sist. estructurales i clase i

UNIVERSIDAD PRIVADA

DEL NORTE

DOCENTE:

Arq. Dani Y. Novoa Vega

SISTEMAS

ESTRUCTURALES

Arquitectura y Urbanismo

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL

NORTE

Docente:


Sistemas

Estructurales


NORTE

Docente:


Sistemas

Estructurales

Que es un

Sistema


NORTE

Docente:


Sistemas

Estructurales

Que es una

Estructura


NORTE

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Sistemas

Estructurales

Que es un

Sistema

Estructural


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Sistemas

Estructurales

Definición

Es un conjunto de elementos, materiales, técnicas,

herramientas, procedimientos y equipos, que son

característicos para un tipo de edificación en particular

Lo que diferencia un sistema constructivo de otro es además

de lo anterior, la forma en que se ven y se comportan

estructuralmente los elementos de la edificación, como

son: pisos, muros, techos y cimentaciones.


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Estructurales

Tipos de fuerzas internas

Las cargas originan en los elementos estructurales uno o varios de estos tipos de fuerzas:

1. Fuerza Axial. Se divide en dos tipos:

a. Tracción:

Fuerza que tiene la tendencia a estirar

los elementos.

b. Compresión:

Fuerza que tiene la tendencia a comprimir los

elementos.

Fuerza de Corte:

Fuerza que tiene la tendencia a cortar

o deformar angularmente los

elementos.

Momento de Flexión:

Momento que tiene la tendencia a

flexionar o doblar los elementos.

Momento de Torsión.

Momento que tiene la tendencia a

torsionar o torcer los elementos.


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Sistemas

Estructurales

Tipos de fuerzas internas

Las cargas originan en los elementos estructurales uno o varios de estos tipos de fuerzas:


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Estructurales

Cargas

Estructurales

Las cargas

estructurales son

fuerzas aplicadas a

un componente de

una estructura o de

la estructura como

una unidad

1.- CARGAS ESTÁTICAS. Son aquellas que se aplican lentamente sobre la estructura, lo cual hace que se originen esfuerzos y

deformaciones que alcanzan sus valores máximos en conjunto con la carga máxima. Prácticamente, estas solicitaciones no

producen vibraciones en la estructura, ya su vez clasifican en:

a.- Cargas Permanentes o Muertas. Son cargas gravitacionales que actúan durante la vida útil de la

estructura, como por ejemplo: el peso propio de la estructura y el peso de los elementos añadidos a la

estructura (acabados, tabiques, maquinarias para ascensores y cualquier otro dispositivo de servicio que

quede fijo en la estructura).

b.- Carga Viva o Sobrecarga. Son cargas gravitacionales de carácter movible, que podrían actuar en forma

esporádica sobre los ambientes del edificio. Entre estas solicitaciones se tiene: al peso de los

ocupantes, muebles, nieve, agua, equipos

removibles, puente grúa, etc. Las magnitudes de estas cargas dependen del uso al

cual se destinen los ambientes.


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2.- CARGAS DINÁMICAS. Son aquellas cuya magnitud, dirección y sentido varían rápidamente

con el tiempo, por lo que los esfuerzos y desplazamientos que originan sobre la estructura, también cambian con el tiempo; cabe indicar que el

instante en que ocurre la máxima respuesta estructural, no necesariamente coincide con el de la máxima solicitación (Fig. 1.2). Estas cargas

clasifican en:

a.- Vibraciones Causadas por Maquinarias. Cuando las máquinas vibratorias no han sido

aisladas de la estructura principal, sus vibraciones pueden afectar tanto a la estructura

que las soporta como a las estructuras vecinas.

b.- Viento. El viento es un fluido en movimiento; sin embargo, para simplificar el diseño, se supone que actúa como una carga estática

sobre las estructuras convencionales, pero, para estructuras muy flexibles (puentes colgantes, chimeneas, etc.) es necesario verificar que

su período natural de vibrar no coincida con el de las ráfagas de viento, de lo contrario, podría ocurrir la resonancia de la estructura.

