monografia ingenieria estructural

INGENIERÍA ESTRUCTURAL

Curso: Metodología del Aprendizaje I

Docente: Dr. Edwards Jesús Aguirre Espinoza

Alumna: Catherine Sylvie Valencia Villalba

Código: 2011221877

CUSCO PERÚ

2011

NIVERSIDAD ALAS PERUANAS - FILIAL CUSCOEscuela Profesional de Ingeniería Civil

INDICE

INDICE..............................................................................................................................................1

Capítulo 1 : INTRODUCCIÓN....................................................................................................3

Capítulo 2 : OBJETIVOS..............................................................................................................5

Capítulo 3 : PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA..................................................................6

Capítulo 4 : MARCO TEORICO..................................................................................................7

I PUENTES.............................................................................................................................7

1) Los primeros puentes.................................................................................................7

2) Los puentes modernos...............................................................................................8

a) Puentes de tirantes.................................................................................................8

b) Puentes colgantes o de tirantes.........................................................................9

c) Puentes en arco de acero.....................................................................................9

d) Puentes en arco de hormigón.............................................................................9

e) Puentes en arco de piedra.................................................................................10

f) Puentes de vigas trianguladas..........................................................................10

g) Puentes de pontones...........................................................................................10

h) Puentes móviles.....................................................................................................11

II : EDIFICACIONES............................................................................................................12

1) CARGAS DE UN EDIFICIO.........................................................................................12

a) Cimientos.....................................................................................................................13

i) Condiciones del suelo..................................................................................................13

ii) Tipos de cimientos.......................................................................................................14

iii) Nivel freático................................................................................................................15

b) Estructura....................................................................................................................15

i) Edificios de una o dos plantas......................................................................................16

ii) Edificios de varias plantas............................................................................................17

c) Muros exteriores (fachadas) y cubiertas......................................................................18

d) Separaciones interiores...............................................................................................19

e) Control ambiental........................................................................................................19

f)Sistemas eléctricos y de comunicación.............................................................................19

INGENIERÍA ESTRUCTURAL página 1


g) Transporte vertical.......................................................................................................20

h) Suministro de agua y eliminación de residuos.............................................................20

III : PRINCIPIOS DE INGENIERÍA ESTRUCTURAL EN ZONAS SÍSMICAS..............21

1) ANTECEDENTES..........................................................................................................21

2) Capacidad de predicción.........................................................................................22

3) Desempeño inadecuado..........................................................................................23

4) Estrategia de las normas vigentes.......................................................................23

5) Selección del sitio.......................................................................................................24

6) Acciones de diseño....................................................................................................24

a) Aceleración máxima del terreno..................................................................................24

b) Acción simultánea de varias componentes..................................................................25

c) Caracterización de las acciones de diseño...................................................................26

i) Espectros de respuesta elástica...................................................................................26

ii) Espectros de diseño.....................................................................................................27

d) Configuración y Estructuración....................................................................................27

i) Irregularidades en planta.............................................................................................28

ii) Irregularidades en elevación........................................................................................28

iii) Estructuración..............................................................................................................28

iv) Verificación de la seguridad.........................................................................................29

Capítulo 5 : CONCLUSIONES..................................................................................................30

Capítulo 6 : BIBLIOGRAFIA......................................................................................................31



Capítulo 1 : INTRODUCCIÓN

El termino ingeniería estructural se aplica a la especialidad de la ingeniería civil

que permite el planeamiento y el diseño de las partes que forman el esqueleto

resistente de las edificaciones más tradicionales como edificios urbanos,

construcciones industriales, puente, estructuras de desarrollo hidráulico y otras.

El esqueleto estructural forma un sistema integrado de partes, denominadas

elementos estructurales: vigas, columnas, losas, zapatas de cimentación y otros.

A menudo se requiere resolver problemas de elevada complejidad que se

resuelven mediante técnicas de elementos finitos que obligan a penetrar en los calculo

diferencial e integral de diversas variables, temas de álgebra lineal, ecuaciones

diferenciales y métodos numéricos.

El Ejercicio Profesional

La actividad profesional del ingeniero estructural se inicia con un bosquejo

arquitectónico de la futura edificación, en el cual se comienzan a definir las

dimensiones generales tanto en planta como en alzado. Compara las alternativas

referentes al material básico de construcción: la conveniencia de usar concreto

reforzado o pre esforzado, acero, madera, mampostería confinada o reforzada,

aluminio u otras posibilidades más recientes. Asimismo define previamente las

dimensiones longitudinales y transversales de los elementos estructurales. En la

ingeniería estructural de las obras urbanas, el trabajo entre arquitectos e ingenieros

resulta a menudo inseparable.

Definidas las características geométricas preliminares se pasa al proceso de pre

dimensionamiento de los elementos estructurales: dimensiones de las vigas y

columnas, características de la cimentación, definición de escaleras, muros de

contención, posición de ductos de aire acondicionado. Luego se evalúa las cargas que

soportara la edificación: cargas muertas que son cargas que no varían dentro de la

estructura ni a lo largo del tiempo; cargas vivas que varían en espacio o en el tiempo,

por el ejemplo, el peso de los ocupantes y los muebles.



El ingeniero a cargo debe analizar las fuerzas de reacción y deformaciones que

del esqueleto resistente debido a las cargas. Para esto muchos ingenieros. Muchos

ingenieros disponen de programas computarizados en sus oficinas para la solución de

los problemas corrientes. Algunos de los programas empleados tienen capacidades

graficas que generan dibujos de las fuerzas internas y deformaciones para muchos

estados de carga. Si las fuerzas internas ( torsión, momento flexor y cortante)

obtenidas del análisis resultan compatibles con las resistentes y las deformaciones se

suponen terminada la primera fase del procedimiento. Se pueden cometer errores al

confiar demasiado en los resultados automatizados. Si algo falla y no hay quien revise

el producto automatizado puede haber consecuencias como pérdidas humanas y de

capital.

Luego se procede al refinamiento del diseño: se trata de llegar a un modelo que

resulte de modo razonable más económico y funcional; al decir razonable queremos

decir que se tenga en cuenta la facilidad constructiva de lo que se analiza y se diseña.

La fase de elaboración de los planos debe ser ejecutada por ingenieros de alta

experiencia buscando que en definitiva los planos contengan lo que se debe de

construir. Los planos de construcción deben de ser claros, indicando los materiales a

usar, detalles de refuerzo, con las indicaciones precisas de las dimensiones y de las

etapas previstas. Además deben de ser elaborados previendo que el constructor no se

vea obligado a tomar medidas a escalas ni hacer deducciones.

El ingeniero civil maneja diversos materiales en la especialidad estructural.

Materiales homogéneos como el acero, la madera, el aluminio. El acero es el de mayor

uso en perfiles de grandes dimensiones como los de sección I de alma llena, canal,

angulares. Otro material muy utilizado es el resultado de la combinación del acero y el

concreto, llamándose concreto reforzado o armado. El acero se denomina por su

resistencia a la fluencia, siendo comunes las resistencias de 2800 Kgf/Cm2 (grado 40) y

4200 Kgf/Cm2 (grado 60); los diámetros generalmente utilizados en Republica

Dominicana son 3/8", ½", ¾" y 1", en longitudes que varían desde los 20 hasta los 60

pies. El concreto utilizado varia su resistencia dependiendo del elemento en que se

vaya a utilizar por ejemplo: 180 Kgf/Cm2 usado en zapatas de muros y en

construcciones de un nivel; 210 Kgf/Cm2 usados en lozas, vigas y obras asimilables;

para columnas se puede usar desde 280 Kgf/Cm2 a 400 Kgf/Cm2.

