama generalmente requisitos estructurales.

Habrán de determinarse las cargas que actuaran con mayor frecuencia durante la vida útil de la estructura, pues en base a estas se define el mecanismo más apropiado para conducir las cargas al suelo.

Siempre se debe buscar la manera más fluida y simple de transmitir estas cargas, utilizando el mínimo de recursos y sin obstruir el espacio arquitectónico a utilizar. La seguridad estructural se logra a través de una previsión adecuada de los fenómenos que se puedan suscitar a lo largo de la vida útil de la estructura.


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1. SISTEMA ESTRUCTURAL

Por sistema estructural se considera al conjunto de elementos que al ser interrelacionados entre sí han de asegurar la estabilidad de toda la estructura y sin que esta pierda su durabilidad.

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 sí un sistema continuo como es el caso de domos, losas continuas o macizas y muros. Dichos elementos deberán de existir para trasmitir con seguridad el peso de la edificación al suelo. La falta o mal diseño de uno de estos componentes puede alterar significativamente la resistencia y estabilidad de la estructura.

En una estructura se combinan y se trabaja con tres aspectos:

• Forma, dimensiones con las que se configure el elemento • Materiales, Aquellos con los que se solucione el elemento • Cargas, Fuerzas a las que se somete la estructura.

A la vez para su análisis se puede dividir la estructura en 3 elementos básicos y necesarios para su funcionamiento:

• Cimentaciones • Elementos verticales • Elementos horizontales

Inicialmente, los elementos se estudian por separado, empezando por el análisis del terreno, luego la cimentación que hace posible la transmisión de cargas sobre este terreno, seguido de los que transmiten, los elementos verticales, y por los que producen cargas en mayor medida, los elementos horizontales. Luego este conjunto deberá forma una unidad a la que se le denomina estructura o estructura portante.

Ante las cargas de una estructura, cada uno de estos elementos tiene diferente funciones y requerimientos, los elementos horizontales quedan limitados por el espacio que cubren y la carga directa que soportan, para los elementos verticales, será la altura libre entre dos elementos horizontales y la carga acumulada de los elementos superiores y todo esto pasará a ser una limitante de su sección.


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Si la estructura falla, falla todo el conjunto es pues que el dimensionamiento y el diseño preciso de los elementos de la estructura requieren métodos de cálculo que tomen en cuenta las exigencias y las soluciones posibles.

Figura 1.Esquema básico de una estructura


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2. REQUISITOS ESTRUCTURALES

2.1 EQUILIBRIO

Equilibrio es el estado que todas las fuerzas que actúan sobre los elementos son contrarrestadas sin afectar su forma. Es el concepto más fundamental pero es el más esencial, los elementos deberán estar equilibrados de lo contrario la estructura se volcaría o se vendría abajo bajo el efecto de las cargas.

Estructuras poco solidas e inestables se pueden derrumbar o deslizar en caso de que posean una cimentación deficiente. Si esto sucede las edificaciones contiguas pueden verse afectadas. Debe considerarse una separación adecuada entre una edificación y otra, para su libre movimiento, en caso de un sismo.

“Una estructura estable está preparada para afrontar cargas en cualquier dirección, manteniendo su equilibrio sin que se pierda la integridad de los elementos componentes de la misma”. ( Jorge Escobar, 1997)

2.2 RESISTENCIA

Consiste en mantener la conformación de los elementos sin que produzca falla o ruptura en ellos bajo la acción de las cargas que sobre ellos actúan. Es muy importante el material a elegir, ya que cada material tiene una resistencia característica y límites permisibles.

Una estructura puede estar muy bien concebida y equilibrada pero ser inútil si no existe un material capaz de soportar los esfuerzos a que se verá sometida la misma.

Figura 2. Equilibrio


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Una estructura debe de ser capaz de soportar deformaciones en sus componentes sin que se dañen gravemente o se degrade su resistencia. Cuando una estructura es dúctil y tenaz se rompe fácilmente al iniciarse su deformación por la acción sísmica. Al degradarse su rigidez y resistencia pierde su estabilidad y se puede colapsar súbitamente

Son el equilibrio y la resistencia los requisitos que determinan la seguridad de una estructura. No habrá estructura preparada para afrontar todas las situaciones posibles, pero deberá ser capaz de afrontar las que en el medio se consideran como usuales.

2.3 ECONOMÍA

Consiste en la conducción correcta de las cargas y fuerzas hacia al suelo, de la manera más fluida posible y empleando el mínimo de elementos sin comprometer la seguridad del edificio, racionalizando a partir de la lógica y el buen criterio el número de elementos, secciones, aprovechando al máximo los recursos con los que se cuenta.

Aparte del equilibrio, la estabilidad y la resistencia, existen otros factores que inciden en la eficiencia de una estructura para que cumpla su función.

Figura 3. Resistencia


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2.4 GEOMETRÍA

Por geometría se contemplan todos los criterios que se relacionan con las propiedades y medidas de las edificaciones. Geometrías regulares son más resistentes y evitan costos de estructuración pues no tienen mayores complicaciones.

En toda edificación se deben construir muros en dos direcciones perpendiculares entre sí. La geometría de las edificaciones debe ser regular y simétrica. Una geometría simétrica, bien construida, resiste mejor la acción de los terremotos. Se debe evitar construir con formas alargadas y angostas donde el largo es mayor a tres veces su ancho.

Geometrías irregulares o asimétricas en el plano horizontal como vertical favorecen que la estructura sufra torsión o que intente girar en forma desordenada. A falta de uniformidad se facilita que en las esquinas se presenten intensas concentraciones de fuerza, que son en general difíciles de resistir.

Figura 4. Economía

Figura 5. Geometria


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2.5 RIGIDEZ

La Rigidez en una estructura se refiere a su capacidad de resistir la deformación y la torsión. Es deseable que la estructura se deforme poco cuando se mueve ante la acción de un sismo. Una estructura flexible o poco solida al deformarse exageradamente favorece que se presenten daños en paredes o divisiones no estructurales, acabados arquitectónicos e instalaciones que usualmente son elementos frágiles que no soportan mayores distorsiones.

2.6 CONTINUIDAD ESTRUCTURAL

En estructuras es aquella que existe si la estructura se comporta como un todo, pues esto permite una respuesta ideal de la edificación. Para que una edificación soporte una carga su estructura debe ser uniforme, continua y bien conectada. Cambios bruscos de sus dimensiones, de su rigidez, una configuración estructural desordenada o voladizos excesivos facilitan la concentración de fuerzas nocivas, torsiones y deformaciones que pueden causar graves daños o el colapso de la edificación.

Las losas deberán ser elementos continuos sin cambios de peralte, materiales o de posición.

Los ejes de las paredes deben ser paralelos. Debe existir aproximadamente la misma longitud de paredes en las dos direcciones perpendiculares de la edificación. Esto se debe a que las fuerzas del sismo se pueden presentar en cualquier dirección.

Figura 6. Rígidez


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Cuando se tienen dos niveles es necesario que las paredes que soportan el techo sean una continuación de las paredes del primer nivel y a su vez estas se apoyen sobre la cimentación.

Si las paredes del segundo nivel no coinciden exactamente con las del primer nivel, éstas únicamente aumentan las cargas o el peso sobre el primer piso sin ayudar a soportar fuerzas. Las aberturas en las paredes deben estar distribuidas en todas las paredes en forma equilibrada

Figura 7. Continuidad estructural


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2.7 PESO

Entre más liviana sea la edificación menor será la fuerza que tendrá que soportar cuando ocurre un terremoto. Grandes masas o pesos se mueven con mayor severidad al ser sacudidas por un sismo y, por tanto, la exigencia de la fuerza actualmente será mayor sobre los componentes de la edificación.

Cuando la cubierta de la edificación es muy pesada, por ejemplo esta se moverá como un péndulo invertido causando esfuerzos y tensiones muy severas en los elementos sobre los cuales esta soportada.

2.8 MATERIALES COMPETENTES

Los materiales deben ser de buena calidad para garantizar una adecuada resistencia y capacidad de la estructura para absorber y disipar la energía que el sismo le otorga a la edificación cuando se sacude. Materiales frágiles, poco resistentes, con discontinuidades se rompen fácilmente ante la acción de un terremoto.

Figura 8. Peso


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3. TIPOS DE CARGAS QUE AFECTAN LAS ESTRUCTURAS

Todas las fuerzas y cargas que afectan las estructuras de los cuerpos tienen como fin en su trayectoria el suelo.

Es aquí en donde se contrarrestan todas ellas, habiendo sido transmitidas en el cuerpo a través de un mecanismo y un sistema determinado. Cualquier peso o presión sobre un cuerpo constituye una carga externa sobre éste.

La determinación de las cargas actuantes sobre un edificio es uno de los factores más importantes en el análisis de estructuras, ya que se debe prever con el más amplio criterio las posibilidades reales de acción de las cargas, dentro de un marco realista y lógico.

El criterio empleado en calcular y determinar las cargas de las estructuras tiene que buscar garantizar la seguridad del edificio, acatando los códigos y normas, ya que las nociones contenidas en ellos permiten cubrir los mínimos necesarios de seguridad y evitar de esta forma que al final la estructura sea tan costosa que no pueda ejecutarse.

Las cargas más importantes que actúan sobre las estructuras son las siguientes:

• El propio peso de la estructura. Sin importar su material siempre tendrá un peso. Sin embargo existen materiales estructurales más pesados que otros.

• El peso de los elementos no estructurales accesorios, tales como tal muebles, instalaciones, mobiliario fijo, etc.

• El peso de las personas que habitan o hacen uso del espacio. Esta carga varía dependiendo la función asignada al espacio.

• Las fuerzas de viento. Dependiendo de la altura, la ubicación geográfica, y condiciones climáticas en las que se encuentre el elemento dichas fuerzas pueden ser críticas.

• Las fuerzas de sismo, dependiendo del suelo y el lugar en que se edifica, estas cargas dada su magnitud y su irregularidad en la aplicación tienden a ser siempre criticas.


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14

• Empujes de tierra, agua u otros líquidos. Si las estructuras contienen volúmenes de los mismos.

• Cargas por deformaciones causadas por cambios de temperatura, dependen de las cualidades térmicas de los materiales, que en condiciones severas también afectan considerablemente las estructuras.

Para simplificar el análisis de cargas se hace necesario clasificarlas en grupos generales. Por su calidad se pueden clasificar en cargas vivas y cargas muertas.

Las cargas vivas son cargas no fijas, móviles, que pueden cambiar de lugar y de posición, así como de magnitud, respecto de la estructura, por ejemplo el peso de las personas, muebles, etc. Las cargas muertas son cargas fijas inamovibles y que no cambian de lugar, ni de posición, magnitud, actuando perennemente sobre la estructura. Por ejemplo el peso de la estructura y los elementos fijos de los distintos ambientes.

Por su modo de aplicación las cargas pueden ser, concentradas y distribuidas.

Las cargas concentradas son las que están aplicadas en un solo punto o en un área muy pequeña. Por ejemplo el peso de una persona o de un apoyo vertical. A su vez estas cargas pueden ser axiales o excéntricas dependiendo si están aplicadas en el eje longitudinal de un elemento o excéntricamente respecto del mismo. También pueden ser perpendiculares al eje del elemento.

Las cargas distribuidas son las que están aplicadas en un área o longitud, encontrándose repartidas en las mismas. Pueden actuar estando aplicadas de manera uniforme o no uniforme. Las aplicadas de manera uniforme son las que tienen un valor constante en cualquier punto del área considerada, o bien varían pero ordenadamente de acuerdo con alguna regla conocida. Las distribuidas no uniformes son las que varían desordenadamente

Figura 10. Cargas concentradas Figura 9. Cargas distribuidas


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15

sin ninguna regla lista establecida. En la realidad todas las cargas son no uniformes, salvo casos muy raros.

Cualquier estructura que se pretenda esté en equilibrio, deberá ser capaz de resistir las cargas actuantes con una disposición adecuada de sus elementos Y con un material resistente adecuado a la magnitud de esas cargas.

Para la determinación de cargas es muy importante tomar en cuenta el uso que se dará al espacio arquitectónico, siendo algunas de ellas fáciles de determinar ya que existen códigos de diseño, como por ejemplo las cargas vivas, o algunas cargas muertas, como el peso propio de la estructura que depende de los materiales empleados y el peso de los acabados.

Sin embargo hay otras cargas más difíciles de determinar en su magnitud, en las que influye directamente el criterio del diseñador y los códigos o normativas, tales como las cargas de sismo o viento, que pueden tener un comportamiento muy irregular y una aplicación eventual que incluso puede no llegar a darse en la vida útil de la estructura.

Todas estas consideraciones son las que deben regir en la determinación, de las cargas que afectan las estructuras. El acierto de su aproximación dependerá de la seguridad del edificio y en muchos casos la economía de la estructura.

El proceso de diseño estructural se compone de dos fases: fase funcional y fase estructural. La primera fase es lo que se conoce como el análisis estructural y consiste en el análisis de las cargas que actuarán sobre la estructura, así como el sistema con el que se planifica solucionar la estructura.

Figura 11.Cargas axiales y excéntricas


23 de junio de 2009

16

La segunda fase es lo que se conoce como el diseño estructural y consiste en la elección para cada elemento de una adecuada disposición, dimensiones y forma.

El análisis global de una estructura puede llevarse a cabo de acuerdo con las metodologías siguientes:

• Análisis lineal • Análisis no lineal • Análisis lineal con redistribución limitada • Análisis plástico.

Análisis lineal; es el que está basado en la hipótesis de comportamiento elástico-lineal de los materiales constituyentes y en la consideración del equilibrio en la estructura sin deformar.

Análisis no lineal; es el que tiene en cuenta la consideración del equilibrio de la estructura en su situación deformada.