C.- Sismos. Las ondas sísmicas generan aceleraciones en las masas de la estructura y por lo tanto, fuerzas de inercia que varían a lo

largo del tiempo; sin embargo, las estructuras convencionales pueden ser analizadas empleando cargas estáticas equivalentes a las

producidas por el sismo.

d.- Cargas Impulsivas. Son aquellas que tienen corta duración (dt), por ejemplo: las explosiones, Después que esta solicitación

culmina, se produce el movimiento en vibración libre de la estructura.

Exigencias básicas de una estructura

Las exigencias que debe cumplir toda la estructura son las siguientes:


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1. Equilibrio: Exigencia fundamental que implica que todas las partes de una edificación no presenten

movimientos o que la resultante de las fuerzas aplicadas sea igual a cero.

2. Estabilidad: Condición relacionada con los movimientos que puede presentar un edificio en su totalidad debido a la aplicación de las

fuerzas, ya que, si una fuerza genera ciertos desplazamientos en el edificio, este se vuelve inestable, siendo una condición no deseada en la

edificación.

3. Resistencia: Término referido a la capacidad de soportar las cargas que se aplican en la estructura sin fallar.

4. Funcionalidad: Toda estructura debe cumplir a cabalidad con la función asignada, por ello se debe evitar deformaciones grandes en la

estructura de tal magnitud que los usuarios no sientan cómodo el uso del edificio.

5. Economía: Este es un aspecto fundamental, en toda estructura que cumpla un fin utilitario, por lo general todo proyecto debe atenerse a un

presupuesto disponible para la construcción.

6. Estética: Esta influencia impone a la estructura elementos para la escogencia del sistema estructural adecuado, pero se debe tener en cuenta

que en proyectos de gran tamaño el sistema estructural es expresión de la arquitectura, por lo que un error de enfoque estructural puede afectar

la belleza del edificio. (Salvadori y Heller, 1998)


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Sistemas EstructuralesDefinición e importancia de la configuración estructural

Se conoce como configuración estructural a la distribución y localización que

se le dan a todos los elementos resistentes de una estructura, es decir,

columnas, muros, losas, núcleos de escalera entre otros. Pero también se

debe tomar en cuenta dentro de este concepto a todos los elementos no

estructurales, como la disposición de la tabiquería, la geología del sector,

clima, reglamentos de diseño urbano, como también su carga ocupacional.

Su importancia reside en que si el diseño arquitectónico no llega a

complementarse con un óptimo y razonable criterio en el diseño estructural, la

estructura puede comportarse deficientemente ante un terremoto, a pesar de

que se hayan realizado métodos de análisis complejos y muy detallados por

parte del ingeniero.

El problema del diseño estructural reside en que es muy difícil enseñar “los criterios estructurales” ya que estos se originan de la intuición de un comportamiento eficiente de la

configuración estructural. Lo único que se puede explicar en libros y en las aulas son los fundamentos teóricos, requisitos específicos y en el mejor de los casos impartir las

enseñanzas de experiencias pasadas. Para lograr una buena configuración estructural es importante la asimilación de los conocimientos teóricos, observar el comportamiento

de las estructuras y tener en cuenta las causas por las cuales han colapsado las edificaciones.


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Sistemas Estructurales

Características relevantes del edificio para una buena

respuesta sísmica

1. El peso

2. Forma de Planta

3. Forma en Altura

4. Separación

5. Alineamiento de Ejes

Como las fuerzas producidas por los sismos son de inercia, la masa juega un papel muy importante, ya que cuando esta empuja hacia abajo, debido a la

fuerza de gravedad, se podría producir la falla de los elementos verticales, debido a que ejerce su fuerza a elementos que están previamente

flexionados por las cargas sísmicas, a este fenómeno se le conoce como “Efecto P-delta”. En conclusión, cuando mayor sea la fuerza vertical, mayor

será el momento producido por esta fuerza y la excentricidad delta.


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Sistemas EstructuralesEl peso

No se recomiendan grandes

voladizos, ya que estos producen

fuerzas de inercia verticales de una

magnitud apreciable que sumadas a

las fuerzas de gravedad podrían

generar problemas.

Las aceleraciones a las que se somete la estructura van

creciendo con la altura, por lo que se recomienda evitar

concentraciones de masas en los pisos más altos, ya que

incrementan las fuerzas de inercia y los momentos de volteo.