El ingeniero estructural debe profundizar sus conocimientos sobre el

comportamiento de los materiales con los cuales se construyen las edificaciones.



Capítulo 2 : OBJETIVOS

Los Objetivos que se plantean para el desarrollo de la siguiente monografía son:

Profundizar los conocimientos acerca de la Ingenieria Estructural.

Conocer la aplicación de la Ingeniería Estructural en la vida

cotidiana del Ingeniero Civil, para su correcta aplicación en su desarrollo

profesional.

Conocer con profundidad los conceptos y materiales usados en las

diferentes estructuras.



Capítulo 3 : PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La Ingeniería Estructural a es un tema amplio que se debe de llegar a profundizar de una

manera muy significante a lo largo del recorrido de la formación profesional de un Ingeniero Civil,

ya que para un buen y correcto desempeño profesional es muy importante conocer esta rama de

la Ingeniería Civil.

Además de ser una de las ramas importantes en el Campo de la Ingeniería Civil resulta ser

una rama imprescindible en el la formación ya que toda “estructura” depende de un buen estudio

de Ingeniería.

Es así que a lo largo del desarrollo de la presente vamos a ver la Importancia de la

Ingeniería Civil.



Capítulo 4 : MARCO TEORICO

I PUENTES

Puente, estructura que proporciona una vía de paso sobre el agua, una

carretera o un valle. Los puentes suelen sustentar un camino, una Carretera o una vía

férrea, pero también pueden transportar tuberías y líneas de distribución de energía.

Los que soportan un canal o conductos de agua se llaman Acueductos. Los puentes

construidos sobre terreno seco o en un valle y formados por un conjunto de tramos

cortos se suelen llamar viaductos; se llaman pasos elevados los puentes que cruzan las

autopistas y las vías de tren. Un puente bajo, pavimentado, sobre aguas pantanosas o

en una bahía y formado por muchos tramos cortos se suele llamar carretera elevada.

1) Los primeros puentes

Es probable que los primeros puentes se realizaran colocando uno o más

troncos para cruzar un arroyo o atando cuerdas y cables en valles estrechos. Este tipo

de puentes todavía se utiliza. Los puentes de un tramo (llamamos tramo a la distancia

entre dos apoyos) son un desarrollo de estas formas elementales. El método de colocar

piedras para cruzar un río, mejorado con troncos situados entre las piedras para

comunicarlas, es el prototipo de puente de múltiples tramos. Los postes de madera

clavados en el fondo del río para servir de apoyo de troncos o vigas permitieron

atravesar corrientes más anchas y caudalosas. Estos puentes, llamados de caballete,

se utilizan todavía para atravesar valles y ríos en los que no interfieren con la

navegación. El uso de pilas de piedra como apoyo para los troncos o maderos fue otro

avance importante en la construcción de puentes con vigas de Madera. La utilización

de flotadores en lugar de apoyos fijos creó el puente de pontones. Los puentes de

vigas de madera han sido los más utilizados desde la antigüedad, aunque según la

tradición se construyó un puente de arco de ladrillos hacia el 1800 a.C. en Babilonia.

Otros tipos de construcción, como los puentes colgantes y el cantiléver, se han

utilizado en la India, China y Tíbet. Los puentes de pontones los utilizaban los reyes

persas Darío I y Jerjes I en sus expediciones militares.



Los romanos construyeron muchos puentes de caballete con madera, uno de los

cuales se describe con detalle en la obra Comentarios sobre la guerra de las Galias de

Julio César. Sin embargo, los puentes romanos que se mantienen en pie suelen

sustentarse en uno o más arcos de piedra, como el puente de Martorell cerca de

Barcelona, en España, construido hacia el 219 a.C., y el Ponte di Augusto en Rímini,

Italia, del siglo I a.C. El Pont du Gard en Nimes, Francia, tiene tres niveles de arquerías

que elevan el puente a 48 m sobre el río Gard, con una longitud de 261 m; es el

ejemplo mejor conservado de gran puente romano y fue construido en el siglo I a.C. La

utilización de arcos de medio punto derivó más tarde en la de arcos apuntados. Los

arcos modernos suelen ser escárzanos o con forma semielíptica, ya que permiten

tramos más largos sin interrumpir la navegabilidad y con altura moderada. El puente

sobre el río Tweed (1803) en Kelso, Escocia, ejemplo de puente de arco semielíptico,

fue diseñado por el ingeniero británico John Rennie.

Los puentes de vigas tienen limitada la longitud de los tramos por la resistencia

de las vigas. Esta limitación se supera ensamblando las vigas en triángulos. Leonardo

da Vinci esbozó puentes de este tipo, y el arquitecto italiano Andrea Palladio

probablemente construyó varios. En Suiza se construyeron dos puentes de vigas

trianguladas en 1760. Sin embargo, la construcción de este tipo de puentes no se

desarrolló a gran escala hasta después de 1840

2) Los puentes modernos

Los puentes actuales se identifican por el fundamento arquitectónico utilizado,

como cantilever o de tirantes, colgantes, de arco de acero, de arco de hormigón, de

arco de piedra, de vigas trianguladas o de pontones. Cuando es necesario respetar el

paso de barcos por debajo del puente y no es posible construirlo a la altura precisa se

construyen puentes móviles. A continuación se indican algunos ejemplos importantes

de los diferentes tipos de puentes.

a) Puentes de tirantes

Este tipo de puente se caracteriza porque los tramos no se sujetan por sus

extremos, sino cerca del centro de sus vigas. El Puente de Normandía, de 2.200 m

de longitud, inaugurado en 1995, atraviesa el estuario del Sena desde Le Havre a

Honfleur, en Francia. Su tramo central tiene una longitud de 856 m. Está diseñado

para soportar vientos de hasta 120 kilómetros por hora. El puente de Forth, sobre el

estuario de Forth en Queensferry, Escocia, es un puente ferroviario de acero con dos



tramos principales de 520 m cada uno, y una longitud total de 1,6 km; fue

construido entre 1882 y 1890 por los ingenieros John Fowler y Benjamín Baker. El

puente de Québec, sobre el río San Lorenzo (Québec, Canadá), terminado en 1917,

tiene un tramo principal de 550 m; soporta una carretera y una vía de tren de dos

carriles. El puente de Carquinez Strait, cerca de San Francisco, Estados Unidos,

terminado en 1927, tiene dos tramos de 335 m y unos tramos de anclaje de 152 m;

fue diseñado para resistir terremotos. El puente Howrah, sobre el río Hooghly en

Calcuta, la India, tiene un tramo principal de 457 m, y se inauguró en 1943. El Gran

Puente de Nueva Orleans (1958) sobre el río Mississippi (Estados Unidos) tiene un

tramo principal de 480 m. El Puente de Barrios de Luna sobre el embalse de Barrios

de Luna, en España, es el mayor puente del mundo atirantado de hormigón. Entró

en funcionamiento en 1985 y cubre una luz de 440 metros.

b) Puentes colgantes o de tirantes

El ingeniero estadounidense de origen alemán John Roebling diseñó y

construyó en 1846 un puente colgante de 308 m sobre el río Ohio en Wheeling,

Virginia, Estados Unidos. Fue el primer puente colgante de cables construido en el

mundo. El Golden Gate, en San Francisco, Estados Unidos, inaugurado en 1937,

tiene un tramo central de 1.280 m suspendido de unas torres de 227 m de altura.

Tiene un margen de altura de 67 m. El puente sobre el estrecho del Bósforo en

Estambul, Turquía, tiene un tramo central de 1.079 m. Se inauguró en 1973 y

constituye la primera comunicación permanente de autopista entre Europa y Asia.