Análisis lineal con redistribución limitada; es aquél en el que los esfuerzos se determinan a partir de los obtenidos mediante un análisis lineal, y posteriormente se efectúan nuevos cálculos que satisfacen las condiciones de equilibrio.

Análisis plástico; es aquel que está basado en un comportamiento plástico, elasto-plástico o rígido-plástico de los materiales y que cumple al menos uno de los teoremas básicos de la plasticidad: el del límite inferior, el del límite superior o el de unicidad.


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17

4. MATERIALES ESTRUCTURALES

Uno de los aspectos más importantes en el diseño de una estructura lo constituye la selección de los materiales apropiados.

Tomando en cuenta que cada material tiene sus características propias, como su resistencia característica y su proceso constructivo especifico, cada problema estructural tiene que resolverse con el material que mejor se adecue a las necesidades del problema. También deberán de ser consideradas las condiciones climáticas y ambientales, este entorno también influye en la elección del material a utilizar.

En construcción existen una gran variedad de materiales, sin embargo solo una parte de estos son aptos para su uso estructural.

Cada uno de estos materiales cuenta con su propia tecnología, desde su proceso de elaboración hasta su utilización sus técnicas constructivas.

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23 de jun

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18

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23 de junio de 2009

19

4.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES ESTRUCTURALES

Al comparar los materiales estructurales entre sí, se puede establecer que el acero es el más resistente, pero su cálculo es muy riguroso, conlleva más detalles constructivos, es vulnerable a la corrosión y al fuego, su costo es elevado, además de ser susceptible en la transmisión de vibraciones y oscilaciones debido a su alta elasticidad y plasticidad. (Achille Petrignani , 1970) .

El concreto reforzado es un material de resistencia un poco más baja que la del acero y aunque sus elementos son de sección muy voluminosa, su duración es aceptable en condiciones normales y su mayor ventaja es su plasticidad, lo que hace posible la construcción de estructuras que en otros materiales resulta casi imposible bajo el punto de vista lógico.

Existe un aspecto importante a considerar en los materiales estructurales y es el cálculo o estimación de su resistencia. Aunque en cualquier material existen grados de resistencia que varían de acuerdo con su calidad, proceso de fabricación, la proporción de sus componentes y otros factores, en general en los materiales hechos por el hombre como el concreto y acero puede calcularse su resistencia con bastante exactitud, mientras que en los materiales naturales como la piedra y la madera esto resulta estimativo.

En base a lo anterior los materiales más completos son los que trabajan a flexión, puesto que en este efecto mecánico inciden otros efectos más simples como la compresión, tensión, torsión, los esfuerzos cortantes, normales, etc. Es decir un material que trabaja a flexión es capaz de trabajar en otras formas en que intervengan otros efectos mecánicos aislados.

En cuanto a los materiales que trabajan solo a tensión, esto obedece en primer orden a la configuración del elemento antes que al material en sí, puesto que los elementos tienen una sección escaza en relación a su área por lo que son flexibles y esto los condiciona a trabajar únicamente a tensión.

Los materiales que trabajan a compresión, poseen un campo de aplicación limitado, se pueden ocupar en lugares en que las cargas laterales no son críticas, ya que la compresión como efecto único es difícil que se dé en una estructura, en lo que se considera condiciones normales de trabajo.

Contemplando únicamente el acero y el concreto podemos mencionar las características de cada cual, comparándolas, para su utilización.

Rigidez: el acero es 10 veces más rígido que el concreto reforzado.


23 de junio de 2009

20

Peso: es proporcional a la rigidez del material, así pues el acero es 3.3 más pesado que el concreto reforzado. El peso es una carga muerta que incide en la deformación de los propios elementos. Los elementos de acero no pueden ser tan voluminosos como los de concreto reforzado, porque se deformarían excesivamente por la acción únicamente de su peso.

Volumen: existe una proporción entre la resistencia del material y el volumen de los elementos estructurales, existiendo condiciones iguales de carga y claros entre apoyos, los elementos de acero son más esbeltos y los de concreto lo son menos, y si se considera la madera, estos serán de secciones masivas en relación a los anteriores.

Durabilidad: el concreto reforzado, es por sus cualidades pétreas, el más importante en condiciones normales, ya que en ambientes con altos contenidos de sal se alteran sus procesos químicos internos pudiendo causarle corrosión. Mientras que el acero y el aluminio por ser metales, están sujetos a la corrosión, sobre todo en ambiente con alta humedad, lo que puede reducir su eficiencia si no se le da un mantenimiento preventivo con recubrimientos anticorrosivos, galvanización, o tratamiento contra la intemperie. El fuego el afecta en mayor medida, ya que alcanzan rápidamente su punto de fluencia con el calor, en ocasiones se ocupa el concreto únicamente como recubrimiento para su protección. ( Jorge Escobar, 1997)

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23 de jun

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nio de 2009

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23 de jun

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Planteamien

nio de 2009

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23 de jun

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Planteamien

nio de 2009

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23 de jun

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nio de 2009

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24

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23 de junio de 2009

25

Rápida resistencia a corta edad. Recomendado cuando el concreto está destinado, a cargar al poco tiempo de ser colocado en la cimbra, o bien cuando la cimbra debe ser retirada en un mínimo de tiempo para utilizarse nuevamente. La generación de calor al hidratarse es muy alta en este cemento.

De bajo calor. Se recomienda para estructuras donde se requieren grandes volúmenes de concreto. Este cemento se distingue por tener bajos porcentajes de silicato tri cálcico y aluminato tri cálcico en contraste con altos porcentajes de silicato di cálcico y ferro aluminato tetra cálcico. Se caracteriza, principalmente, por una menor generación de calor en su hidratación, mayor resistencia al agrietamiento y desarrollo más lento para su resistencia final.

Resistente a los sulfatos. Es recomendable su uso cuando la infraestructura se encuentra expuesta a la acción de líquidos corrosivos o aguas sulfatadas. Al hidratarse la generación de calor es también baja.

Cemento portland blanco. La diferencia de éste con los otros cementos estriba en su bajo contenido de óxido férrico, de ahí su color blanco. Se recomienda para recubrimientos, material de acabados y para lograr efectos que la obra arquitectónica demande.

Cemento portland-puzolana. Se encuentra formado de una mezcla de cemento portland, puzolana y yeso. Las puzolanas son materiales silícicos y aluminosos que con la humedad reaccionan químicamente con la cal formando compuestos con propiedades cementantes. Su empleo se recomienda en concretos para obras hidráulicas y marítimas.

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23 de jun

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nio de 2009

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23 de junio de 2009

27

suministrar una adherencia mecánica, independiente de la adhesión entre concreto y acero; por lo tanto, se permiten esfuerzos de adherencia más altos cuando se utilizan varillas corrugadas y todo el refuerzo es de este tipo. Las varillas núm. 2 sólo vienen en tipo liso.

Existe también la Malla Electro soldada la cual es fabricada con alambres de acero laminados en frío, corrugados y electro soldados. Este proceso de laminado en frío, hace que la maya adquiera una gran resistencia a la tensión.

La Malla Electro soldada está fabricada con alambres longitudinales de igual calibre y soldados entre sí, formando una cuadrícula de 6''x 6'' en calibres 10, 8, 6, 4 y 3. Sus aplicaciones más comunes suelen ser pisos, paredes, lozas, entrepisos, calles, aceras y pavimentos rígidos.

Figura 20. Malla Electro soldada Figura 21. Alambre de Amarre


23 de junio de 2009

28

4.2.2.1 ARMADURÍA

La armaduría es el refuerzo de un elemento estructural de concreto armado, que trabaja a tensión, puede ser prefabricada o armada en el sitio de la obra con varillas de acero, según los detalles mostrados en los planos.

La armaduría es elaborada por obreros calificados llamados armadores, los cuales realizan su trabajo con herramientas adecuadas para esa labor, llamadas “grifas” que sirven para hacer los dobleces de los elementos de acero.

Una varilla de acero al ser doblada en un sentido ya no puede ser enderezada para ser doblado nuevamente, pues esto reduce su límite de fluencia.

Es así que el proceso de fabricación de armaduría se divide en 4 etapas:

• Cortado: Se cortan las piezas de acero, considerando los empalmes y dobleces, para esta operación se utiliza una cizalla manual o una cortadora de disco.

• Doblado: consiste en doblar las piezas cortadas, con el ángulo y la longitud especificadas en los detalles estructurales, utilizando las grifas para el doblado y un banco de trabajo fabricado con cuartones, con guías de varilla para determinar el ángulo del doblez.

• Armado: consiste en amarrar los estribos previamente doblados a los hierros longitudinales con la separación especificada en planos, utilizando alambre de amarre. Se debe considerar la posición alternada del empalme.

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23 de jun

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nio de 2009

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23 de junio de 2009

30

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Figura 24. Recubrimientos mínimos para elementos de concreto


23 de junio de 2009

31

4.2.3 ACERO

El acero es un compuesto que consiste casi en su totalidad de hierro, que normalmente es más del 98%, contiene también pequeñas cantidades de carbono, sílice, manganeso, azufre, fósforo y otros elementos. El carbono es el material que tiene mayor efecto en las propiedades del acero. La dureza y resistencia aumentan a medida que el porcentaje de carbono se eleva, pero el acero resultante es más quebradizo y la posibilidad de soldadura disminuye considerablemente. Una menor cantidad de carbono hace al acero más suave y más dúctil pero también menos resistente. La adición de elementos tales como cromo, sílice y níquel produce aceros considerablemente más resistentes. Estos aceros, por lo tanto, son más costosos y son usualmente más difíciles de elaborar.

El acero estructural puede laminarse económicamente en una amplia variedad de formas y tamaños sin un cambio apreciable de sus propiedades físicas. Los perfiles de acero se identifican por la forma de su sección transversal, como ejemplos, están los ángulos, tes, zetas y placas. Existen dos grandes tipos de perfiles: las vigas estándares americanas y las de patín ancho. Las primeras son las conocidas como vigas I o viguetas I, mientras que las segundas se conocen como vigas W, ya que ambas tienen sección en I.

El lado interno de los patines de una viga W, puede ser paralelo al lado externo, o casi paralelo, con una pendiente máxima de 1:20 en la superficie interior, dependiendo del fabricante.

Las viguetas I que fueron las primeras en laminarse, tienen una pendiente en el lado interno del patín de 1:6. En el patín de las viguetas W el

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34

4.2.3.1 PROPIEDADES DEL ACERO

Al someter una pieza laminada de acero estructural se somete a una fuerza de tensión, comenzará a alargarse. Si la fuerza de tensión se incrementa en forma constante, el alargamiento aumentará constantemente, dentro de ciertos límites. En otras palabras, el alargamiento se duplicará. Cuando el esfuerzo de tensión alcanza un valor aproximadamente igual a la mitad del esfuerzo en la ruptura, el alargamiento empezará a incrementarse en una proporción mayor que el incremento de esfuerzo correspondiente.

Al realizar un diagrama de esfuerzo deformación, en el acero, el punto más alto sobre la porción de línea recta es llamado límite de proporcionalidad. El mayor esfuerzo que puede soportar el material sin ser deformado permanentemente es llamado límite elástico. Ya que, este valor es difícil de medir, por lo general se considera sinónimo de límite de proporcionalidad, es por esta razón que se puede utilizar el término límite elástico de proporcionalidad.

Al esfuerzo al que corresponde un incremento en el alargamiento o deformación, sin que exista un incremento en el esfuerzo se conoce como límite de fluencia. Probablemente el límite de fluencia es la propiedad más importante del acero, ya que los procedimientos de diseño elástico están basados en este valor, con excepción de los miembros sometidos a compresión, donde el pandeo es un factor. Más allá de este límite, existe una zona en la que se da un incremento muy alto en la deformación, esto sin haber incremento de esfuerzo. La deformación que ocurre antes del punto de fluencia, se conoce como deformación elástica; la deformación que ocurre después del punto de fluencia, sin que incremente el esfuerzo, se conoce como deformación plástica. El valor de esta deformación es normalmente de diez a quince veces el valor de la deformación elástica.

Esta supone una ventaja al acero, pues una estructura de acero tiene una reserva de deformación plástica que el permite resistir sobrecargas y choques repentinos. Si no tuviera esa capacidad, podría romperse bruscamente, como sucede con el vidrio y otros materiales parecidos.

Luego de la deformación plástica, existe una zona donde es necesario un esfuerzo adicional para producir deformación adicional, que es llamado endurecimiento por deformación. Luego de esto la curva continuara en el diagrama hasta el esfuerzo necesario y la resistencia final, y descenderá antes de la ruptura. Para la falla en los aceros, las deformaciones totales son de 150 a 200 veces las deformaciones elásticas.


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35

Una propiedad muy importante de una estructura que no haya sido cargada más allá de su punto de fluencia, es que recuperará su longitud original solo cuando se le retire la carga. Si se hubiese llevado más allá de este punto, solo alcanzaría a recuperar parte de su dimensión original. Si después de que las cargas se han retirado, la estructura no recobra sus dimensiones originales, es porque se ha visto sometida a esfuerzos mayores que su punto de fluencia. (Jack C. McCormac, 1971)

En las estructuras de acero se pueden utilizar dos tipos de diseño:

• Diseño elástico: el diseñador estima la carga de trabajo y dimensionas los miembros, en base a ciertos esfuerzos permisibles, los cuales son fracciones del esfuerzo en el límite de fluencia del acero. También llamado diseño por esfuerzo permisible o diseño por esfuerzo de trabajo.

• Diseño plástico: En este método las cargas de trabajo se estiman y multiplican por ciertos factores y los miembros de diseñan considerando en las resistencias a la falla o al colapso. También conocido como diseño al límite o diseño a la falla o a la ruptura.