Deben evitarse fuertes diferencias de pesos entre pisos

sucesivos, ya que generan variaciones bruscas en las

fuerzas de inercia y en la forma de vibrar del edificio

Sugerencias


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Sistemas EstructuralesForma de Planta

Un factor que ayuda al desempeño de las estructuras ante un sismo es la simetría respecto a sus dos ejes en planta, ya que la falta de regularidad por

simetría, masa, rigidez o resistencia en ambas direcciones en planta produce torsión, la cual no es fácil de evaluar con precisión y demanda mayores

solicitaciones a algunos elementos resistentes

Sugerencias

• Cuando las plantas poseen

formas irregulares es

aconsejable utilizar juntas de

construcción, dividiendo la

planta global en varias formas

regulares. Pero éstas pueden

originar problemas de

funcionamiento, ya que la

holgura que hay que dejar entre

las juntas es considerable y

también se deben tomar

previsiones para sellar las

uniones.

• Los edificios ubicados en esquinas, para dar mayor visibilidad y por razones de estética, generalmente poseen las dos caras que dan

hacia la calle con fachadas de vidrio y las dos caras interiores son muros de concreto armado. Esta distribución es inadecuada, ya

que genera una gran excentricidad entre el centro de masas y el centro de rigidez de la estructura, lo que podría generar un posible

colapso.


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Sistemas EstructuralesForma en Altura

En las figuras 3 y 4 se muestran edificios que tienen

forma irregular en su altura. Se puede notar la abrupta

diferencia de masas entre pisos continuos, esto conlleva

a altas concentraciones de solicitaciones en los pisos

donde se encuentran dichas diferencias.

En la figura 5 se pueden ver casos en los que a pesar de que la geometría de la

edificación es regular, existe una marcada diferencia de rigideces entre pisos sucesivos, lo

cual puede generar fallas en los pisos de menor rigidez


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Sistemas EstructuralesSeparación

• Cuando existen edificios muy

cercanos entre ellos, hay que

considerar la posibilidad de que

ocurran daños debidos a golpes

entre ellos.

• El golpeteo ocurre cuando las

distintas estructuras se golpean

al vibrar fuera de fase durante

un evento sísmico. La

consecuencias pueden ser que

se produzca una respuesta

irregular de edificios de distintas

alturas, daños locales a las

columnas, colapso parcial de

las losas, y en muchos casos el

colapso de las estructuras.

• El daño puede ser

particularmente grave cuando

los pisos de las estructuras

cercanas no coinciden en la

altura, lo que hace que la losa

de un edificio golpee las

columnas del otro, como se

aprecia en la figura 2.

• Se recomienda una separación mínima

entre edificios adyacentes, la cual puede

ser una distancia del 1% de la altura del

mayor edificio. La separación mínima entre

las estructuras permite que tengan una

respuesta dinámica independiente

Sugerencias


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Sistemas EstructuralesAlineamiento de ejes

• Las fuerzas de tracción y compresión a las que está sometida la viga durante un evento sísmico son transmitidas al nodo, produciendo grandes

esfuerzos cortantes en él. Cuando la conexión entre la viga y la columna es excéntrica, es decir que el eje de la columna no está alineado al eje de

la viga, los esfuerzos cortantes se concentran en un lado del nodo, por lo que se produce un efecto adicional de torsión en este. Este efecto de

excentricidad produce un comportamiento que aún no se conoce con precisión, debido a la falta de estudios acerca del tema. Además es importante

evitar los daños en los nodos debido a la dificultad que implicaría repararlos luego de un evento sísmico.

1. ALBAÑILERIA APORTICADA

2. ALBAÑILERIA CONFINADA

3. ALBAÑILERIA ARMADA

4. ESTRUCTURAS METALICAS

5. ESTRUCTURAS EN MADERA


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Sistemas

Estructurales

Veamos algunos sistemas:


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SISTEMA TRADICIONAL APORTICADO

Los elementos porticados, son estructuras de concreto armado

con la misma dosificación columnas -vigas peraltadas, o chatas

unidas en zonas de confinamiento donde forman Angulo de 90º

en el fondo parte superior y lados laterales, es el sistema de los

edificios porticados. Los que soportan las cargas muertas, las

ondas sísmicas por estar unidas como su nombre lo indica-El

porticado o tradicional consiste en el uso de columnas, losas y

muros divisorios en ladrillo.