Hasta 1995, el puente de Humber era uno de los puentes colgantes más largos del

mundo. Se construyó en 1980 en el estuario del río Humber, en Inglaterra, con un

tramo central de 1.410 m. El puente colgante más alto, 321 m sobre el nivel del

agua, atraviesa el Royal Gorge sobre el río Arkansas, en Colorado, Estados Unidos.

El puente colgante de Belgrano, situado sobre el río Paraná, tiene una longitud de

2.000 m. En 1998 se inauguró en Lisboa el puente Vasco da Gama, el mayor puente

de toda Europa, con casi 18 km de longitud, y casi 15 km sobre el agua. Este

puente, situado en la desembocadura del río Tajo, aliviará el tránsito de vehículos

por el puente 25 de Abril, inaugurado en 1966 y con 1.013 m de luz. También en

1998 se abrió el puente del estrecho de Akashi, en Japón con un vano central de

unos 1.990 metros.



c) Puentes en arco de acero

El ingeniero estadounidense James Buchanan Eads construyó el primer

puente de acero sobre el río Mississippi en Saint Louis, Missouri, en el año 1874. El

puente ferroviario Hell Gate, sobre el río East, en Nueva York, era el puente de arco

de acero más largo del mundo cuando se inauguró en 1917, con un tramo principal

de 298 m. El puente que atraviesa el río Niágara desde Queenston, Ontario, Canadá,

a Lewiston, Nueva York, Estados Unidos, inaugurado en 1965, utiliza un arco de

acero de 305 metros.

d) Puentes en arco de hormigón

Durante el comienzo del siglo XX, el desarrollo del hormigón armado

proporcionó grandes progresos a la construcción de puentes con arcos de hormigón.

El puente del Esla, sobre el río Esla, en España, con un tramo central de 197 m, se

construyó en 1940. El puente de Gladesville (1964) en Sydney, Australia, se eleva

46 m sobre el río Parramatta con un arco de hormigón de 305 m. En Croacia se

construyó un puente de arco de hormigón de 390 m de longitud y 67 m de altura en

1979. El puente Tancredo Neves se sitúa sobre el cañón del río Iguazú y une la

localidad de Puerto Iguazú (Argentina) con la ciudad de Foz do Iguaçu (Brasil).

La construcción de viaductos se ha efectuado con puentes de arcos múltiples

de hormigón. El viaducto ferroviario Tunkhannock, en Pennsylvania, Estados Unidos

(1916), tiene 724 m de longitud y está formado por diez arcos de 55 m y dos de 30

m. El viaducto para automóviles Columbia, también en Pennsylvania, tiene una

longitud de 2.090 m y está formado por 28 arcos de hormigón de 56 metros.

e) Puentes en arco de piedra

El desarrollo del tren provocó la reutilización de los arcos de medio punto en

la construcción de puentes, realizados con piedra tallada en los lugares donde esto

resultaba económico. El viaducto de piedra de Ballochmyle, que cruza el río Ayr

cerca de Mauchline, en Escocia, tiene un tramo soportado por un arco de medio

punto de 55 m. Un viaducto de 3.658 m compuesto por 222 arcos de piedra

comunica la ciudad de Venecia con tierra firme. El tramo soportado por arco de

piedra más grande, de 90 m, es el puente de Syra, en Plauen, Alemania; se terminó

en 1903. No se ha seguido construyendo puentes con arcos de piedra por su alto

coste.



f) Puentes de vigas trianguladas

La construcción de puentes con vigas de acero trianguladas o reticuladas se

ha empleado mucho por su bajo coste. Desarrollos recientes han aumentado la

longitud de los tramos, así como la utilización de estructuras reticuladas continuas.

En los últimos años se ha desarrollado la llamada construcción ortotrópica, en

la cual unas planchas de acero de refuerzo actúan al mismo tiempo como soporte de

la calzada y como soporte de las vigas transversales y de las vigas maestras

longitudinales. Inaugurado en 1967, el mayor puente de este tipo es el San Mateo-

Hayward, en San Francisco, Estados Unidos.

g) Puentes de pontones

Son puentes flotantes permanentes, a diferencia de las estructuras

temporales militares, que se instalan en lugares donde las condiciones locales lo

hacen necesario. Un puente flotante de 466 m atraviesa el río Hooghly, en Calcuta,

la India; soporta una carretera a 8,2 m sobre el agua con 14 pares de pontones de

hierro, de 48 m de largo y 3,1 m de ancho.

h) Puentes móviles

Además de las secciones de algunos puentes de pontones, los tramos

móviles pueden ser basculantes (puentes levadizos), giratorios o de elevación

vertical, según las necesidades locales. El primer tipo de puente basculante fue el

ala abatible de madera que servía para cruzar el foso de los castillos y que se

elevaba con cadenas desde el interior. Este tipo de puente, con uno o dos tramos de

bisagra y contrapesados, es apropiado para vías navegables estrechas con mucho

tráfico. El Puente de la Torre (1894) sobre el río Támesis, en Londres, es el ejemplo

más famoso de este tipo de construcción.

Los puentes giratorios tienen un tramo móvil montado sobre un pivote o

plataforma giratoria en su centro. El tramo más largo de este tipo de puente, con

166 m, es el de un puente para trenes y automóviles, terminado en 1927 que cruza

el Mississippi en Fort Madison, Iowa, Estados Unidos.

Los puentes de elevación vertical se utilizan para tramos largos donde es

necesario despejar toda la anchura del canal y a una altura considerable. El tramo



de elevación vertical más largo transporta una vía de tren sobre Arthur Kill, entre

Staten Island y Elizabeth, Nueva Jersey, Estados Unidos; se construyó en 1959. El

tramo mide 170 m y tiene un margen de altura de 9,5 m cerrado y 41 m levantado.



II : EDIFICACIONES

1) CARGAS DE UN EDIFICIO

Las cargas que soporta un edificio se clasifican en muertas y vivas. Las cargas

muertas incluyen el peso del mismo edificio y de los elementos mayores del

equipamiento fijo. Siempre ejercen una fuerza descendente de manera constante y

acumulativa desde la parte más alta del edificio hasta su base. Las cargas vivas

comprenden la fuerza del viento, las originadas por movimientos sísmicos, las

vibraciones producidas por la maquinaria, mobiliario, materiales y mercancías

almacenadas y por máquinas y ocupantes, así como las fuerzas motivadas por cambios

de temperatura. Estas cargas son temporales y pueden provocar vibraciones,

sobrecarga y fatiga de los materiales. En general, los edificios deben estar diseñados

para soportar toda posible carga viva o muerta y evitar su hundimiento o derrumbe,

además de prevenir cualquier distorsión permanente, exceso de movilidad o roturas.

Principales elementos de un edificio

Los principales elementos de un edificio son los siguientes:

a) los cimientos, que soportan y dan estabilidad al edificio;

b) la estructura, que resiste las cargas y las trasmite a los cimientos;

c) los muros exteriores que pueden o no ser parte de la estructura

principal de soporte;

d) las separaciones interiores, que también pueden o no pertenecer

a la estructura básica;

e) los sistemas de control ambiental, como iluminación, sistemas de

reducción acústica, calefacción, ventilación y aire acondicionado;

f) los sistemas de transporte vertical, como ascensores o

elevadores, escaleras mecánicas y escaleras convencionales;

g) los sistemas de comunicación como pueden ser

intercomunicadores, megafonía y televisión por circuito cerrado, o los más

usados sistemas de televisión por cable, y 8) los sistemas de suministro de

electricidad, agua y eliminación de residuos.



a) Cimientos

El diseño de la estructura de un edificio depende en gran medida de la

naturaleza del suelo y las condiciones geológicas del subsuelo, así como de las

transformaciones realizadas por el hombre en esos dos factores.

i) Condiciones del suelo

Si se pretende construir un edificio en una zona con tradición sísmica,

se deberá investigar el tipo de suelo a una profundidad considerable. Es

evidente que deberán evitarse las fallas en la corteza terrestre bajo la

superficie. Ciertos suelos pueden llegar a licuarse al sufrir terremotos y

transformarse en arenas movedizas. En estos casos debe evitarse construir

o en todo caso los cimientos deben tener una profundidad suficiente para

alcanzar zonas de materiales sólidos bajo el suelo inestable. Se han

encontrado suelos arcillosos que se llegan a expandir hasta 23 cm o más al

someterlos a largos periodos de humedecimiento o secado, con lo que se

producen potentes fuerzas que pueden cizallar o fragmentar los cimientos y

elevar edificios poco pesados. Los suelos con alto contenido orgánico llegan

a comprimirse con el paso del tiempo bajo el peso del edificio, disminuyendo

su volumen inicial y provocando el hundimiento de la estructura. Otros

tienden a deslizarse bajo el peso de las construcciones.