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36

CAPÍTULO II: ELEMENTOS DE CIMENTACIÓN

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Si el terreno no es tan bueno con relación a la carga a soportar, la dimensión del cimiento se puede agrandar hasta llegar al extremo de ocupar toda la planta del edificio con unas losas armadas. Pero también es posible utilizar las denominadas cimentaciones profundas, basadas en pilotes que buscan en capas más profundas un terreno resistente o reparten la carga en el terreno deficiente mediante el rozamiento que producen sus superficies de contacto


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39

5.1. EL TERRENO DE CIMENTACIÓN.

La falta de datos sobre las características físicas y constitución del suelo sobre el cual se pretende construir una estructura ha sido causada que al erigirse esta, se presenten sorpresas y gastos extraordinarios que bien podrían haber sido evitados mediante un estudio de suelo antes de la construcción.

Conocido es el hecho que cuando una estructura se asienta de forma desigual se provocan en las la misma deformaciones que ocasionan grietas que pueden ser muy perjudiciales a la estabilidad de ella, y en no pocas ocasiones el aislamiento ha sido causa del colapso total o parcial de las edificaciones.

El objeto de una cimentación es proporcionar el medio para que las cargas de la estructura, concentradas en columnas o en muros, se trasmitan al terreno produciendo en este un sistema de esfuerzos que puedan ser resistidos con seguridad sin producir asentamientos, o con asentamientos tolerables, ya sean estos uniformes o diferenciales.

5.1.1 COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DEL SUELO.

Del terreno nos interesa conocer dos variables fundamentales:

• La profundidad a la que se encuentra el estrato que puede proporcionar una respuesta adecuada a las cargas transmitidas por el edificio, y

• Las características que determinan su respuesta, es decir, la tensión que puede admitir sin romperse y su deformabilidad o capacidad de asentamiento.

En casi la totalidad de los casos los terrenos son muy heterogéneos, de manera que casi siempre nos encontramos estratos de apoyo cuyas características resistentes o de asentamiento o la cota de profundidad pueden variar en pocos metros de distancia.

De manera que además de lo anterior es necesario conocer las heterogeneidades que pueden provocar asentamientos diferenciales y deformaciones en la estructura o en los cerramientos del edificio.

La complejidad del comportamiento mecánico del terreno se acrecienta por el hecho de que su contenido de agua o humedad puede influir decisivamente, con lo cual a las anteriores se ha de añadir esta nueva variable, que puede afectar a los estratos resistentes o sólo a los superficiales. (jamens ambrose, 2001)


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40

5.1.2. CLASIFICACIÓN DE TIPOS DE SUELO

Desde el punto de vista de la Geotecnia, o ciencia que nos proporciona el conocimiento del terreno como elemento resistente, los terrenos se clasifican en rocas y suelos. La definición de roca es equivalente a la del lenguaje corriente:

Un material compacto y resistente, para cambiar la forma del cual son necesarios medios y herramientas contundentes (explosivos, martillos Neumáticos, etc.).

En cambio, un suelo es un agregado de granos y partículas que se pueden separar por acciones mecánicas más o menos sencillas como máquinas excavadoras.

Como las rocas en pocas ocasiones afloran en la superficie, la mayoría de los edificios están construidos sobre suelos.

Considerando su comportamiento mecánico, las diferencias son algo más precisas: las rocas son materiales a los que se les puede aplicar la teoría de la elasticidad, al igual que a casi todos los materiales de construcción; por el contrario, los suelos tienen una respuesta mecánica que dista mucho de poderse considerar elástica. El estudio de ambos tipos de terrenos da lugar a dos ramas de la ciencia diferenciadas: la Mecánica de rocas y la Mecánica del Suelo.

Según su origen las rocas se dividen en:

• Magnéticas, • Sedimentarias, • Metamórficas.

Según su estructura material las rocas dividen en:

• Rocas isótropas, sin visible estratificación (granitos, dioritas, etc.) de origen magnético,

• Rocas estratificadas (pizarras, exquisitos, etc.) de origen sedimentario y metamórfico.

La clasificación de los suelos requiere considerar de qué tipo de materiales pueden estar compuestos en relación con el tamaño de sus granos. Por una lado tenemos de grano grueso o áridos, gravas y arena, y por otro los de grano fino, los limos y las arcillas.


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41

La frontera entre unos y otros de acuerdo a su diámetro, es la siguiente:

• Gravas y gravillas es mayor a 2 mm, • Arenas gruesas y medias oscila entre 2 mm y 0,2 mm • arenas finas entre 0,2 y 0,06 mm • limos inorgánicos es menor de 0,06 mm • arcillas es inferior a 0,002 mm.

El comportamiento mecánico ante la acción de la carga de un edificio de cada uno de los tipos es diferente. Los suelos de grano grueso reaccionan por efecto del rozamiento interno entre granos y son muy poco compresibles. Los de grano fino reaccionan por la cohesión y pueden ser muy compresibles. Los primeros se denominan suelos sin cohesión o granulares y los segundos suelos coherentes.

En realidad, no existen suelos que sólo contenga un único tipo de grano sino que siempre son mezcla de varios y con proporciones totalmente variables, lo cual requiere utilizar expresiones como arcilla arenosa o arena arcillosa. Según todo lo anterior, complementado con su capacidad portante, los suelos se pueden clasificar en:

1. Terrenos sin cohesión, formados fundamentalmente por áridos, grava, arena y limo inorgánico, pudiendo contener arcillas en canti-dad moderada, y que a su vez pueden ser:

• Terrenos de graveras, si predominan las gravas y gravillas, • Terrenos arenosos gruesos, si predominan las arenas gruesas

y medias, • Arenosos finos.

2. Terrenos coherentes, formados fundamentalmente por arcillas, que pueden contener áridos en cantidad moderada. Al secarse forman terrones que no pueden pulverizarse con los dedos. Según su consistencia y su resistencia a compresión en estado natural no alterado.se clasifican en:

• duros, cuando los terrones con su humedad natural se rompen difícilmente con la mano, con resistencia a compresión superior a 4 kg/cm2.

• semiduros, cuando los terrones con su humedad natural se amasan difícilmente con la mano, con resistencia entre 2 y 4 kg/cm2.

• blandos, cuando los terrones con su humedad natural se amasan fácilmente, permitiendo obtener entre las manos cilindros de 3 mm de diámetro.


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42

• fluidos, cuando los terrones con su humedad natural, presionados en la mano cerrada fluyen entre los dedos.

3. Terrenos deficientes cuando en general no son aptos para la cimentación. Entre ellos se encuentran los siguientes:

• fangos inorgánicos, limos inorgánicos y arcillas con gran cantidad de agua, que no permite la formación de cilindros que resistan su propio peso.

• terrenos orgánicos, los que contienen proporción notable de materia orgánica.

• terreno de relleno o echadizos, de naturaleza artificial, como vertederos sin consolidar.

5.1.3. SOLUCIONES PARA EL MEJORAMIENTO DE CONDICIONES EN SUELOS.

La compactación es un medio para aumentar la resistencia y disminuir la compresibilidad de los mismos, no fue reconocida sino hasta la aparición del rodillo para de cabra en 1906. Con la Aparición de la prueba de PROCTOR se han desarrollado mejores mecanismos para controlar y analizar la compactación de los suelos proporcionando mejores resultados en las diferentes situaciones que se pudiesen presentar.

El agua puede variar notablemente la respuesta mecánica de los suelos, especialmente la de los coherentes o arcillosos.

Si se carga un terreno coherente saturado puede ocurrir que, aunque la tensión esté muy alejada de la de rotura, se deforme excesivamente por expulsión parcial del agua que contiene y la consiguiente disminución de volu-men. Si esta disminución es exactamente igual bajo todo el plano de la cimentación, no se produce ninguna rotura en el edificio. Pero esa igualdad es difícil ya que el propio terreno no es homogéneo y los edificios, en general, también dan cargas diferentes según las zonas.

La complejidad de la influencia del agua se incrementa por el hecho de su variabilidad según la época del año y la frecuencia de las lluvias. A pesar de que la superficie de los terrenos llanos no montañosos esté seca, en las capas inferiores existen mantos de agua en las capas permeables. El nivel de profundidad en el que se empieza a encontrar agua se denomina nivel freático. En campo abierto, este nivel varía según la época del año más que en las ciudades, en las que influyen otras variables como la rotura de conducciones de agua, construcciones de muros enterrados que cambian las corrientes subterráneas, etc.


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43

Estos cambios de humedad provocan modificaciones en las características del suelo. Por ejemplo, en los suelos arenosos puede disminuir la resistencia al corte, o en los arcillosos un aumento de humedad disminuye la cohesión.

En este caso, es necesario buscar zonas en que el nivel freático sea constante, y cimentar por encima o bien por debajo de los niveles de fluctuación.

No hay que olvidar, a pesar de no ser tan decisivas, otra variable relacionada con el agua, la cota de socavaciones.

En terrenos no urbanizados puede ocurrir que una corriente subterránea produzca un desplazamiento de parte del terreno. Si es así, ha de buscarse una cota para cimentar por debajo de la zona previsiblemente afectada.

5.1.4. ESTUDIOS DE SUELO Y SU FUNCIÓN

La importancia del conocimiento de un elemento tan complejo y fundamental en un edificio como es el terreno, que al mismo tiempo presenta multitud de variables que determinan su comportamiento, obliga a establecer unos procedimientos de análisis sistemáticos denominados Estudios Geotécnicos, que deben estar realizados por personal especializado. En general estos estudios están regulados por la NTE-CEG (Norma Tecnológica de la Edificación. Cimentaciones. Estudios Geotécnicos). Su realización consta de tres fases:

• La elaboración de la Información previa, • La campaña de reconocimiento de campo, y • Ensayos de laboratorio sobre muestras tomadas en la segunda.

En la primera, se ha de conseguir el máximo de datos ya existentes sobre:

• El proyecto del edificio a realizar, • El terreno en concreto: plano acotado, usos, obras anteriores, posibles

modificaciones del perfil original, etc., • De los terrenos colindantes, estudios geotécnicos ya hechos, de las

edificaciones situadas en un radio de 50 m, número de plantas, tipos de estructuras, etc.,

• De toda la zona, estudios geológicos generales que den información sobre existencias de rocas o estratos resistentes utilizados normalmente para cimentar, capas freáticas, etc.


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44

La campana de reconocimiento de campo se centra sobre el terreno y se basa en un estudio en profundidad de varios puntos. En cada uno de ellos se trata de averiguar la naturaleza del terreno hasta la profundidad que sea necesaria.

Las técnicas de reconocimiento más usuales son los pozos o calicatas, los sondeos y los ensayos con penetró metros.

La realización de pozos, si bien permite la observación directa del terreno y la extracción de muestras, es lenta y cara. Mucho más usual es el sondeo que se realiza con diferentes herramientas que consiguen realizar una perforación profunda de la que se van extrayendo informaciones.

Los ensayos mecánicos dan información sobre la resistencia del terreno. Se ha de citar, por su uso habitual, el SPT (Standard Penetration Test). Se basa en introducir en el suelo una cuchara hueca, que también puede tomar muestras, mediante el impulso producido por una maza de caída libre. La resistencia del terreno se cuantifica por el número de golpes necesario para producir una penetración de 30 cm.

Mediante todo este conjunto de importaciones se puede determinar la naturaleza de las diferentes capas en profundidad del terreno. Relacionando entre sí los distintos puntos en los que se han realizado los sondeos, podemos llegar a deducir unos cortes estratigráficos de toda la parcela en estudio.

En la tercera fase se acaba de completar el conocimiento de las diferentes capas mediante ensayos de laboratorio que precisan sus propiedades físico-mecánicas.

Con todo ello se elabora finalmente el Informe geotécnico imprescindible en cualquier tipo de obra de construcción.


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45

CIMENTACIONES PROFUNDAS

Las cimentaciones profundas se encargan de transmitir las cargas que reciben de una construcción a mantos resistentes más profundos; son profundas aquellas que transmiten la carga al suelo por presión bajo su base, pero pueden contar, además, con rozamiento en el fuste.

Se utilizan para transmitir adecuadamente cargas proporcionadas por elementos puntales, como estructuras a base de marcos

Sus dimensiones serán tales que su profundidad excede por mucho a su anchura.

Figura 30 . Cimentaciones profundas


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46

5.2. CIMENTACIONES POR PILOTES

El pilote es como un pilar de considerable tamaño, hincado en el terreno. Su eficacia depende de los dos posibles métodos de transmisión de las cargas:

Los materiales de los pilotes pueden ser madera, acero y concreto armado. Los procedimientos, la hinca y el vaciado y relleno posterior.

La hinca se puede hacer con pilotes de madera, acero y concreto prefabricado. El relleno del vaciado sólo con concreto.

Sin embargo, en la actualidad los pilotes de madera y de acero son muy poco frecuentes y el concreto casi siempre se utiliza.

Se opta por pilotes cuando el estrato resistente está muy profundo o simplemente no se tiene un estrato resistente. Además de resolver la cimentación en terrenos deficientes pueden ser útiles cuando los cimientos estén sometidos a tracción, como por ejemplo en edificios altos sometidos a acciones de viento, o estructuras tensadas con cables.

Las formas en que trabaja un pilote son las siguientes:

Rozamiento y adherencia entre el terreno y el fuste del pilote, que, si es necesario, puede absorber tracciones

Transmisión por punta, cuando ésta está apoyada en una capa profunda de terreno resistente

Rozamiento y Transmisión, La acción del terreno no se limita al rozamiento sino que al envolver al pilote también impide que se deforme por pandeo. Si no se puede confiar en esta capacidad, el pilote deberá tener más sección.

La capacidad por fricción del pilote depende del perímetro del pilote y de su longitud y la capacidad por punta depende netamente del área.

Cuando el pilote trabaja por fricción este tiene capacidad de trabajar tanto a cargas de compresión como de tensión ya que la fricción se desarrolla en ambos sentidos.

En el mercado se encuentran pilotes prefabricados en diámetros de 30,40 o 50 cm y se pueden construir pilotes vaciados en el sitio de 60 cm de diámetro.