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CARACTERISTICAS.

1. Es el sistema de construcción más difundido en nuestro país.

2. Basa su éxito en la solidez, la nobleza y la durabilidad.

3. Sus elementos estructurales principales consisten en zapatas, vigas y

columnas conectados a través de nudos formando pórticos resistentes

en las dos direcciones principales de análisis (x e y).

4. Se recomienda para edificaciones desde 4 pisos a más.

5. Los muros o tabiquería divisorios son movibles.

6. Antisísmicos (buena resistencia a la vibración).

7. A luces más largas puede resistir cargas mayores.

8. Las instalaciones hidro-sanitarias y eléctricas pueden ser ubicadas

entre las viguetas.



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VENTAJAS.

1. El sistema aporticado tiene la ventaja al permitir ejecutar todas las

modificaciones que se quieran al interior de la vivienda, ya que en ellos

muros, al no soportar peso, tienen la posibilidad de moverse.

2. Proceso de construcción relativamente simple y del que se tiene mucha

experiencia.

3. El sistema aporticado posee la versatilidad que se logra en los espacios y

que implica el uso del ladrillo.

4. El sistema porticado por la utilización muros de ladrillo y éstos ser huecos y

tener una especie de cámara de aire, el calor que trasmiten al interior de la

vivienda es mucho poco.


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DESVENTAJAS

1. Las luces tienen longitudes limitadas cuando se usa concreto

reforzado tradicional (generalmente inferiores a 10 metros). La

longitud de las luces puede ser incrementada con el uso de

concreto pretensado.

2. Generalmente, los pórticos son estructuras flexibles y su diseño

es dominado por desplazamientos laterales para edificaciones

con alturas superiores a 4 pisos.

3. Este tipo de construcción húmeda es lenta, pesada y por

consiguiente más cara.


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En el diseño de estructuras aporticadas intervienen los siguientes elementos estructurales.

a) Losas: aligeradas, macizas, nervadas.

b) Columnas.

c) Zapatas: aisladas, combinadas.

d) Muros no portantes.

e) Cimentaciones corridas para muros no portantes.

Los cuatro primeros tienen comportamiento no estructural, es decir soportan el peso de las cargas vivas y mientras.

Las dos últimas son las que intervienen para serrar los ambientes no teniendo una función netamente estructural.


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CONDICIONES DE DISEÑO DE PORTICOS

PRINCIPALES YSECUNDARIOS

• Los pórticos principales soportan el peso de las lozas es decir las vigas de los pórticos reciben

las cargas y se transmiten a las columnas y estas a las zapatas.

• En la figura mostrada (fig. a) los pórticos principales son A-A, B-B, C-C debido a que estos

soportan el peso de la losa.

A B

• Para el metrado de cargas se tendrá en cuenta el ancho tributario de losa que reciban las vigas

principales así como el peso propio de la misma, más las cargas vivas. Estas vigas son por lo

general de gran peralte y tienen función estructural.

• Las columnas de los pórticos, se diseñaran de acuerdo a las cargas que reciben. Estas tienen

función estructural.

• Las columnas de los pórticos secundarios no soportan el peso de las losas y en la figura a, están

constituidas por los ejes 1-1 y 2-2.

• Si la losa se arma como en la figura “b” los pórticos principales serán los ejes 1-1, 2-2 y los

secundarios serán A-A, B-B y C-C.

• Este tipo de pórticos conocidos como pórticos simples es uno de los más sencillos. Tiene la

ventaja que permiten usar los espacios libremente. Se utiliza para estructuras no muy altas ya

que en caso contrario las dimensiones de las columnas aumentan considerablemente.

• Los pórticos van cada 4 o 5 metros. El espaciamiento de estos estará en función de los peraltes

de las losas y las vigas.

• Si el espaciamiento es muy grande entre los pórticos entonces los peraltes serán mayores.

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