Los terrenos modificados de alguna forma suelen tener un

comportamiento diferente, en especial cuando se ha añadido o se ha

mezclado otro tipo de suelo con el original, así como en aquellos casos en

que el suelo se ha humedecido o secado más de lo normal, o cuando se les

ha añadido cemento u otros productos químicos como la cal. A veces el tipo

de suelo sobre el que se proyecta construir varía tanto a lo largo de toda la

superficie prevista que no resulta viable desde el punto de vista económico

o no es posible edificar con seguridad.

Por tanto, los análisis geológicos y del suelo son necesarios para

saber si una edificación proyectada se puede mantener adecuadamente y

para hallar los métodos más eficaces y económicos.

Si hay una capa rocosa firme a corta distancia bajo la superficie de la

obra, la resistencia de la roca permitirá que la extensión sobre la que



descanse el peso de la construcción no tenga que ser demasiado grande. A

medida que se van encontrando rocas y suelos más débiles, la extensión

sobre la que se distribuirá el peso deberá ser mayor.

ii) Tipos de cimientos

Los tipos de sistemas de cimentación más comunes se clasifican en

profundos y superficiales. Los sistemas superficiales se encuentran a poca

distancia bajo la base del edificio, como las losas continuas y las zapatas.

Los cimientos profundos se extienden a varios metros bajo el edificio, como

los pilotes y los pozos de cimentación (figura 1). La elección de los cimientos

para un edificio determinado dependerá de la fortaleza de la roca y el suelo,

la magnitud de las cargas estructurales y la profundidad del nivel de las

aguas subterráneas.

Los cimientos más económicos son las zapatas de hormigón armado,

empleados para edificios en zonas cuya superficie no presenta dificultades

especiales. Estos cimientos consisten en planchas de hormigón situadas

bajo cada pilar de la estructura y una plancha continua (zapata continua)

bajo los muros de carga

Los cimientos de losa continua se suelen emplear en casos en los que

las cargas del edificio son tan grandes y el suelo tan poco resistente que las

zapatas por sí solas cubrirían más de la mitad de la zona de construcción.

Consisten en una losa de hormigón armado, que soporta el peso procedente

de los soportes. La carga que descansa sobre cada zona de la losa no es

excesiva y se distribuye por toda la superficie. En las cimentaciones bajo

edificios de gran envergadura, las cargas se pueden repartir por medio de

nervaduras o muros cruzados, que rigidizan la losa.

Los pilotes se emplean sobre todo en zonas en las que las

condiciones del suelo próximo a la superficie no son buenas. Están

fabricados con madera, hormigón o acero y se colocan agrupados en pilares.

Los pilotes se introducen a determinada profundidad dentro de la roca o

suelo y cada pilar se cubre con una capa de hormigón armado. Un pilote

puede soportar su carga tanto en su base como en cualquier parte de su

estructura por el rozamiento superficial. La cantidad de pilotes que debe

incluirse en cada pilar dependerá de la carga de la estructura y la capacidad



de soporte de cada pilote de la columna. Los pilotes de madera o vigas son

troncos de árboles, con lo que su longitud resulta limitada. En cambio, un

pilote de hormigón puede tener una altura aceptable y se puede introducir

por debajo del nivel freático. En edificios muy pesados o muy altos se

emplean pilotes de acero, llamados por su forma pilotes en H, que se

introducen en la roca, a menudo hasta 30 m de profundidad. Con estos

pilotes se alcanza más fácilmente una mayor profundidad que con los pilotes

de hormigón o madera. Aunque los pilotes de acero son mucho más caros,

su coste está justificado en los grandes edificios, que suelen representar una

importante inversión financiera.

Los cimientos de zapatas rígidas se emplean cuando hay un suelo

adecuado para soportar grandes cargas, bajo capas superficiales de

materiales débiles como turba o tierra de relleno. Un cimiento de zapatas

rígidas consiste en unos pilares de hormigón construidos en forma de

cilindros que se excavan en los lugares sobre los que se asentarán las vigas

de la estructura. Estos cimientos soportan las cargas del edificio en su

extremo inferior, que suele tener forma de campana.

iii) Nivel freático

La construcción de los cimientos puede complicarse debido a la

existencia de agua subterránea por encima del nivel previsto para los

cimientos. En estos casos, los laterales de la excavación pueden no estar

seguros y derrumbarse. La operación de bajar el nivel del agua por bombeo

requiere la instalación previa de planchas entrelazadas en los lados de la

excavación para evitar derrumbamientos. Cuando la cantidad de agua en

una excavación es excesiva, los métodos de bombeo ordinarios, que extraen

a la superficie tierra suelta mezclada con agua, pueden minar los cimientos

de edificios vecinos. Para evitar los daños que puede causar el drenaje al

remover el suelo, se emplean sistemas de puntos de drenaje y desagüe. Los

puntos de drenaje consisten en pequeñas picas o tuberías con un filtro en

uno de sus extremos, y se introducen en el suelo de modo que el filtro, que

impide que la tierra entre junto con el agua, quede bajo el nivel del agua.

Esta pequeña tubería está conectada a una tubería múltiple que se

comunica por un tubo flexible a una bomba de agua. Así se extrae el agua

bajo la excavación sin peligro para los edificios próximos. El sistema de



desagüe puede incluso ahorrar la instalación de planchas en los lados de la

excavación, siempre que no se prevea que el suelo pueda deslizarse sobre

la obra debido a su composición o a las vibraciones de maquinaria o tráfico

pesado en las cercanías.

b) Estructura

Los elementos básicos de una estructura ordinaria son suelos y cubierta

(incluidos los elementos de apoyo horizontal), pilares y muros (soportes

verticales) y el arriostramiento (elementos diagonales) o conexiones rígidas

para dar estabilidad a la estructura.

i) Edificios de una o dos plantas

En el caso de edificios bajos es posible una mayor variedad de formas y

estilos que en los edificios grandes. Además del sistema de pórticos —también

utilizado en grandes edificios—, las pequeñas edificaciones pueden tener

cubiertas a dos aguas, bóvedas y cúpulas. Una estructura de un solo piso puede

consistir en una solera de hormigón directamente sobre el suelo, muros

exteriores de albañilería soportados por una losa (o por zapatas continuas,

alrededor del perímetro del edificio) y una cubierta. En edificios bajos, el uso de

pilares interiores entre los muros de carga es un método muy común. También

pueden emplearse pilares espaciados, apoyados en losas o zapatas, pero en

este caso los muros exteriores se soportan por los pilares o están colocados

entre éstos. Si la luz de cubierta del tejado es corta, se utilizan entarimados de

apoyo, hechos de madera, acero u hormigón para formar la estructura del

techo.