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23 de junio de 2009

49

5.2.3. PILOTES DE CONCRETO ARMADO

El procedimiento genérico para realizar un pilote consiste en la excavación del terreno, el cual debe actuar a modo de encofrado perdido, sobre la que se introduce la armadura y posteriormente el concreto.

Existen diferentes métodos para realizar los pilotes y se diferencian en el procedimiento de realización del vaciado del espacio que debe ocupar el concreto:

• Por desplazamiento, con azuche o con tapón de gravas, por efecto de la presión ejercida por un mazo que cae sobre la camisa que evita el desprendimiento de tierras,

• Por extracción mediante una cuchara especial, • Por barrenado, mediante una barrena de diámetro del pilote

Durante el procedimiento de perforación, para evitar que las tierras se desprendan y ocupen el hueco realizado, se puede utilizar los siguientes métodos:

• Uso de camisa o entubación recuperable, o tubo de acero que después de realizado el hueco se retira

• Uso de camisa perdida, lo mismo pero sin retirar lo por la presencia de agua, por ejemplo,

• Uso de lodos tixotrópicos (es un mortero a base de cemento, cal aérea y áridos calcáreos y silíceos) que, si no hay presencia de agua, actúan como sólidos que impiden el desprendimiento de tierras.

Figura 34 . Pilote de concreto armado


23 de junio de 2009

50

En general se observan cinco momentos de un proceso genérico:

1. hincado de la tubería mediante la extracción del material suelto, 2. penetración en roca, 3. colocación de la armaduría, 4. extracción de tubería y colocación de concreto 5. pilote finalizado.

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5.2.7 MICRO PILOTES

El micro pilote es un elemento de cimentación, resistente a los esfuerzos de tracción y compresión; está compuesto por un tubo de acero colocado en el interior de un orificio perforado en el terreno y recibido en el mismo mediante una lechada de cemento inyectado. Su diámetro es menor de 200 mm.

Figura 38. Esquema de micropilote


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54

El elemento resistente del pilote es una armadura de forma tubular que se coloca con roscado o soldadura de los diferentes tramos.

Este procedimiento es aplicable cuando las capas o estratos superficiales de terreno no poseen la capacidad portante suficiente para absorber las cargas trasmitidas por la estructura del edificio. Son una solución viable para mejorar terrenos con pendiente.

La capacidad portante del micro pilote es inferior a la de los pilotes. Se utilizan en terrenos donde no es posible la ejecución de pilotes convencionales, ya sea por dificultad en los accesos como otras causas que lo impidan.

Los micro pilotes pueden emplearse en los siguientes casos:

a) Como refuerzo de cimentaciones para la ampliación de edificios. b) En recalce de edificios o por aumento de cargas sobre cimentaciones existentes. c) Cimentaciones profundas en predios de dimensiones reducidas con difícil acceso. d) Refuerzo y sostenimiento de cimientos existentes para excavación de sótanos. e) Cimentaciones profundas en predios con terreno no apto para pilotes convencionales. f) Cuando se debe cimentar una estructura que tiene estructuras colindantes donde no se permite:

• el golpeteo fuerte • las vibraciones • excavaciones extensas • Acceso de máquinas clásicas de cimentación por pilotes

normales. g) En la elaboración de pantallas de micro pilotes para:

• Recalzar estructuras colindantes • Posibilitar la excavación hasta determinada profundidad sin

ademados.

Su uso es una alternativa en los casos en que las pantallas tradicionales continuas o de pilotes de gran diámetro no pueden realizarse. Para todo esto debe conocerse el estudio de suelo respectivo.

Se realiza el trazo de los micro pilotes mediante tubos varillas de acero corrugado con un alambre en la punta, luego se realiza la perforación. El diámetro de la barrena se establece de acuerdo al diámetro especificado en proyecto para el micro pilote.


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La barrena perfora con movimiento compuesto de giro y descenso. Con la longitud de la barrena se controla la profundidad de la excavación, y cuando se llega a la cota exigida, se detiene la perforación.

Luego se realiza la limpieza del fondo inyectando agua a presión y se coloca la armadura tubular centrada respecto al eje del micro pilote.

La armadura se prepara fuera de la zona a pilotar, previendo los tramos de tubo necesarios para efectuar los empalmes mediante rosca o soldadura, y se corta el tramo del tubo con la longitud necesaria.

Esta armadura debe sobresalir del terreno una longitud determinada (entre 60 y 90 cm.) a fin de soldarle luego tubos redondos de acero que garanticen la adherencia entre encepados y micro pilotes.

Colocada la armadura, se procede a realizar una inyección de lechada de cemento para evitar que se contamine o se introduzcan objetos extraños en la armadura. Para luego proceder con la inyección de concreto.

Por lo general, la inyección se realiza en tres fases:

En la primera fase se inyecta el cemento por gravedad, hasta que rebosa por el espacio anular entre la armadura tubular y el terreno. Se espera hasta que fragüe antes de inyectar en segunda fase.

En la segunda fase se realiza la formación del bulbo de anclaje del micro pilote al terreno, inyectando a presión.

Por último, se rellena el interior de la tubería con la mezcla de cemento. Si se observan admisiones anormales, se fuerza la penetración del relleno con presión de aire obturando en cabeza. Cada tipo de micro pilote requiere de diferentes proporciones de cemento y agua para su rellenado.

Luego de finalizar la inyección, se realizan las soldaduras continuas en la armadura tubular del micro pilote que sobresale del terreno, unos redondos de acero corrugado o capuchones para producir buena adherencia entre el micro pilote y el encepado.


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CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Los cimientos superficiales son aquellos que descansan en las capas superficiales del suelo, las cuales son capaces de soportar la carga que recibe de la construcción por medio de la ampliación de base, es decir anchura es igual o mayor a su profundidad.

Este tipo de cimentaciones se desarrollan por lo general linealmente, ya que se utiliza para transmitir adecuadamente cargas proporcionadas por estructuras de muro o paredes de carga.

Uno de los materiales de construcción de cimientos superficiales es la piedra (básicamente tratándose de construcciones ligeras), en cualquiera de sus variedades siempre y cuando esta sea resistente, maciza y sin poros. Sin embargo, el concreto armado es un extraordinario material de construcción y siempre resulta más recomendable.

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5.3.1 ZAPATAS AISLADAS

Es aquella zapata en la que descansa o recae una sola columna. Encargada de transmitir a través de su superficie de cimentación las cargas al terreno. Empleadas para pilares aislados y terrenos de buena calidad, cuando la excentricidad de la carga de la columna es pequeña o moderada.

Esta última condición se cumple mucho mejor en las columnas no perimetrales de una construcción. Las zapatas aisladas según su esfuerzo vertical esté en el centro geométrico de la zapata se distingue entre:

• Zapatas centradas o interiores. • Zapatas excéntricas o medianeras y de colindancia.

Las zapatas de lindero conforman la cimentación perimetral, soportando los pilares o muros excéntricamente; la sección del conjunto pared-zapata tiene forma de L para no invadir la propiedad del vecino. Pueden ser medianeras y de esquina.

Las zapatas aisladas descentradas tienen la particularidad de que las cargas que sobre ellas recaen, lo hacen en forma descentrada, por lo que se producen unos momentos de vuelco que habrá de contrarrestar. Algunas de las soluciones para evitar el momento de vuelco seria utilizando una viga o solera centradora, que comunique la zapata con el resto de la cimentación, Esta tiene la misión de absorber el momento de vuelco de la zapata descentrada.

Las zapatas interiores sustentan paredes, muros y columnas según su eje y se encuentran centradas sobre las cargas que sobre ellas recaen. La sección pared-zapata tiene forma de T invertida; poseen la ventaja de distribuir mejor el peso del conjunto.

Figura 41 . Planta de zapata


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5.3.2 ZAPATAS COMBINADAS

A veces, cuando un pilar no puede apoyarse en el centro de la zapata, sino excéntricamente sobre la misma o cuando se trata de un pilar perimetral con grandes momentos flectores la presión del terreno puede ser insuficiente para prevenir el vuelco de la cimentación. Una forma común de resolverlo es uniendo o combinando la zapata de cimentación de este pilar con la más próxima, o mediante vigas de atado, de tal manera que se pueda evitar el giro la cimentación.

Un caso frecuente de uso de zapatas combinadas son las zapatas de medianería o zapatas de lindero, que por limitaciones de espacio suelen ser zapatas excéntricas. Por su propia forma estas zapatas requieren para un correcto equilibrio una viga de atado. Dicha viga de atado junto con otras dos zapatas, constituye un caso de zapatas combinadas.

Otro caso de fundaciones combinadas es cuando soportan más de dos columnas. La combinación puede cubrir columnas de un solo eje y se convierte en fundación alargada. Si se reúnen todas las columnas de una edificación se convierte en losa de fundación.

Figura 42 . Zapatas cominadas


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5.3.3 ZAPATAS CORRIDAS O CONTINUAS

Se emplea normalmente este tipo de cimentación para sustentar muros de carga, o pilares alineados relativamente próximos, en terrenos de resistencia baja, media o alta Este tipo de cimentación se utiliza en obras grandes en las cuales debido al área de construcción y al terreno, no se pueden utilizar las cimentaciones corridas.

Las zapatas corridas están indicadas cuando:

• se trata de cimentar un elemento continuo • se quiere homogeneizar los asientos de una columna de pilares. • Se quiere reducir el trabajo del terreno • para normalizar defectos y heterogeneidades del terreno • por la proximidad de las zapatas aisladas, resulta más sencillo realizar

una zapata corrida • Cuando la cimentación está diseñada para una estructura formada por

apoyos aislados (columnas) y la resistencia del terreno no tiene gran capacidad de soporte, serán más adecuada

• la zapata corrida para unir dos o más columnas. Dichas columnas podrán mandar a la zapata cargas simétricas, lo que dará como resultado una zapata de ancho uniforme. Cuando las cargas son asimétricas, la zapata tendrá anchos distintos para transmitir al terreno una fatiga uniforme.

Figura 43 . Seccion de Zapata corrida


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5.4 CIMENTACIONES POR SOLERAS CORRIDAS

Es un tipo de fundación de concreto armado que se desarrolla linealmente a determinada profundidad y su anchura depende tanto del tipo de suelo, demanda por diseño y la normativa o códigos que se puedan aplicar.

Se utiliza principalmente para transmitir cargas proporcionadas por estructuras de paredes o muros portantes.

Además es importante mencionar que la solera de fundación debe ser un polígono perimetralmente cerrado, es decir, construido sobre los ejes de las paredes portantes unidas entre sí sin interrupciones.

De acuerdo con la ubicación y forma como le llegan las cargas, las soleras de fundación pueden ser:

Soleras de fundación centradas. Cuando la pared se encuentra centrada al eje de la solera y las cargas son aplicadas en su centro.

Soleras de fundación de colindancia. Cuando la pared se encuentra en un lado de la solera y las cargas son excéntricas al eje de la solera.

Entre algunos de los requerimientos mínimos para las cimentaciones de edificaciones de una y dos plantas podemos mencionar:

El concreto debe tener una resistencia mínima a la compresión, f´c, a los 28 días de 210 kg/cm².

Debe cimentarse sobre suelo firme. En caso de cimentar sobre relleno, este debe ser efectuado con material adecuado –tierra blanca o material selecto no plástico- y compactado.

En suelos compresibles, blandos o con nivel freático superficial el ingeniero geotecnista deberá dar las recomendaciones adecuadas de acuerdo al tipo de suelo y a las características del diseño.

Materiales no aptos como suelos orgánicos o con ripio (material de desperdicio) deberán ser desalojados del sitio donde se construye la cimentación.

Cuando el terreno sea inclinado, con una pendiente mayor del 5 por ciento, la solera de fundación se debe construir con una superficie horizontal en su nivel de desplante, de forma escalonada en el sentido de la pendiente, y con una profundidad de cimentación mínima de 500 mm.


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No se permite construir soleras de fundación que tengan superficies inclinadas en su nivel de desplante.

Para proveer un amarre del sistema de cimentación, todas las soleras de fundación deberán conformar cuadros cerrados. Cuando no exista pared, la solera de fundación deberá ser continuada hasta que intercepte a otra Las soleras de fundación deben formar cuadros completos.

Todas las paredes deberán ser cimentadas sobre soleras de fundación corridas y desplantadas a una profundidad no menor de 500 mm.

En ningún caso el ancho de la solera de fundación para viviendas de un nivel será menor de 300 mm ni de 400 mm para viviendas de dos niveles.

Las soleras de fundación para viviendas de un nivel deben ser reforzadas al menos con 3 varillas longitudinales No. 3 y varillas transversales No. 3 a cada 200 mm, terminando con gancho de 90 ó 180 grados.

Figura 44 . Marcos estructurales de solera en planta


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Las soleras de fundación para viviendas de dos niveles deben ser reforzadas al menos con 4 varillas longitudinales No. 3 y estribos cerrados No. 2 a cada 150 mm.

Los refuerzos verticales para los diferentes sistemas constructivos deben estar anclados en las soleras de fundación. El anclaje de las varillas deberá ser por medio de un gancho estándar de 90 grados.

Cuando la varilla de refuerzo horizontal sea colocada en un bloque solera, el recubrimiento mínimo será de 10 mm con respecto a la cara interna del bloque.

No se permite el traslape de más del 50 por ciento del acero longitudinal del elemento (nervio, solera, pared, losa) en una misma sección.

Figura 45 .Elevacion soleras de fundacion


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5.5 LOSA DE CIMENTACIÓN

Consiste en soportar todo la estructura sobre una losa de concreto armado, extendida a una superficie tal que tomando la carga total que transmite el edificio y dividiéndola por ella no se solicite al suelo un esfuerzo mayor que el de su capacidad portante admisible.

Para edificios pequeños el espesor de losa está entre 15 y 22.5 cm; y para edificios mayores se usan espesores de 22.5 a 37.5 cms.

Cuando son insuficientes otros tipos de cimentación y si se teme el efecto del asentamiento del terreno, se aplica la cimentación por losas. En general, cuando la superficie de cimentación mediante zapatas aisladas o corridas es superior al 50% de la superficie total del terreno, es conveniente el estudio de cimentación por placas o losas.

Una losa de cimentación es entonces un elemento estructural de concreto armado cuyas dimensiones en planta son muy elevadas con relación a su profundidad y puede llegar a tener las mimas dimensiones de la edificación en planta.

La losa de fundación se debe comportar como un elemento monolítico.

Figura 46 . Losa de fundación


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5.6 TENSORES

Son elementos que impiden el movimiento horizontal relativo entre pedestales, columnas o cualquier otro elemento de soporte puntual; es decir sirven como arrostriamento entre elementos verticales. Es pues de esta forma que los tensores terminan quedando embebidos en los pedestales de los elementos verticales.

Se consideran como fundaciones porque son elementos enterrados pero no soportan ningún tipo de carga vertical. Otra de sus funciones es contrarrestar momentos de vuelco en zapatas excéntricas.

Sus dimensiones son por lo general más pequeñas que la solera corrida, sin embargo su proceso constructivo y forma en general son muy parecidos.

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CAPÍTULO III: ELEMENTOS VERTICALES


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6.0 PAREDES

Una pared es una estructura sólida vertical que protege o define un espacio. En construcción, las paredes se utilizan como elementos que delimitan espacios, ya sea si estas son paredes con importancia estructural o únicamente funcionan como divisiones.

Los sistemas constructivos para la construcción de paredes han permanecido esencialmente los mismos desde hace mucho tiempo.

Si la pared tiene función estructural se denomina pared maestra, muro portante o muro de carga. Las paredes construidas con bloques de concreto o mampostería confinada casi nunca son sólo un elemento delimitador, sino que comúnmente son también estructurales, soportando vigas, placas, techo o entrepiso.

Estas paredes con función estructural deberán contar con suficiente resistencia para soportar tanto las cargas gravitacionales como las sísmicas en edificaciones, sean estas de una o más plantas.

Las paredes con función estructural siempre deberán de contar con algún tipo de refuerzo en su estructuración.

Por lo general la forma de refuerzo típico es mediante nervios y soleras en la modalidad de mampostería confinada con ladrillo, mientras que en las paredes con modalidad de bloque de concreto por lo general es mediante un refuerzo interior vertical colocado en los huecos de las piezas además de un refuerzo horizontal colocado en las sisas.

Sin embargo es posible la utilización de mampostería confinada acompañada del bloque de concreto, en cuyo caso no se utilizarían refuerzos adicionales.

De acuerdo con su función, las paredes se clasifican en dos grupos:

a) Paredes de división. Son las que no poseen importancia estructural con relación a la edificación y su función únicamente es delimitar espacios.

b) Paredes Estructurales. Son aquellas que, además de soportar las cargas gravitacionales muertas y vivas, resisten las cargas laterales causadas por el sismo o viento.

Las paredes estructurales a su vez se clasifican en:

1. Paredes de carga: las que, además de las cargas laterales, resisten las cargas gravitacionales.


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2. Paredes de rigidez: aquellas que, aparte de las cargas laterales, únicamente soportan su propio peso como carga vertical.

Es muy común en la práctica que para bajar costos al construir se incorporen paredes medianeras como separación entre dos construcciones, es decir que ambas edificación compartan una misma pared.

Esta medida no solamente es prohibida, sino que, únicamente se puede adoptar al construir vivienda en serie y genera problemas de seguridad en un futuro, cuando uno de los propietarios desea hacer modificaciones o ampliaciones en su edificación.

Si uno de los propietarios desea hacer una segunda planta afronta el problema que la pared colindante es compartida por lo que legalmente no podría hacer uso de esta pared para apoyar cualquier elemento adicional.

Si aun así, se construye un segundo nivel en este tipo de pared, se afecta radicalmente la resistencia, rigidez y seguridad de las edificaciones, debido a que introduce nuevas cargas gravitacionales y sísmicas al conjunto de viviendas, afectando no solamente la unidad donde se han realizado las modificaciones sino también al conjunto de edificaciones que comparten paredes medianeras y demás elementos.

Toda construcción debe estar separada de sus linderos con los predios vecinos a una distancia no menor de 5cm.

Esta medida es con el fin de evitar el choque de las edificaciones con las construcciones ubicadas a su alrededor, ya sea que estas sean de un nivel o de dos.

Es recomendable que en una edificación no se presenten diversidad de materiales en la construcción de componentes que desempeñan trabajos

similares. Por ejemplo, si las paredes de carga son de ladrillo, no se deben combinar con bloques de concreto o concreto reforzado.

Figura 49 . Juntas sísmicas en elevación


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Las tuberías y ductos se deberán instalar sin dañar la pared. Se puede realizar una ranura en la pared para guiar las tuberías y ductos siempre que se respete los siguientes los parámetros:

• La profundidad de la ranura no exceda de la cuarta parte del espesor de la pared.

• El recorrido sea vertical, jamás podrá ser horizontal. • El recorrido no sea mayor que la mitad de la altura libre del muro.

En las paredes de bloque de concreto no se podrá alojar tubos o ductos en celdas con refuerzos. Las celdas con tubos y ductos deberán ser rellenadas con concreto después de colocada la tubería.

Figura 50 . Instalación de ductería en pared


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6.1 ELEMENTOS DE UNA PARED

Para que una pared sea capaz de soportar las exigencias que se generan en una edificación se pueden construir elementos que la refuerzan para evitar que esta se debilite o sufra daños con el tiempo o durante un sismo.

A continuación se describen los diferentes tipos de elementos constructivos.

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6.1.2 ALACRANES

Son los elementos estructurales que sirven para darle refuerzo a la pared en el sentido horizontal y horizontal, en lugares como huecos de puertas, ventanas, paredes medianeras, pasillos pórticos, etc.

Ya que cumplen la función de reforzar huecos y aberturas se colocan enmarcando ventanas o puertas. Están sometidos a dos tipos de esfuerzos según su ubicación:

• Esfuerzos verticales, cuando se les ubica en cargaderos de puestas o ventanas,

• Esfuerzos horizontales, cuando se les ubica en marcos o terminaciones de puertas.

Generalmente se conforman por dos varillas unidas por estribos El refuerzo mínimo de los alacranes será de dos varillas No. 3 (9.5 mm) y grapas o estribos No. 2 (6.4 mm) a cada 20 cm. Las varillas No. 2 pueden ser lisas o corrugadas. (Norma especial para diseño y construcción de viviendas, 2004).

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6.2 SISTEMAS CONSTRUCTIVOS Y MATERIALES DE PAREDES

Los diferentes sistemas constructivos surgen como una respuesta a distintas condiciones que históricamente se han ido presentando, algunos por su economía otros por su seguridad y otros como paradigmas de la construcción local. A continuación se describirán criterios y consideraciones para los sistemas más representativos de construcción de paredes.

6.2.1 MAMPOSTERÍA CONFINADA

Este sistema es definido como aquel compuesto por paredes construidas a base de piezas solidas, de barro cocido o suelo cemento, confinadas mediante elementos verticales y horizontales de concreto reforzados. Nervios, si son verticales, y soleras, si son horizontales.

Entre los criterios mínimos para la estructuración de sistemas de paredes con mampostería confinada están:

El espesor mínimo en paredes deberá ser 14 centímetros para paredes de carga y 9 centímetros en paredes de división.

Los nervios y soleras se deberán ubicar a 2.50 metros, conformando de esta manera cuadros de 2.5 x 2.5 m.

Todas las paredes deberán contar con su respectiva solera de coronamiento.

Se deberán ubicar nervios en esquinas, intersecciones, en los extremos y huecos de puertas y ventanas. Los nervios y las soleras deben ser por lo menos del mismo espesor de la pared.

El refuerzo horizontal colocado en las paredes deberá ser continuo a lo largo de la pared, entre dos nervios si se trata de paredes confinadas, o entre dos celdas rellenas y reforzadas con varillas verticales en paredes reforzadas interiormente, si se trata de bloque de concreto. No se deberán dejar traslapes de varillas de refuerzo horizontal en ningún tramo entre celdas rellenas. El refuerzo horizontal deberá anclarse en las celdas rellenas reforzadas.


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Se deberá anclar mediante un doblez a 90 grados colocado dentro de una de ellas. El doblez del gancho deberá ser colocado verticalmente dentro de la celda rellena lo más alejado posible de la pared de la celda rellena en contacto con la mampostería. (Dr. Héctor David Hernández Flores - ASIA, 2004)

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Cuando estas paredes soporten losas de entrepiso deberán diseñarse estos elementos como vigas.

Todas las celdas de bloques en huecos de puertas y ventanas deben ir reforzadas mínimo en sus extremos al menos con una varilla No. 3.

Se Colocarán soleras en todas las repisas de ventana y cargaderos. Estas serán de concreto reforzado o de bloque solera. En el caso de ser de concreto reforzado este elemento deberá tener como peralte mínimo los 10 centímetros por el ancho de la pared y su refuerzo constará de 2 varillas de No. 3 (9.5 mm) y grapas o estribos No. 2 (6.4 mm) a cada 20 cm.

Ya que, las paredes se debilitan por causa de aberturas excesivas para acomodar puertas y ventanas, se deberá dotar extender estas soleras al menos 60 centímetros en ambos extremos de la abertura.

Figura 57 . Ganchos y refuerzos en celdas

Figura 58 . Ubicación de Soleras en cargaderos y repisas


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79

6.2.3 PAREDES DE CONCRETO REFORZADO

Este sistema está definido como aquel a base de paredes de concreto reforzado y colado en el sitio, reforzadas por medio de malla electro soldada de acero.

Este tipo de pared deberá contar con un refuerzo vertical y horizontal uniformemente distribuido con una separación no mayor de 3 veces el espesor de la pared ni mayor de 35 centímetros.

Se colocará como mínimo una varilla adicional No. 3 (9.5 mm) alrededor de las aberturas de puertas y ventanas, que deberá extenderse 40 centímetros más allá de estas aberturas.

Adicionalmente, en las esquinas de dichas aberturas deberá ser colocada una varilla No.3 (9.5 mm) de 80 centímetros de largo en diagonal y centrada con el vértice.

El concreto a utilizar debe contar con una resistencia a la compresión, f´c, a los 28 días o a la edad especificada no menor de 175 kg/cm².Entre sus ventajas se tiene la velocidad del proceso constructivo y la facilidad de modulación para espacios ya que sus paredes son moldeadas y por lo tanto no tiene módulo.

Figura 59 . Elevación pared de concreto


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80

6.2.4 PAREDES DE PANELES REFORZADOS.

Este sistema es modular y el modulo lo establece las dimensiones del panel el cual tiene 1.22 metros de ancho por 2.44 metros de altura. Con esto se evitarán desperdicios del material. Por su costo, rapidez de instalación se vuelve flexible para todo tipo de usos.

Están conformadas por una estructura tridimensional de alambre galvanizado electro soldado, rellenas de polietileno expandido y reforzadas con pines verticales puestos de forma intercalados.

Este tipo de pared puede ser utilizado como pared de carga y de división, para que sea utilizado como pared de carga los paneles deben ir fijados a una estructura metálica, que para el caso puede ser polines encajuelados, acero etc. (Norma especial para diseño y construcción de viviendas, 2004)

Figura 60 .Distribución de refuerzo en pared de panel reforzado


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6.0 COLUMNAS.

Son elementos estructurales cuya función principal es la de trasmitir las cargas de las superestructuras, hacia el sistema de cimentación, la cual forma parte de la subestructura de la edificación.

Además las columnas al igual que las paredes estructurales se constituyen como los elementos verticales que deben tener resistencia sísmica, y según el diseño definen trabajando juntos el sostén de la estructura.

La columna es un elemento sometido principalmente a compresión, por lo tanto el diseño está basado en la fuerza interna, conjuntamente debido a las condiciones propias de las columnas, también se diseñan para flexión de tal forma que la combinación así generada se denomina flexo compresión.

El pre dimensionado de columnas consiste en determinar las dimensiones que sean capaces de resistir la compresión que se aplica sobre el elemento así como una flexión que aparece en el diseño debido a muchos factores. La resistencia de la columna disminuye debido a efectos de geometría, lo que determina el tipo de falla.

El efecto geométrico de la columna se denomina esbeltez y es un factor importante, ya que la forma de falla depende de la esbeltez.

Para la columna poco esbelta la falla es por aplastamiento y este tipo

se denomina columna corta, los elementos más esbeltos se denominan

columna larga y la falla es por pandeo. La columna intermedia es donde la falla

es por una combinación de aplastamiento y pandeo.

Se puede definir una columna como un elemento cuya relación es 3, siendo L la altura o longitud total del elemento y b la menor de sus

dimensiones en planta.

Si el elemento a analizar tiene una relación de 3, el elemento es demasiado corto, su tipo de falla puede ser por aplastamiento.


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Las fallas por esbeltez se producen en columnas con una relación de esbeltez , alta, siendo r el radio de giro de la sección transversal de la

columna. El radio de giro se calcula por .

Se sabe que las columnas esbeltas fallan por pandeo antes que por resistencia, siendo esta una falla típica de elementos a compresión independientemente de la resistencia.

Las fallas por resistencia para columnas ocurren en columnas poco esbeltas, la falla estará determinada por la resistencia del material de la sección transversal.

La carga de pandeo en las columnas es inversamente proporcional al cuadrado de la longitud y directamente proporcional a su módulo de elasticidad y su momento de inercia.

Las condiciones de apoyo son importantes en determinar para fines de análisis lo que se llama la longitud efectiva de la columna. Por ejemplo para un voladizo en una viga; la longitud efectiva es el doble de la longitud real, y para la columna empotrada en sus extremos la longitud efectiva es la mitad de su longitud real.