Cada material de la estructura tiene su propia relación peso-resistencia,

costo y durabilidad. Como regla general, cuanto mayor sea la luz de cubierta o

techo, más complicada será la estructura que lo soporte y habrá menos

posibilidades para escoger los materiales apropiados. Dependiendo de la

longitud de la luz, la cubierta podrá tener una estructura de vigas

unidireccionales (figura 2a) o una estructura de vigas bidireccionales, apoyadas

en vigas maestras de mayor tamaño que abarquen toda la extensión de la luz

(figura 2b). Los apuntaladores son sustituibles por cualquiera de esos métodos y

pueden tener una profundidad de menos de 30 cm o más de 9 m, y se forman

entrelazando los elementos de tensión y compresión en forma de triángulos.



Suelen ser de madera o acero, aunque también se pueden hacer de hormigón

armado. La estructura de un edificio de una sola planta también puede consistir

en un armazón de techo y muros en combinación, afirmados entre ellos o

hechos de una sola pieza. Las formas posibles de la estructura son casi infinitas,

incluida la variedad de tres lados de un rectángulo afirmados en un conjunto

llamado armadura (figura 2c), la de forma de iglesia de lados verticales y techo

inclinado (figura 2d), la de parábola (figura 2e) y la de semicírculo o cúpula.

La estructura básica y los muros exteriores, suelos y techo pueden estar

hechos como un todo unido, muy parecido a una tubería rectangular con los

extremos abiertos o cerrados. Estas formas pueden moldearse en plástico.

ii) Edificios de varias plantas

La forma más frecuente de construcción de edificaciones es el

entramado reticular metálico. Se trata en esencia de los elementos verticales

que aparecen en las figuras 3a, 3b y 3c, combinados con una estructura

horizontal. En los edificios altos ya no se emplean muros de carga con

elementos horizontales de la estructura, sino que se utilizan generalmente

muros-cortina, es decir, fachadas ligeras no portantes.La estructura metálica

más común consiste en múltiples elementos de construcción, como se recoge

en la figura 3c. Para estructuras de más de 40 plantas se emplean diversas

formas de hormigón armado, acero o mezcla de estos dos. Los elementos

básicos de la estructura metálica son los pilares verticales o pies derechos, las

vigas horizontales que abarcan la luz en su mayor distancia entre los pilares y

las viguetas que cubren la luz de distancias más cortas. La estructura se

refuerza para evitar distorsiones y posibles derrumbes debidos a pesos

desiguales o fuerzas vibratorias. La estabilidad lateral se consigue conectando

entre sí los pilares, vigas y viguetas maestras, por el soporte que proporcionan a

la estructura los suelos y los muros interiores, y por las conexiones rígidas en

diagonal entre pilares y entre vigas (figura 3a). El hormigón armado puede

emplearse de un modo similar, pero en este caso se deben utilizar muros de

hormigón en lugar de riostras, para dar una mayor estabilidad lateral.

Entre las nuevas técnicas de construcción de edificios de cierta altura se

encuentran la inserción de paneles prefabricados dentro del entramado



metálico, las estructuras suspendidas o colgantes y las estructuras estáticas

compuestas.

En la técnica de inserción se construye una estructura metálica con un

núcleo central que incluye escaleras de incendios, ascensores, fontanería,

tuberías y cableado eléctrico. En los huecos entre las estructuras horizontales y

verticales se insertan paneles prefabricados en forma de cajón. Éstos permitirán

efectuar transformaciones posteriores en el edificio.

En la técnica colgante (figura 3b), se construye un núcleo central

vertical, y en su parte superior se fija una fuerte estructura horizontal de

cubierta. Todos los pisos a excepción de la planta baja quedan sujetos al núcleo

y a los elementos de tensión que cuelgan de la estructura de la cubierta. Una

vez terminado el núcleo central, las plantas se van construyendo de arriba a

abajo.

En la técnica de apilamiento o estructura estática compuesta (figura 3c)

se colocan paneles prefabricados en forma de cajón con la ayuda de grúas

especiales, unos sobre otros, y posteriormente se fijan entre ellos.

En edificios de más de 40 plantas el acero se considera el material más

adecuado. Sin embargo, los últimos avances en el desarrollo de nuevos tipos de

hormigón compiten con el acero. Los edificios de gran altura a menudo

requieren soluciones estructurales más elaboradas para resistir la fuerza del

viento y, en ciertos países, la fuerza de terremotos. Uno de los sistemas de

estructura más habituales es el tubo exterior estructural, empleado en la

construcción del World Trade Center (411 m) en Nueva York. En él, con pilares

separados y conectados firmemente a vigas de carrera horizontales sobre el

perímetro del edificio, se consigue la fuerza suficiente para soportar las cargas y

la rigidez necesaria para reducir las desviaciones laterales. En este caso, para el

tubo estructural se empleó una mezcla de hormigón y materiales de

construcción compuestos, hechos de elementos estructurales de acero

encofrados con hormigón armado.

En los edificios de gran altura se suele utilizar una combinación de acero

y hormigón armado. La elevada relación resistencia-peso del acero es excelente

para los elementos de luz horizontal. Los hormigones de alta dureza pueden

aportar de un modo económico la resistencia a la fuerza de compresión



necesaria en los elementos verticales. Además, las propiedades de la masa

interna y la humedad del hormigón ayudan a reducir los efectos de las

vibraciones, uno de los problemas más usuales en los edificios de gran altura.

c) Muros exteriores (fachadas) y cubiertas

Los muros de cortina o fachadas ligeras son el tipo más frecuente de

muros no portantes, y se pueden montar a pie de obra o en origen. Son

elementos cuya superficie o piel exterior se ha tratado con material de

aislamiento, barreras de vapor o aislamientos acústicos, y una superficie interior

que puede formar parte de los muros de cortina o unirse a ellos. La capa

exterior puede estar hecha de metales (acero inoxidable, aluminio, bronce),

albañilería (hormigón, ladrillo, baldosa) o vidrio. Para las fachadas también se

utiliza piedra caliza, mármol, granito y paneles de hormigón prefabricados.

El método tradicional de construcción de las cubiertas es colocar rollos

de tela asfáltica laminada cubiertos de grava, sobre los elementos de hormigón

o acero de la estructura. También se utilizan materiales sintéticos en lugar de

rollos de tela asfáltica. Hay algunos en forma de hierba y alfombras hechas de

plástico que se pueden instalar en zonas recreativas del tejado a bajo coste.

d) Separaciones interiores

Los métodos tradicionales de división interna de los edificios han

consistido en muros de albañilería de 10 a 15 cm de espesor de hormigón, yeso

o piedra pómez, pintados o encalados; también se han utilizado estructuras de

madera o metal cubiertas con listones de madera enyesados. El uso de cartón

yeso y madera laminada está muy extendido.