Cuando se alcanza la carga de pandeo; la rigidez efectiva de la columna a flexión se vuelve cero y la menor carga lateral que se le aplique produce una deflexión repentina.

Por esto, se debe tener en cuenta que las columnas siempre deben de prepararse para trabajar a flexión.

Figura 61 . Distintos tipos de pandeo en columnas

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La resistencia del concreto a compresión, es la resistencia que alcanza una probeta de ensayo a los 28 días y se identifica por fć. La resistencia mínima fć recomendada es de 210 kg /cm2. Por tanto, 0.45 fć, es el esfuerzo máximo resistente a compresión de la columna.

Se aplica la fórmula de pre dimensionamiento para cada una de las columnas tipo, encontramos que las áreas requeridas para las secciones de cada columna son:

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Las áreas reales que tienen cada una de las columnas L y T en la figura equivalen a 3600 cm2, siendo esta área mayor que la exigida por el diseño por cargas de gravedad, podemos concluir que son adecuadas. (Ing. Natividad Sánchez , 2006)


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6.2 DISEÑO ESTRUCTURAL DE COLUMNAS.

Las columnas, al estar sometidas a diferentes efectos que podrían causarles ciertas tipos de daños, es necesario establecer la cantidad de materiales estructurales, necesarias para soportar las cargas aplicadas.

Y es que el diseño estructural de cualquier elemento estructural de la estructura se resuelve por el método de prueba y error. Se hace necesario que en la fase creativa del proyecto estructural plantee el dimensionamiento del concreto o dimensiones tentativas de las secciones transversales de los elementos de la estructura que para el caso de las columnas están referenciadas las dimensiones de ancho y alto.


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6.2.1 DISEÑO DE COLUMNAS DE CONCRETO REFORZADO

Lo cual, en el caso del concreto reforzado se hace que a través del proceso de diseño o de determinación de cantidad de Acero de Refuerzo.

Para el acero de refuerzo de las columnas se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones:

Las columnas de concreto armado pueden ser de tres tipos que son:

• Elementos reforzados con barras longitudinales y espirales • Elementos reforzados con barras longitudinales y estribos • Elementos reforzados con tubos de acero estructural, con o sin

barras longitudinales, además de distintos tipos de refuerzo transversal.

El acero de refuerzo debe de reunirse en capas o lechos de refuerzo para conformar castillos longitudinales de este material y aunque son acompañadas del concreto que las rodea, los esfuerzos están más ligados al acero de barras o varillas de refuerzo.

El número mínimo de varillas longitudinales por capa o por lecho de refuerzo, es de dos, tanto a tensión como a compresión, haciendo entonces un mínimo de 4 varillas longitudinales por sección transversal.

El distanciamiento mínimo entre una varilla y otro en un mismo lecho debe de ser de 2.5cm medido del rostro a rostro de varilla.

El lecho más esforzado debe de estar embebido en el concreto a una distancia mínima de 4cms de la banda extrema, lo cual se es el recubrimiento de concreto. Este recubrimiento mínimo se toma del rostro exterior del refuerzo trasversal el cual está apoyado en el refuerzo longitudinal, donde se combinan varillas en tensión y varillas en compresión.

La posición de las varillas de refuerzo, debe de ser tal que deben de estar completamente alineadas, tanto en lechos a tensión como en lechos a compresión; lo cual indica, que debe de existir simetría al menos en un eje.

El distanciamiento de rostro a rostro de varillas en el lecho menos esforzado en tensión y compresión, no debe de ser mayor de 30 cm. Si no existe la posibilidad que el refuerzo transversal se flexione, y no se tenga un buen confinamiento del núcleo del concreto.

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Se recomienda utilizar varillas de 9.00 mts. y de 12.00mts. de longitud en los tramos de mayor longitud para evitar los traslapes

Figura 64 . Esquema de zonas de confinamiento


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6.2.2 DISEÑO DE COLUMNAS DE ACERO

La Resistencia en columnas de acero ante cualquier modo de pandeo no puede desarrollarse si los elementos de su sección transversal son tan delgados que presenta un pandeo local.

Por lo tanto existe una clasificación de las secciones transversales según los valores límites de la razón entre el ancho y espesor, y se clasifican como compactas, no compactas o esbeltas. Estos valores están dados por formulas aplicables a las secciones de perfiles en relación a su patín y su alma. Por ejemplo Si el patín está conectado en forma continúa al alma y su pandeo corresponde a la categoría compacta entonces se conoce como sección compacta.

Los diseñadores e ingenieros utilizan la sección de acero con el radio de giro más ancho posible, dentro de los márgenes disponibles y teniendo en cuenta las limitaciones del espesor, para reducir la relación de esbeltez y permitiendo mayores esfuerzos críticos. Los métodos de dimensionamiento para acero dependerán del ingeniero estructural y el perfil que considere adecuado y funcional para las necesidades del diseño.

Figura 65 . Perfiles utilizados para columnas metálicas


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CAPÍTULO IV: ELEMENTOS HORIZONTALES


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7. VIGAS

Una viga es un miembro estructural donde las cargas aplicadas son principalmente perpendiculares al eje, por lo que el diseño predominante es a flexión y corte; si las cargas no son perpendiculares se produce fuerza axial, pero esta no es determinante en el diseño debido a que es muy poca.

En estos sistemas cualquiera sea el tipo de cargas aplicadas, si estas actúan perpendicularmente al eje longitudinal del elementos provocan deformaciones por flexión, por lo cual la principal característica de estos elementos es el volumen material para resistir esta deformación.

Deben además de ser elementos rectilíneos, en que la dimensión predominante sea la longitud o área que abarcan, dejando la sección transversal en segundo plano, aunque esta siempre sea voluminosa.

Se conoce como pórtico o marco al conjunto de vigas y columnas en el cual las uniones son rígidas y su diseño está gobernado por flexión en las vigas y flexo compresión en las columnas. En la práctica rara vez se emplean las vigas como elementos aislados, puesto que solo transmiten cargas verticales, y como en la realidad las estructuras también están sujetas a cargas horizontales, se hace necesario entonces anclarlas a los apoyos.

Figura 66 . Flexión (a) y corte en vigas (b) y (c)

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93

Para diseñar y detallar las vigas, el esfuerzo longitudinal requiere como mínimo que los materiales posean como características: F`c = 210 kg/cm2 para el concreto y F`y= 2800 kg/cm2 para el acero.

Para el cálculo de estos elementos se realiza un diagrama intuitivo para el diagnostico del elemento, indicando en donde se producen los momentos críticos; de donde se deduce la forma ideal de la viga, que posteriormente se confirmara con el análisis numérico y cálculo.

Lo anterior establece que las acciones internas por flexión, pueden producir curvatura positiva y curvatura negativa, la cual puede deducirse totalmente a través del diagrama convencional del momento flexionante. El diagrama convencional de fin las variaciones que tiene el momento flexionante a lo largo de toda la viga, y los diagramas de momentos por parte establecen el diagrama individual de cada uno de las cargas que actúan en el cada tramo del elemento como si actuaran por separarlo.

En el diseño de elementos estructurales, como es el caso de las vigas, se requiere diagramar las condiciones del momento flector considerando la influencia del momento que produce cada uno de las cargas en cada uno de los tramos del elemento ya sea apuntalados en voladizos. Lo anterior se hace con la finalidad de establecer diagramas de momentos positivos y diagramas de momentos negativos para posteriormente suponer efectos de la condición de carga gravitacional contrarrestando el momento negativo del momento positivo que proviene de la superposición de los efectos por flexión positiva.

Un factor importante en el diseño de vigas es el de la estabilidad contra el pandeo, puesto que la viga puede soportar bien las cargas de flexión, pero es inestable a cargas de pandeo, de la misma manera que las columnas.

Figura 69 . Secciones de Vigas de concreto armado


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7.1 VIGAS DE CONCRETO REFORZADO

Las vigas de concreto con refuerzo de acero son las que más comúnmente se utilizan en la construcción, ya que, en comparación con su contraparte de acero, son más económicas y su método constructivo está más difundido; a pesar de que su proceso constructivo sea más lento y complicado.


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7.1.1 FALLAS EN VIGAS

Las vigas de concreto se proyectan para evitar los siguientes modos potenciales de fallas, tales como se pueden apreciar en la figura.

a) Falla por flexión: la cara inferior de la viga tiende a alargarse por estar sometida a la flexión. Como el concreto por sí solo no resiste la flexión, estas fuerzas deberían de ser absorbidas por el acero de refuerzo colocado en esa cara.

b) Falla por corte en los apoyos: cuando la viga se flexiona por el incremento de cargas, la cara superior se acorta debido a la compresión, y dependiendo de la cantidad de acero presente en esa cara, el concreto podría triturarse y fallar sin previo aviso. Este fenómeno se da acompañado de fuerzas de cortas, que se manifiestan por fisuras y grietas a 45 grados, cuando no se disponen de suficientes estribos.

Figura 70 . Falla por flexión

Figura 71 . Falla por corte


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7.1.2 REFUERZO EN VIGAS DE CONCRETO

En todas las vigas de concreto deben disponerse de dos tipos de acero de refuerzo, el longitudinal y el transversal.

El refuerzo longitudinal, está conformado por varillas grandes, colocadas en toda su longitud. Tiene como función principal tomar las compresiones y flexiones que el concreto no puede resistir; adicionalmente permite a la viga flexionar sin que se triture el concreto y además pueda disipar, más efectivamente, la energía que se le carga a la estructura.

El refuerzo transversal o estribos, está conformado por un conjunto de barras de diámetro menor al del acero del refuerzo longitudinal, se encuentran dispuestos verticalmente a intervalos regulares y que se amarran a las varillas longitudinales con un gancho doblado a 135 grados.

El objetivo principal del refuerzo transversal es mantener en su posición al acero longitudinal; evitando el pandeo de las barras longitudinales cuando las fuerzas grandes de compresión actúan de manera excesiva sobre la estructura y evitan las fisuras potenciales.

El acero de refuerzo se produce en longitudes comerciales de 6 m y 12 m, debido a esto puede ser necesario realizar traslapes, en cuyo caso, se

Figura 72 . Refuerzo en vigas de concreto


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deberá cuidar de respetar las zonas de confinamiento en donde se producen los mayores esfuerzos a compresión.

Por este mismo motivo la distribución del refuerzo transversal o estribos debe ser tal que, exista menos espaciamiento en las áreas de confinamiento y menos espaciamiento en las zonas centrales de la viga. Comúnmente esta zona es 1/5 de la longitud del claro para estribos cerrados por cortante a ambos lados, y de 3/5 al centro de la viga para flexión.

Ya que, en las zonas laterales, cerca de los apoyos, se producirán esfuerzos cortantes que necesitaran estribos más cerrados, mientras que al centro de la viga se necesita menos rigidez para flexionar. Así también la viga deberá contar con el recubrimiento adecuado.

Figura 73 . Ubicación de refuerzos transversals en vigas


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Por su parte los refuerzos longitudinales deberán ir amarrados a la estructura de las columnas, en el nodo, tal como se aprecia en la figura. El factor db es el diámetro de varilla, mientras que el factor ldh se obtiene multiplicando el número de varilla por 5.

Otras consideraciones a tener en el diseño de vigas de concreto armado son:

• El primer estribo vertical en vigas se colocara a 5 cm. de la cara del apoyo y a partir de ese estribo se empezaran a contar las separaciones especificadas en los planos.

• No debe hacerse ningún traslape del refuerzo superior e inferior dentro de una distancia igual a dos veces el peralte de la viga medido a partir de la cara del apoyo.

• Todos los traslapes deben estar confinados por un mínimo de tres estribos.

• Toda varilla del refuerzo longitudinal de una viga que termine en una columna de borde o de esquina debe prolongarse hasta la cara lejana del núcleo de la columna y rematarse con un dobles de 90° seguida de un tramo recto no menor de 12 diámetros.

Figura 74 . Anclaje en nudos


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7.2 VIGAS METÁLICAS

Las vigas metálicas son elementos que trabajan a flexión. Frente a acciones determinadas, sus fibras inferiores están sometidas a flexión, mientras que las superiores, a compresión.

Los esfuerzos axiales, al actuar a una distancia de la fibra neutra de la barra, provoca un esfuerzo de momento de giro.

El acero posee una resistencia tal que responde en forma similar en los dos ejes, tanto longitudinal como transversal. Cuanto más lejos se disponen una de otra las masas de acero, mayor es su distancia y su inercia, en consecuencia, mayor será el momento flector que absorban, requiriendo una menor cantidad de acero para soportar eficazmente los esfuerzos.

Entre los distintos tipos de vigas metálicas de alma llena tenemos:

Los perfiles laminados en forma de l ó t ó doble t, forman un conjunto de tipologías diferentes, de características adecuadas y económicas para responder a la flexión, pues las masas de acero se disponen en los extremos o alas, y el alma actúa simplemente a manera de unión. La cantidad de acero en el alma es menor que en los extremos.

Existen también, los perfiles alveolares o aligerados, conocidos como vigas Boyd, son obtenidos por mecanización de perfiles estándar, se adecúan en forma óptima para trabajar a flexión. Además son más estéticos y permiten el paso de instalaciones a través de los alvéolos. Por lo general, los alvéolos son circulares o hexagonales.

Con su empleo no se necesita reducir la altura de la planta del edificio; es por esto que se le elige, aún con el costo más elevado que insume este tipo de perfiles.

Es también posible fabricar nuevos perfiles a través de la unión por soldadura de otros perfiles. Estas vigas son las llamadas vigas armadas. Pero requiere una cantidad mayor de mano de obra que encarece finalmente el trabajo.

Todas las consideraciones para el dimensionamiento de secciones y capacidades de carga para vigas de acero deberán ser provistas por un profesional de ingeniera capacitado.


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7.3 DIMENSIONAMIENTO DE VIGAS Las reglas que se darán para el pre dimensionamiento de las vigas, serán en concordancia con su función estructural, de acuerdo a su función tenemos: vigas primarias, vigas secundarias y vigas en voladizo.

7.3.1 DIMENSIONAMIENTO DE VIGAS PRIMARIAS

El dimensionamiento de vigas primarias debe garantizar rigidez y resistencia para soportar las cargas de gravedad y las cargas sísmicas. En la figura estas vigas conforman los tableros de los ejes A, B, 1, 2 y 3. Se recomienda usar peraltes equivalentes a una fracción de la luz libre L, comprendidos entre .a .El ancho de las vigas puede ser 0.30 a 0.50 de su peralte. El ancho mínimo debe ser 0.25 m. Tanto el peralte como el ancho de las vigas serán redondeados a valores inmediatamente superiores múltiplos de 5 cm.

Por ejemplo, en la figura en las vigas de los ejes A y B, cubren luces libres de 7.70 m. Aplicando las reglas de dimensionamiento se tiene: Peralte = . 0.77 , se redondea el valor a 0.80 m.

Ancho = 0.30 del peralte = 0.30 x 0.80 = 0.24, se redondea a 0.25 m.

Las vigas de los ejes 1, 2 y 3, pueden tener menor peralte por su menor luz. Sin embargo, puede usarse también el mismo peralte que las vigas de los ejes A y B por diseño arquitectónico y conveniencia

Figura 75 . Tipos de Vigas


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7.3.2 DIMENSIONAMIENTO EN VIGAS SECUNDARIAS

El dimensionamiento de estas vigas debe garantizar rigidez y resistencia para soportar sólo cargas verticales o de gravedad. Las dimensiones dadas a estas vigas están en función de las cargas de gravedad que van a soportar. Pueden ser para soportar cargas localizadas en la losa del piso o para soportar piso, cuando se trata de disminuir luces. De acuerdo a esto, se toman en cuenta los siguientes criterios de dimensionamiento:

Si las vigas soportan losa de piso, deben tener peralte mínimo de , de acuerdo a la carga que soportan. Sin embargo, generalmente por razones arquitectónicas, se dimensionan con peraltes similares a los de las vigas primarias que los soportan.

Si las vigas sólo soportan cargas que actúan directamente sobre ellas, pueden ser consideradas del mismo espesor de la losa.

Por ejemplo, en la figura anterior, la viga de borde del voladizo, está soportando la losa aligerada comprendida entre los ejes A y A’ y cubre una luz libre de 8.80 m.

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7.3.3 DIMENSIONAMIENTO EN VIGAS EN VOLADIZO

Generalmente estas vigas son dimensionadas para soportar cargas de gravedad y cargas sísmicas verticales. Sin embargo, el dimensionamiento estará en función de la magnitud de las cargas de gravedad que van a soportar.

Si las vigas en voladizo soportan techo, se pueden usar peraltes comprendidos entre 1 6 a 1 4 de la luz del voladizo.

Si las vigas sólo soportan cargas directamente apoyadas sobre ellas o son continuación de los pórticos, pueden ser consideradas chatas.

Por ejemplo, en la figura, las vigas en voladizo de los ejes 1, 2 y 3, que tienen luces de 3 m, soportan indirectamente el aligerado comprendido entre los ejes A y A’. La viga de borde del eje A’, transmite el peso del aligerado a cada una de estas vigas en voladizo. Según la regla dada, el peralte que debería tener esta viga es igual a 0.75 . También por razones arquitectónicas se les puede considerar con peraltes iguales a los de la viga primaria.


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8. LOSAS

Son elementos estructurales cuya función principal es la de trasmitir un alto porcentaje de cargas que provienen de eventos gravitacionales a los elementos que completan la súper estructural.

En general las dimensiones en planta de una losa son relativamente grandes en comparación con su peralte. Las losas que funcionan en una dirección, son aquellas que trabajan únicamente un la dirección perpendicular a los apoyos, esto sucede cuando en una losa perimetralmente apoyada existe un lado que es dos veces o más de dos veces grande que el otro lado.

Su configuración estructural está definida a partir de sus condiciones de apoyo, los cuales delimitan el tablero del que consta el sistema, haciendo sus condiciones de apoyo más comunes, el sistema de vigas secundarias o vigas principales que conforman el nivel del edificio aunque, podrían estar directamente apoyadas sobre las columnas y también sobre paredes estructurales o paredes de carga que conforman las formas estructurales que definen el sistema estructural de la edificación.

La característica principal que debe cumplir toda losa está enfocada a la característica primordial que debe de tomarse en cuenta en estructuración de edificaciones, como lo es el poco peso derivado de las dimensiones en las cargas aplicadas al sistema de losa, referenciando estas porcentualmente a las cargas muertas que actúan sobre él, o que las cargas vivas al estar ligadas a los índice de funcionamiento un esfuerzos para cada nivel de la edificación , no está en discusión la posibilidad de cambiar el uso o destino que se desee para cada una de las losas de la edificación.

El diseño de losas es por consiguiente, similar de las vigas, con algunas características que pueden cambiar. Se recomienda iniciar el diseño fijando un valor del peralte que garantice que no ocurran deflexiones excesivas, ya que esto es el factor que suele regir en el diseño.

Figura 76 . Losa Aligerada


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Una vez determinado el espesor total de la losa, se calcula el peralte efectivo restando el recubrimiento del espesor. El ACI recomienda un recubrimiento libre de 2 cm para losas no expuestas a la intemperie o no coladas contra el suelo, como las zapatas de cimentación.

El cálculo de los momentos flexionantes y de las fuerzas cortantes puede realizarse después, considerando que la losa es una viga continua de un metro de ancho con carga uniforme, Puede usarse cualquier método de análisis elástico o bien los coeficientes de momentos que se presentan en los manuales de diseño. Al igual que para vigas, el claro se contara a partir del centro de los apoyos, excepto cuando el ancho de éstos es mayor que el peralte efectivo; en este caso, el claro se cuenta a partir de la sección que se ubica a medio peralte efectivo del paño interior de los apoyos.

Ya habiendo determinado el peralte efectivo, y los momentos flexionantes, se calcula el refuerzo necesario con las ecuaciones de flexión de vigas, con las gráficas correspondientes. El refuerzo obtenido se coloca en dirección paralela a las franjas, o sea, en la dirección del claro considerado.

En dirección perpendicular es necesario colocar también refuerzo para resistir los esfuerzos producidos por contracción del concreto y por cambios de temperatura, y por falta de uniformidad de la carga. Tanto el refuerzo por flexión como el de contracción y cambios de temperatura, deben satisfacer ciertos requisitos de cuantía y separación.

Las losas se pueden dividir en dos grandes grupos: perimetralmente apoyadas y planas. Las losas apoyadas perimetralmente son aquellas que están apoyadas sobre vigas o paredes en sus cuatro lados, y que por tanto trabajan en dos direcciones, a diferencia de las losas en una dirección que, estructuralmente sólo se apoyan en dos extremos. Las losas planas, son aquellas que se apoyan directamente sobre las columnas, sin existir ninguna

Figura 77 . Losas planas y perimetralmente apoyadas


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105

trabe entre columna y columna. Este sistema estructural fue ampliamente utilizado en todo el mundo.

Sus principales desventajas, es el enorme cortante que se produce en el apoyo entre columna y losa ,que se puede disminuir con el uso de capiteles, y la relativa independencia de las columnas, que al no formar un marco rígido se pandean y flexionan a diferentes ritmos cada una.

Dentro del contexto de criterio estructurales de poco peso existen losas más pesadas que otras, a partir de que algunas de estas losas son completamente solidas mientras que otras aligeran su peso cuando están provistas de ciertos huecos que además de aligerar el peso de una losa adecuan las instalaciones hidráulicas y otros tipos de ductos; y sirven para las instalaciones en la edificación.

Pero este peso proviene del peso propio de la losa, que las hacen unos más pesados y otras más livianas, pero el criterio de estructuración ligado al poco peso está ligado a la incorporación de elementos estructurales u acabados que podrían reunir a materiales muy pesados por lo cual no está llegando directamente al propio peso de la losa.

Además del parámetro del peso propio la clasificación del sistema de peso está ligado a la dirección del armado que se establece a partir del análisis de efectos y flexión ya sea en una o ambas direcciones lo cual hace que se incluya una clasificación general basado particularmente en este parámetro.

Dentro de la clasificación general de losas podemos clasificarlas en función de la dirección en la que trabajan y como de flexionan bajo la acción de cargas y su clasificación puede ser la siguiente:

8.1 LOSAS UNIDIRECCIONALES

Es un sistema de losa cuyo refuerzo longitudinal resiste momentos en una solo dirección, por lo cual el armado se da en la dirección perpendicular al eje del momento aplicando y considerando que para disminuir los efectos por pandeos, el claro en cuestión se dará en la dimensión más corta del tablero. Las losas con dimensiones >2, se considera que trabajan por flexión y corte en la dirección más corta, por lo que se suele llamar a éstas losas como armadas en una dirección. Entre estas se tiene:

1. Losa densa o solida: losa colada en sitio de la estructura; su característica principal es que se construyen como las losas prismáticas o de espesor constante. Resiste efectivamente cargas


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vivas de mayor cuantía y sus claros pueden ser relativamente grandes. Su condición de unidireccional se da a partir de la relación geométrica del claro largo y el claro corto del tablero.

2. Losas nevadas: sistemas de losas estructurados con el objetico de

un ahorro sustancial de concreto para la conformación de la losa, y está conformada por un conjunto de nervaduras o viguetas en una de las direcciones ortogonales a base de vigas “tee” lo que hace que el espesor de la losa podría variar para efectos de análisis.

3. Losa ZAP: es un tipo de losa conformada por un conjunto de

viguetas a base de elementos de relleno de barro cocido, a partir de los cuales se configuran secciones cítricas que toman la forma de vigas “tee” pero con almas trapezoidales. su desventaja es que no pueden soportar ni claros ni cargas vivas muy graves, lo que los hace adaptables a configuraciones estructurales en las cuales se incorporado un conjunto aceptable de vigas secundarias lo que a la vez elevaría los costos de la edificación.

4. Losa Coopresa: es un tipo de losa aligerada, conformada avance

de vigas “tee” las cuales son definidas por viguetas prefabricadas que contienen refuerzo en el lecho inferior consistente en cable de acero de alta resistencia y que podrían resistir flexión positiva, además la vigueta contiene un refuerzo longitudinal conformado por varillas que conforman una celosía a cada 60cms las cuales son coronadas a su vez por un refuerzo horizontal que podría resistir flexión negativa, pero en algunos casos podría ser insuficiente para resistir efectos por flexión en torno a los nudos, sobre estas viguetas, va sosteniendo el material de relleno, consistente en bovedillas a base de block de concreto son las correspondientes concavidades o huecos que aligeran su peso y que sirven conjuntamente con las viguetas en la conformación de las vigas “tee” sujetas al análisis.

5. Losa Prexcon: está conformado a base de losetas de concreto pre

forzado de baja densidad lo que aligera sustancialmente su peso; lo cual es motivo para emplear este tipo de losas en sistemas de piso que resistían cargas vivas mínimas y claros bastante cortos:


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por lo cual es empleado oportunamente como losas de piso en viviendas.

8.2 LOSAS BIDIRECCIONALES

Sistema de losa que resiste flexión en ambas direcciones ortogonales por lo que requieren de acero de refuerzo longitudinal en la dirección de análisis y dirección de la losa de análisis. Su estructuración puede basarse particularmente a partir de tableros o paneles de formas irregulares, aunque puede utilizarse en tableros regulares.

Con dimensiones que tienen la relación ≤ 2, se les llama losas armadas en dos direcciones y entre ellas se tiene:

1. Losas densas: esta losa carga en ambas direcciones generando carga hacia todas las vigas que bordean cada tablero o panel de losa; su configuración estructural a partir del armado de la losa viene de la relación geométrica entre el claro largo y el claro corto del tablero.

2. Losa nervada de tipo reticular celulado: son sistemas de losa que

resisten flexión en ambas direcciones ortogonales , pero que por su configuración, presentan ciertas disminución en el peso de la losa por lo concierne a las cargas muertas producidas por su propio peso y que están conformadas a base de vigas “tee” en ambas direcciones lo que define un conjunto de retículas o cajones

Figura 78 .Losa unidireccional


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que hacen que el peso de la losa disminuya sustancialmente y puedan resistir cargas y claros relativamente grandes.

3. Las losas densas sin vigas: son sistemas de losa que pueden

resistir flexiona bidireccional pero bajo ciertas restricciones que las hacen casi impermeables, ya que la superficie de contacto de los apoyos de estas losas es mínima, lo que lo hace con características de bastante inestabilidad por lo que no pueden ser utilizadas como losas en edificaciones. La superficie de contacto pierde incrementarse al tener un ensanchamiento en la sección transversal; en su nivel superior.

Figura 79 . Losa bidireccional


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8.3 DIMENSIONAMIENTO DE LOSAS

En el siguiente apartado se podrá encontrar solución a los peraltes de losas adecuados según los tipos de losas que pueden ser de una dirección y de dos direcciones.

8.3.1 DIMENSIONAMIENTO DE LOSAS DENSAS ARMADAS EN UNA DIRECCIÓN

Los espesores de las losas densas, armadas en una dirección, se pueden pre dimensionar, como una fracción de la longitud corta entre apoyos (lc), como , con el motivo de no realizar mayores cálculos. Se recomienda utilizar este tipo de losas hasta luces máximas de 7.50 m. De acuerdo a este criterio de Pre dimensionamiento se recomienda emplear los espesores indicados en la siguiente tabla.