Para conseguir mayor flexibilidad dentro de los edificios se emplean

sistemas intercambiables y desmontables cuya única restricción es el espacio

que queda entre los pilares. Estas separaciones pueden estar hechas de

materiales metálicos, paneles prefabricados de cartón yeso, sistemas de

cortinas plegables a modo de acordeón, o en caso de problemas de ruidos,

cortinas plegables en sentido horizontal o vertical. Los materiales ligeros suelen

tener el inconveniente de no aislar los ruidos y no proteger adecuadamente la

intimidad. No obstante las nuevas tendencias incluyen la instalación de

separaciones ligeras pero utilizando cada vez más materiales que reduzcan y



limiten el ruido. En muchos edificios los únicos muros de albañilería son los

muros contra incendios, entre los que se incluyen los huecos de ascensores,

escaleras y pasillos principales.

e) Control ambiental

En muchos países se han desarrollado importantes avances en sistemas

de control de calefacción, refrigeración, ventilación, iluminación y de sonidos. En

la mayoría de los grandes edificios se ha estandarizado el aire acondicionado

para todo el año. Algunas zonas de los edificios se refrigeran incluso en invierno,

dependiendo de la distancia entre los muros exteriores y del calor que pueden

generar la iluminación, los equipos eléctricos o la actividad humana dentro del

edificio. Al mejorar el nivel y la calidad de la iluminación, el coste de los

sistemas mecánicos y eléctricos en los edificios grandes ha crecido en mayor

medida que en las casas familiares. Estos costes pueden llegar a suponer un

tercio o un cuarto del coste total de la construcción.

f) Sistemas eléctricos y de comunicación

La extensión del uso de electricidad, teléfono, equipos de transmisión por

fax, circuitos cerrados de televisión, intercomunicaciones, alarmas y sistemas

de seguridad, ha supuesto un aumento en la cantidad de cableado que se

instala en los edificios. Los cables principales se tienden verticalmente en

conductos abiertos que se ramifican por cada planta a través de los techos de

las mismas o debajo de las baldosas.

La electricidad que necesitan los edificios ha aumentado a causa de los

numerosos y complejos equipos que se instalan. Para evitar las consecuencias

de fallos en el suministro se suelen instalar equipos generadores de emergencia

en muchos edificios, que en algunos casos, como en zonas alejadas, disponen

de sus propios sistemas para generar energía. Cuando se utilizan generadores

diesel o de turbina de gas, el calor que producen las máquinas puede

aprovecharse para otros usos del edificio.

g) Transporte vertical

Los ascensores por cable, de control automático y alta velocidad, son el

tipo de transporte vertical más utilizado en edificaciones de altura. Los edificios



bajos y las plantas inferiores de los edificios comerciales suelen tener Escaleras

mecánicas. En caso de incendio debería contarse al menos con dos vías de

salida de la zona principal del edificio. Por ello, además de los ascensores y las

escaleras mecánicas, todos los edificios, incluso los más altos, deben disponer

de dos escaleras protegidas a lo largo de todo el edificio.

h) Suministro de agua y eliminación de residuos

Los edificios deben contar con un sistema de tuberías de suministro de

agua para beber, lavado, cocinado, instalaciones sanitarias, sistemas internos

de extinción de incendios (ya sea con tuberías y mangueras fijas o por

aspersores automáticos), sistemas de aire acondicionado y calderas.

La eliminación de los desperdicios secos y húmedos en los edificios se

lleva a cabo por medio de una gran variedad de sistemas. Un método muy usual

es verter los desperdicios líquidos a tuberías conectadas a la red de

alcantarillado.



III : PRINCIPIOS DE INGENIERÍA ESTRUCTURAL EN

ZONAS SÍSMICAS

1) ANTECEDENTES

Durante tiempos históricos se tiene conocimiento de terremotos que han

ocasionado destrucción en ciudades y poblados de todos los continentes de la tierra.

Un elevado porcentaje de los centenares de miles de víctimas cobradas por los sismos,

se debe al derrumbe de construcciones hechas por el hombre; el fenómeno sismo se

ha ido transformando así en una amenaza de importancia creciente en la medida en

que las áreas urbanas han crecido y se han hecho más densas. Las soluciones

constructivas más duraderas han sido aquellas capaces de resistir las acciones

externas y del uso; entre las acciones externas, en vastas extensiones de nuestro

planeta, deben incluirse las acciones sísmicas.

Hasta hace poco, las soluciones adoptadas para resistir las acciones sísmicas se

desarrollaron esencialmente analizando los efectos de los terremotos en las

construcciones, sin el apoyo teórico de causas y características de los sismos, ni de

información cuantitativa sobre la naturaleza de los movimientos del terreno. Un

ejemplo de adaptación progresiva a las sacudidas telúricas, lo constituye las

edificaciones de la segunda capital de Guatemala, hoy mejor conocida como Antigua.

Algunas de sus edificaciones, monumentos en la actualidad, han resistido con daños

moderados las acciones de los sismos en una de las zonas más activas de Centro

América, durante varios siglos; las soluciones constructivas, con muros de 4 y 5 m de

grosor, bóvedas de 60 cm de espesor, contrafuertes, columnas de esbeltez reducida,

etc., fue el resultado de un proceso de prueba y error durante los siglos XVI, XVII y

parte del XVIII.

La incorporación y desarrollo de la Resistencia de Materiales en el proyecto de

las edificaciones facilitó la predicción cuantitativa del estado de tensiones en las

construcciones. De igual modo la aplicación de procedimientos de análisis y la

incorporación del acero en la construcción, incrementaron sensiblemente la seguridad

en las edificaciones. mediados del presente siglo, los problemas específicos de la

Ingeniería Sísmica progresivamente dejan de ser resueltos en base a observaciones y



comienza a desarrollarse una disciplina fundamentada sobre bases científicas, con un

cuerpo organizado de conocimientos, programas de investigación para entender

ciertos problemas no resueltos y una fértil interacción entre ciencias básicas de un lado

(geofísica, sismología), y la experiencia de ingenieros proyectistas y constructores por

el otro.

2) Capacidad de predicción

La idea prevalente sobre el vocablo predicción es el de un pronunciamiento

determinístico sobre un evento futuro de naturaleza no determinística tal como la

magnitud, sitio, día y hora de un futuro sismo. Una revisión sobre este aspecto y sus

implicaciones de prevención, permite afirmar lo siguiente:

a) No se poseen aún teorías generales en base a las cuales se

puedan hacer predicciones confiables sobre futuros sismos. De una manera

general, la predicción debe verse como una probabilidad condicional a ser

revisada a medida que se produce nueva información. Para ello se requiere

como mínimo. Lo dicho también es aplicable a algunos aspectos de la

Ingeniería Sismorresistente. La mayoría de los Códigos de diseño y mapas

de zonificación sísmica, que en su momento representaron la mejor

predicción sobre las acciones de diseño antisísmico se han ido ajustando en

el transcurso del tiempo y es previsible que año sufran modificaciones. Con

frecuencia estos cambios están motivados, justificados y/o aceptados, como

consecuencia de los efectos constatados de un determinado terremoto.

b) La estrategia más eficiente para limitar las pérdidas materiales,

es la de proyectar y construir utilizando racionalmente los conocimientos de

la Ingeniería Sismorresistente.

c) La experiencia demuestra que una vez admitida una predicción,

es posible tomar medidas de defensa civil que reduzcan sustancialmente el

riesgo de pérdidas de vidas así como de cierto tipo de pérdidas indirectas.

A los fines de la Ingeniería Estructural interesa enfocarnos en la

capacidad de pronosticar la respuesta y el desempeño de edificaciones

existentes bajo la acción de sismos. Es decir, dada una edificación ubicada

en cierto escenario sísmico, evaluar las consecuencias de esa exposición.

El esquema operativo de los algoritmos diseñados para tal evaluación

es el que se da en el cuadro 1.



Cuadro 1.

Caracterización del

escenario sísmico

Caracterización de la

edificación expuesta

Respuesta

Vulnerabilidad a sismos

Consecuencias de la exposición

La secuencia anterior es válida, tanto para e edificaciones como para

conjuntos dispuestos en una o más localidades.

3) Desempeño inadecuado

En el proyecto de edificaciones que puedan quedar sometidas a acciones

sísmicas, es fundamental entender su comportamiento probable: cómo se va a

deformar, cuales son sus regiones críticas y, sobre todo, evitar fallas prematuras que

limiten la reserva resistente de la estructura. En aquellos casos donde sea previsible

que la estructura entre en el rango inelástico, debe garantizarse una conducta dúctil.