Espesor Condición 0.12 – 0.13 m Luces menores o iguales a 4 m 0.15 m Luces entre 4 y 5.5 m 0.20 m Luces entre 5.5 y 6.5 0.25 m Luces entre 6.5 y 7.5

Tabla 2. Espesores recomendados para losas macizas armadas en una sola dirección

Cuando las losas macizas deben ser armadas en voladizo, el espesor de la losa será igual a .

Figura 80


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8.3.2 DIMENSIONAMIENTO DE LOSAS DENSAS ARMADAS EN DOS DIRECCIONES

Los espesores de las losas densas armadas en dos direcciones se pueden pre dimensionar, como una fracción de la longitud más corta entre apoyos (lc).

Como un ejemplo de aplicación, si una losa tiene dimensiones: lc = 6 m y L = 10 m. Para encontrar espesor de la losa, se verifican las dos condiciones:

Condición 1: 0.15

Condición 2: 0.18

Manda la condición más desfavorable y por tanto el espesor requerido será 0.18 m.

8.3.3 DIMENSIONAMIENTO DE LOSAS ALIGERADAS ARMADAS EN UNA DIRECCIÓN

Para decidir si se emplea aligerados armados en una dirección, no se utiliza la relación entre el largo y ancho de la losa, como es el caso de las losas macizas. La dirección en que son colocadas las viguetas son las que definen el comportamiento de éstas.

Sin embargo, por razones económicas y de rigidez, debe preferirse armar el aligerado en la dirección más corta, siempre y cuando los apoyos sean vigas peraltadas. El ingeniero estructural puede variar la dirección de armado

Figura 81


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de las viguetas para darle continuidad a la estructura. Paños cuadrados también pueden tener aligerados armados en una dirección.

Los espesores de los aligerados armados en una dirección, se pueden pre dimensionar como una fracción de la longitud libre (lc). El espesor requerido es , para no verificar deflexiones ni realizar cálculos., con sobrecargas máximas de 350 kg/m2.

Para sobrecargas mayores, puede utilizarse espesores equivalentes a . Las luces máximas de aligerados de diferentes espesores para sobrecargas

menores a 350 kg/m2 son:

Espesores de Losas Aligeradas

Luz libre máxima Espesor

4 m 0.17 m

5 m 0.20 m

6 m 0.25 m

7.5 m 0.30 m

Tabla 3 . Espesores de losas aligeradas según su claro

Cuando las losas aligeradas deben ser armadas en voladizo, el espesor de la losa será igual a .

Figura 82

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9. ESTRUCTURA DE CUBIERTA

Un techo se compone de estructura y cubierta.

La pendiente es la que permite establecer los tres grandes grupos en que se dividen las cubiertas:

• Aquellas de pendiente muy pequeña, de superficie casi horizontal, ejecutadas generalmente sobre una superficie horizontal, por ejemplo una losa de concreto armado, y su aplicación más común es la azotea; reciben el nombre de cubiertas. Planas.

• Aquellas de pendiente acentuada, a veces muy fuerte, ejecutadas sobre una base inclinada, una estructura metálica o de madera, generalmente, cuyo tipo representativo es el techo de una o más aguas; reciben el nombre de cubiertas en pendiente.

• Aquellas de pendiente variable en el sentido vertical, Según directrices curvas en una o más direcciones; reciben el nombre de bóvedas y cúpulas.

La estructura de un techo está conformada por una estructura primaria y una estructura secundaria. Estos elementos tienen la función de soportar su propio peso y el de la cubierta, además de las fuerzas externas como la del viento y cargas vivas por reparaciones, dichas fuerzas pueden generar deformaciones en los elementos según la dirección en la que actúen las fuerzas y para eso es necesario que tanto la estructura primaria como la secundaria estén debidamente arriostradas.

La estructura primaria, es la estructura que soporta, tanto la estructura secundaria como la cubierta y transmite la carga a las paredes de soporte o a las columnas

La estructura secundaria, cumple la función de ser el soporte donde se instala la cubierta, además de arriostrar a la estructura primaria. Generalmente se coloca a una distancia modular según el material de la cubierta.

El material con que se construye la estructura de la cubierta puede ser metálico o de madera y las especificaciones y dimensiones dependerán del diseño y del tipo de cubierta. Un material muy liviano para cubierta, débilmente afirmado sobre su base, resulta peligroso bajo la acción de fuertes vientos.

Es así que según el material que se haya propuesto en el diseño, existe una relación entre el claro o luz y el peralte del elemento.


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La estructura del techo puede apoyarse sobre paredes portantes o sobre un modulo de columnas, teniendo en cuenta que si se apoya sobre columna, puede optarse por que la estructura del techo sea independiente del resto de la edificación, si no es importante tener en cuenta que los elementos donde se apoyará el techo; surgen desde las fundaciones y no en el ultimo nivel.

En esta monografía se abordaran únicamente estructuras de cubierta metálicas, pero en nuestro país también son comunes las estructuras para cubiertas fabricadas con madera.

La estructura metálica para cubierta es el elemento estructural construido en acero, que tiene la función de soportar tanto su propio peso como el de la cubierta, además de cargas externa, como el viento y en algunas ocasiones cargas vivas. Se pueden considerar dos tipos de estructuras:

• Alma abierta; como las vigas macomber y las tijeras • Alma llena; como el polín c y las vigas de acero estructural.

Así también según la carga que soportan pueden ser estructura primara y secundaria. La estructura primara es la que soporta más carga incluyendo según sea el caso el peso de la estructura secundaria; mientras que la secundaria la función de arriostrar y distribuir cargas de la cubierta a la estructura primara.

Por lo general ambas estructuras van sujetas entre sí a través de la soldadura. Dependiendo de los claros, cargas y otras condiciones a las que esté sometida la cubierta la estructura primaria y secundaria tendrán una estructura diferente. Pueden surgir varias combinaciones entre las estructuras de alma llena y las de alma abierta, siempre y cuando se tenga en consideración que las estructura primaria siempre deberá ser más resistente que la secundaria, ya que, según sea el diseño la primera deberá de alguna manera soportar a la segunda.


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9.1 CUBIERTAS

La cubierta tiene como función principal proteger a los usuarios de una edificación de las inclemencias del clima.

Las características que una cubierta debe cumplir son: impermeabilidad, es decir, evita el paso del agua, y aislamiento, evitando el paso del frio y el calor.

las cubiertas pueden construirse con diversos tipos de materiales, desde fibras orgánicas hasta sofisticados metales, según el material y las especificaciones del fabricante ; se establecen distintos tipos de módulos para las cubiertas, tal es el caso de las laminas metálicas, troqueladas que permiten techar mayores claros con el menor número mide traslapes, no obstante así las tejas de barro, que su dimensión es más pequeña por lo tanto es necesario establecer incluso, hasta una estructura terciaria para salvar los traslapes. Existen también en el mercado de materiales otros tipos de cubiertas como laminas acanaladas de fibrocemento, que son las más utilizadas, estas permite un modulo de apoyo muy versátil.

Es así que dependiendo del sistema constructivo de la cubierta, será el modulo estructural y el tipo de accesorios.

Entre los accesorios para la cubierta pueden encontrarse:

• Canal para agua lluvia,

• Capotes para cumbreras.

• Botaguas en las partes superiores de las paredes.

Figura 86 . Cubierta metálica


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El canal es un elemento ubicado al extremo más bajo de la pendiente de una cubierta y recoge el agua de la cubierta para encausarla hacia las bajadas.

Estos canales pueden ser de diversos materiales y de eso depende su sistema de instalación. Es necesario que el diseñador especifique en la planta de techos, la ubicación del canal además de las bajadas de aguas lluvias.

Entre algunos de las clases de cubiertas que existen se tiene:

a. Cubierta de lámina metálica

Este tipo de cubierta se conforma a base de laminas metálicas, modulares, que tienen la ventaja de cubrir mayores longitudes evitando los traslapes, entre piezas y esto ayuda para que en los diseños puedan existir menores pendientes.

Las láminas pueden ser lisas, acanaladas y troqueladas, todas de diversos materiales metálicos

b. Laminas de fibrocemento

Este tipo de cubierta está conformada por láminas de fibrocemento, siendo un sistema modular, es decir de tamaños específicos dados por el fabricante.

Con este tipo de cubiertas pueden considerarse pendientes desde 12%.La longitud de traslape vertical es de al menos 15 cm.

Los polines o estructura secundaria se colocan en cada traslape y en algunos casos se colocan en cada traslape y en algunos casos se colocan polines intermedios dependiendo de los tamaños de las laminas. El alero máximo que puede tener una lámina sin apoyo es de 30cm.

Figura 88 . Detalle de canal Figura 87 . Detalle de botaguas


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c. Cubiertas de barro

Este tipo de cubierta se conforma con tejas de barro cocido y pueden ser teja romana o teja árabe. La teja romana tiene un modulo estructural de madera, sin embargo el proceso constructivo de ambas es muy similar a excepción del sistema de fijación.

Figura 89 . Cubiertas de barro


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10.0 ESCALERAS

La escalera es un elemento de circulación vertical, que comunica un nivel con otro. Generalmente una escalera es un elemento independiente de la estructura de la edificación ya que de esta forma logra un mejor comportamiento estructural.

Las dimensiones de una escalera dependen de la función que cumplan y de la ubicación que tengan. En este sentido las escaleras pueden estar ubicadas al exterior o interior de una edificación.

Una escalera está compuesta por peldaños y descansos. Cada peldaño se compone de una huella y una contrahuella, que consiste en el peralte del peldaño, y sus dimensiones se dispondrán según la normativa aplicable para tipo de edificación.

Sin embargo se puede generalizar que para que la escalera tenga las dimensiones adecuadas para su uso, la huella deberá tener como mínimo 28 centímetros y la contrahuella como máximo 20 centímetros. Así también por

Figura 90 . Escaleras

Figura 91 . Escaleras forjadas


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normativa se estipula que los descansos se dispondrán por lo menos cada 10 peldaños. Es recomendado por motivos de seguridad y accesibilidad contar con pasamanos para escaleras que cubran alturas mayores a los 80 centímetros.

La forma de una escalera varía según el diseño, ubicación y limitantes de la edificación de la que formará parte. Entre algunas formas que pueden adoptar las escaleras en planta tenemos: rectangular o lineal, en forma de U, en forma de L., triangular, en espiral, caracol.

Generalmente el sistema constructivo que se utilice para fabricar una escalera depende en gran parte de lo que resulte conveniente, en términos de tiempo, economía, forma y espacio.

Cuando el desarrollo de las escaleras sea en voladizo siempre deberán ir amarradas a las vigas y no a las paredes. Es por esta razón que se requiere una rampa o losa de escaleras que ira amarrada directamente a las vigas y con su respectiva fundación; teniendo el cuidado de dejar los peldaños despegados de las paredes. Los tipos más comunes de escaleras según su material son:

Escaleras de concreto. Se construyen a base de rampas de concreto armado, las cuales por un lado apoyan en losas de escalera y, por el otro, sobre vigas, también de concreto, completando así un amarre que sustenta la estructura.

Son las más resistentes a cargas y al fuego. Además como el concreto es moldeable, pueden adaptarse a todas las formas de plantas.

Figura 92 . Escaleras de concreto


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El diseño de la losa de escaleras deberá realizarse como todos los elementos de concreto del mismo tipo; es decir, con su acero de refuerzo repartido en lechos inferiores y superiores, así también contara con el recubrimiento de concreto adecuado y con el amarre a otros elementos de concreto.

Escaleras de hierro. Como material de construcción para escaleras, el hierro es bueno porque como no tiene más forma que la de fábrica, puede dársele adaptabilidad a toda clase de plantas, sin embargo no es del todo adecuado por su mal comportamiento en caso de incendio, donde con el calor pierde su rigidez rápidamente, y por lo tanto, la escalera deja de tener uso como ruta de evacuación.

Toda escalera de hierro se compone de un entramado fundamental que es el elemento sustentante de los descansos y los peldaños. El entramado, como en otras escaleras se compone de las vigas para apoyo de peldaños y de apoyo para el descanso.

Escaleras de aluminio. El aluminio sirve para la ejecución de escaleras de aluminio, tanto en su parte estructural, como del peldaño. Tiene un elevado costo. Este material se utiliza mas en construcciones modernas, de locales de comercio, oficinas e incluso viviendas.

Figura 93 . Amarre de losa de escaleras a cimentacion y vigas

Figura 94 . Escaleras metálicas


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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

“La mejor estructura no garantizará los resultados ni el rendimiento. Pero la estructura

equivocada es una garantía de fracaso.”

Peter Drucker (1909-2005) Escritor y consultor austriaco.

Los criterios y recomendaciones que esta monografía brinda no buscan formar arquitectos calculistas, sino más bien, profesionales con criterios mínimos en áreas integrales al diseño arquitectónico. Ya que, el diseño estructural siempre deberá ser realizado o consultado con un profesional de ingeniería competente.

El estudiante de arquitectura debe asimilar la importancia que tiene el adecuado aprendizaje de las estructuras dentro de los diferentes cursos, pues esta será fundamental e indispensable dentro de su vida profesional.

Es conveniente que en las futuras actualizaciones del plan de estudio de la facultad de arquitectura, se incluya en el pensum, el tema de esta monografía para mejorar la enseñanza estructural del alumno de arquitectura. El modelo actualmente utilizado en la facultad de arquitectura, excusa sus deficiencias en el supuesto de que es imposible ahondar más en temas de este tipo, ya que, por su naturaleza práctica deberían ser aprendidos una vez en el área laboral.

Es entonces urgente implementar un curso basado en la enseñanza de criterios sismo-resistentes, configuración estructural y diseño estructural, esto debido a que, el plan de estudio actual puede, sin ningún problema, ajustar sus materias estructurales y técnicas para abordar los criterios aquí expuestos. Esto con el valor agregado que estas materias podrían pasar a ser de campo, es decir, en sentido que su contexto y su desarrollo pueden ser fácilmente observados.


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