El golpeteo entre edificaciones adyacentes ha sido la causa de daños

importantes y fallas prematuras de edificaciones de varias plantas, en especial cuando

estas se encuentran a diferente nivel.

Los grandes paños de pared de mampostería no reforzada deben evitarse, pues

se ha demostrado en múltiples ocasiones que resultan inestables durante sacudidas

sísmicas intensas. Por ejemplo, los muros de mampostería de fachada de la unidad de

reuniones del Centro Médico de México, sin refuerzos y uniones, perdieron estabilidad

con el terremoto del 19 de Septiembre de 1985.

4) Estrategia de las normas vigentes

A diferencia de otras sobrecargas, los sismos generan acciones dinámicas de

signo alternante; es decir, las oscilaciones de la edificación durante su respuesta,

superponen a las solicitaciones debidas a la gravedad terrestre otras de signo

alternante (pueden ser momentos flectores, fuerzas axiales o fuerzas cortantes).



Bajo la acción de sismos fuertes, de la intensidad prevista en las normas, se

admiten daños estructurales importantes. Estos pueden incluso llegar a ser tan

importantes que, sin alcanzar el estado de ruina o inestabilidad, requieran la

demolición de la edificación.

5) Selección del sitio

Los bordes de mesetas —excepcionales por su vista panorámica— presentan

mayor azarosidad cuando se encuentran en áreas amenazadas por sismos,

especialmente son evidentes los fenómenos de inestabilidad de sus taludes por otras

acciones naturales. Algo similar puede decirse de las zonas al pié del talud.

En algunas normas se exige la evaluación de la estabilidad del talud cuando la

edificación se encuentra en sus cercanías.

Fenómenos de licuefacción en suelos sueltos saturados son frecuentes en las

riberas de ríos. Las pilas de este puente rotaron bajo la acción de un sismo y el tablero

simplemente apoyado del lado derecho se hundió en el río.

En áreas de topografía abrupta se observa un mayor movimiento del terreno.

Tal es el caso de área del Canal Beagle, en Viña del Mar, donde un conjunto de

edificaciones nominalmente iguales ubicadas en el tope de un cerro, sufrieron daños

importantes como consecuencia del terremoto de Marzo de 1985, a diferencia de otras

iguales ubicadas al pié del cerro, que no se dañaron.

6) Acciones de diseño

a) Aceleración máxima del terreno

Las acciones sísmicas establecidas en las normas se caracterizan por la

aceleración máxima de la componente horizontal y son seleccionadas a partir

de un estudio generalizado de la amenaza sísmica. En término medio y según el

país, se encuentran asociadas a probabilidades de excedencia que oscilan entre

10% y 40% en 50 años, lo cual representa períodos de retorno de 475 a 100

años.

De una manera general, en obras civiles muy importantes y en todas

aquellas donde el mal funcionamiento puede tener consecuencias catastróficas,

es necesario alcanzar un nivel consistente de protección contra las acciones



sísmicas tanto en las edificaciones como en las instalaciones, sistemas y

componentes. Estos, además de soportar las acciones gravitacionales previstas,

deben quedar diseñados de modo tal que puedan resistir los efectos de aquellas

combinaciones de acciones cuya probabilidad de ocurrencia simultánea no se

considere remota.

Tabla 1. Criterios para la selección de los sismos de diseño (aceleración

máxima de la componente horizontal).

Objetivo de DiseñoPeriodo Medio de

RetornoCriterio de Diseño

Minimizar daños menores, o la disrupción de operación en plantas

industriales

1 a 2 veces la vida de la edificación

Respuesta elástica

Control de daños en componentes críticos. Estabilidad estructural

4 a 6 veces la útilRespuesta elástica.

Cedencia incipiente en las zonas más solicitadas

Estabilidad de embalsas. Interrupción de

funcionamiento de plantas nucleares.

Estabilidad de equipos en subestaciones

eléctricas de alto voltaje

De mil a 3 mil años Agotamiento resistente

Tabla 2. Coeficiente de importancia y períodos medios de retorno.

Ubicación de la localida

d

Ao (2)

Coeficiente de

Importancia□

A'o = □Ao

Probabilidad de que A'o sea excedido (2)

en un tiempo de:

Periodo

Medio de

Retorno (3)

(años)

1 año

50 años

100 años

Zona de peligro sísmico elevado(

1)

1,0 0,30g0,002

10,100 0,190 473

0,30g 1,2 0,36g0,001

20,059 0,115 818

1,5 0,45g0,000

60,031 0,061 1597

Zona de peligro sísmico modera do (1)

1,0 0,15g0,002

10,101 0,192 496

0,15g 1,2 0,18g0,001

00,050 0,098 973

1,5 0,225g 0,000 0,021 0,041 2374



4

b) Acción simultánea de varias componentes

De una manera general, el movimiento del terreno debido a sismos

puede descomponerse en seis componentes: tres traslaciones y tres rotaciones.

Dado que la mayoría de las edificaciones responden esencialmente a las

componentes traslacionales horizontales (X e Y), es común que las

componentes rotacionales sean ignoradas totalmente y que el efecto de la

componente vertical (Z) sea despreciada; cuando esta componente o su efecto,

sea importante, es preciso incorporarlo y considerar el efecto combinado S

según la expresión: donde S representa el efecto debido a la componente

traslacional del movimiento del terreno indicada en el subíndice.

c) Caracterización de las acciones de diseño

i) Espectros de respuesta elástica

Los espectros describen la máxima respuesta de estructuras idealizadas

como un grado de libertad, sometidas a la acción de un movimiento sísmico

(acelerograma) conocido. El procedimiento a seguir para la determinación

rigurosa de los espectros se ilustra en la Figura 4. Los espectros para el diseño

(Figura 4d) se determinan a partir de estudios estadísticos de familias de

movimientos sísmicos, para osciladores con el mismo porcentaje de

amortiguamiento referido al crítico. En la Tabla 3 se dan valores para diferentes

tipos de materiales y niveles de tensiones.

Tabla 3. Valores de amortiguamiento.

Nivel de tensionesTipo y Condición de la

Estructura

Porcentaje de Amortiguamiento

Crítico (%)Tensiones de servicio

que no excedan un 50% de las cadentes

a) tuberías vitales; 1 a 2b)miembros de acero, soldados: concreto pretensado; concreto muy reforzado, con pequeños agrietamientos;

2 a 3

c) concreto armado con fisuración pronunciada

3 a 5

d) miembros de acero 5 a 7



apernados; estructuras de madera.

Tensiones a nivel cedente o cercanos a la

cadencia

a) tuberías vitales 2 a 3b) miembros de acero, soldados; concreto pretensado sin pérdida completa de la pretensión;

5 a 7

c) concreto pretensado con pérdida la pretensión

a 10

d) concreto armado; 7 a 10

De una manera general, las condiciones del subsuelo influyen en los

contenidos frecuenciales del movimiento y por tanto en la forma de los

espectros. En la Figura 5 se describe en forma cualitativa cambios esperados en

la aceleración máxima del terreno y en las formas espectrales, para tres

registros: un sitio cercano ubicado en suelo firme ó roca (1), superficie de

depósito aluvional (2) y un sitio alejado en el suelo firme (3).

ii) Espectros de diseño

Tal como se indicó en la sección de estrategias de normas vigentes, es

común admitir que la edificación pueda hacer incursiones importantes en el

rango inelástico (post-elástico). Por esta razón en el diseño se utilizan espectros

de respuesta elástica a partir de un factor de reducción que depende del factor

de ductilidad D garantizando por el sistema resistente a sismos.

VALORES TIPICOS DE D

Sistema Resistente a sismos

Rango de valores de D

Acero bien detallado

Concreto armadoBien

detalladoDetallado

insuficientePórticos; elementos sometidos a la flexión

5 - 7 4 - 6 2,5 - 3,5

Pórticos y muros; dual 3 - 5 2 - 3Pórticos diagonalizados 3 - 4 2,5 - 3,5 1,5 - 2Muros estructurales 3 - 4 1,5 - 2Pórticos; elementos sometidos a la flexión

5 - 7 4 - 6 2,5 - 3,5

Las normas aceptan, implícita ó explícitamente, que bajo esas acciones

intensas las edificaciones comunes incursionen en el rango de deformaciones



inelásticas; es decir, daños estructurales, que pueden incluso ser de naturaleza

irreparable.

De una manera general, se puede considerar que estos son los estados

previos a la condición límite de ruina o desplome; de hecho, parte importante de

las pérdidas materiales está representada por el riesgo de ruina o desplome de

la edificación. Es evidente de lo anterior, que la capacidad de predecir dicho

estado límite está asociada a una incertidumbre mayor y requiere consideración

especial.

d) Configuración y Estructuración

La experiencia ha demostrado que la configuración de la edificación y su

estructuración juegan un papel muy importante en el diseño a solicitaciones

sísmicas intensas. Los estudios analíticos confirman las observaciones de campo

según las cuales, edificaciones irregulares dan lugar a elevadas demandas

localizadas de resistencia y/o ductilidad; esto conduce a una respuesta

inadecuada, a menudo de consecuencias catastróficas, ya que la estructura

portante no alcanza a desarrollar íntegramente su capacidad portante.

i) Irregularidades en planta

Plantas de configuración irregular han tenido un mal desempeño a

sismos intensos. Por ejemplo plantas triangulares, generalmente ubicadas en

parcelas de la misma forma, conducen a distribuciones de rigidez asociadas a

fuertes torsiones.

Los extremos de plantas con entrantes pronunciados, con formas en U,C

ó H, tienden a responder de modo independiente al resto de la edificación

creando esfuerzos adicionales no previstos. Su corrección a posteriori es

posible, tal como se ilustra en este caso de Caracas afectado por el terremoto

de 1967.

ii) Irregularidades en elevación

Cambios bruscos en la distribución vertical de masas, resistencia o

rigidez conducen a situaciones altamente vulnerables a sismos, como la que se

ilustra. No es conveniente disponer grandes masas aisladas en las partes



superiores de edificaciones elevadas pues durante la respuesta dinámica de la

edificación son de esperar amplificaciones importantes del movimiento. El

tanque de almacenamiento de agua en el último nivel del Centro de Oncología

(PB + 7 niveles), probablemente fue el causante de fallas en columnas; nótese

que la entrada de ambulancias se encuentra obstruida.

Otras irregularidades en elevación pueden ser creadas por elementos no

estructurales, cuya interacción con la estructura portante suele ser ignorada en

el modelo matemático, tal como se constata en el edificio de 10 plantas de la

figura.

iii) Estructuración

El sistema estructural debe definir claramente alineamientos resistentes

a las solicitaciones sísmicas, cuya contribución a la capacidad portante se pueda

cuantificar de modo inequívoco. El sistema reticulado celular ilustrado, eficiente

para sobrecargas gravitacionales, da lugar a estructuras excesivamente

flexibles y débiles, tal como se evidenció en el pasado terremoto de México en

1985.

La construcción de este edificio de 25 pisos, ubicado en una zona de

elevado peligro sísmico, fue detenida por ser inadecuada se estructuración en

su dimensión más larga.

iv) Verificación de la seguridad

Como resultado de estudios de investigaciones hechas hasta el presente,

es evidente que ha aumentado el nivel de confianza en la predicción tanto de

las acciones esperadas como de la respuesta probable. Tales estudios revelan

que el necesario balance entre seguridad y economía puede lograrse a costo de

un cierto riesgo, expresado como probabilidad de excedencia de ciertos estados

límites. Este aspecto plantea la necesidad de revisar la responsabilidad por

cierto tipo de daños como consecuencia de acciones sísmicas futuras, y así se

establece en las normas modernas.

En todo caso, toda edificación y cada una de sus partes debe tener la

resistencia, la rigidez y la estabilidad necesaria para comportarse

satisfactoriamente y con seguridad de alcanzar los estados límites que puedan



presentarse durante su vida útil. De una manera formal, en la verificación de la

seguridad se pueden distinguir cuatro tipos de acciones: permanentes,

variables, accidentales y extraordinarias. Estas conducen a las siguientes

situaciones de diseño:

a) situaciones permanentes ó persistentes, cuya duración es del

mismo orden de la vida útil de la estructura;

b) situaciones variables ó transitorias, que, aún cuando son de

duración menor, tienen una elevada probabilidad de ocurrir a lo largo de la vida

útil de la edificación. Es el caso de las combinaciones de peso propio y

sobrecargas de servicio extremas;

c) situaciones accidentales, caracterizadas por su corta duración y

pequeña probabilidad de ocurrencia (sismos intensos, vientos, cambios

extremos de temperatura);

d) situaciones extraordinarias, que pueden presentarse en casos

excepcionales y dar lugar a catástrofes (explosiones, incendios, impactos, etc.).



Capítulo 5 : CONCLUSIONES

En conclusión el estudiante de ingeniería civil debe tener curiosidad de

detenerse en las obras de construcción para observar los procesos constructivos para

irse empapando en lo que será su ejercicio profesional.

Todo buen profesional de la ingeniería estructural debe poseer sólidos

conocimientos sobre los materiales usados en las obras, esto unido al buen juicio y la

virtud de poder balancear correctamente la estética, las formas estructurales, las

técnicas constructivas.

El reto futuro de la ingeniería estructural consistirá en la determinación de las

propiedades básicas de los materiales de construcción tradicional y el desarrollo de

nuevos materiales más económicos, más livianos y más duraderos. Esto se hará

considerando la estructura molecular de los cuerpos y otros métodos sofisticados de

medición.

El campo de la ingeniería estructural esta estrechamente ligado a la

comparación sistemática de los resultados de los modelos analíticos con los

experimentales sometidos a los efectos de los efectos naturales como eventos

meteorológicos y sismológicos.

La ingeniería sísmica debe llamar nuestra atención ya que nuestro país se

encuentra dentro de la zona insular sísmica que abarca todo el caribe y Centroamérica.

La ingeniería sísmica tiene entre otras las siguientes funciones:

Identificar las áreas en las cuales se considere más probable la

ocurrencia de un sismo importante, en un plazo corto de tiempo;

Seleccionar los parámetros o indicadores que resulten más

confiables.

Contar con los medios adecuados para medirlos u observarlos

sistemáticamente durante lapsos de tiempo que suelen ser de varios años.

Que las estructuras no sufran daños bajo la acción de sismos

menores.



Que las estructuras resistan sismos moderados, con algunos

daños económicamente reparables en elementos no estructurales

Que las estructuras resistan sismos intensos sin colapsar, aunque

con daños estructurales importantes



Capítulo 6 : BIBLIOGRAFIA

Titulo de la obra: Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto

Autor: Universidad Nacional Autónoma de México

Titulo de la obra: Estructuras Sismo - Resistentes

Autor: Maria Graciela Fratelli

Titulo de la obra: Diseño de Estructuras en Concreto Armado.

Autor: Maria Graciela Fratelli


http://www.taringa.net/tags/Concreto

http://www.taringa.net/tags/Estructuras

http://www.taringa.net/tags/Dise%C3%B1o


http://www.taringa.net/tags/Concreto


http://www.taringa.net/tags/Dise%C3%B1o

monografia ingenieria estructural

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