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Elementos Estructurales

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Gustavo Antonio Pérez Juárez

on 27 September 2013

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Transcript of Elementos Estructurales

Clasificación de los elementos estructurales
26 de Septiembre del 2013
Gustavo Antonio Pérez Juárez
Virginia Vargas Martínez
Wendoly Jaqueline Arriaga Martínez
Carlos Alberto Murillo Mendoza
Rodrigo Ledesma Rojas
Luis Alfredo Días Gonzáles

EQUIPO: 4
Elementos no Estructurales
Son todos aquellos elementos de un edificio diferentes a su estructura portante tales como fachadas, ventanas, paredes, equipos etc.
Según la posición que ocupan y el esfuerzo que soportan
Cadenas
La función principal de las cadenas o dalas de concreto armado, ya sea que estén localizados en los muros o sobre las cimentaciones, es la de transmitir en forma uniforme las cargas verticales y ayudar a la estructura a trabajar correctamente en caso de sismos o asentamientos.
Castillos
Son los elementos verticales del confinamiento, los que a la vez sirven de unión entre diferentes muros que ocurren a un mismo punto. Los castillos son utilizados también como apoyo de trabes o columnas superiores. Dependiendo del tipo de piezas que se utilicen en la fabricación del muro, serán las dimensiones y el tipo de castillos. Es importante que el refuerzo con castillos y dalas esté ligado entre sí, para que verdaderamente sea de confinamiento. Esto se logra anclando adecuadamente las varillas de un elemento dentro de otro (figuras 11-5 ). La separación máxima entre castillos deberá ser de tres metros (figura 11-7) . Generalmente, los castillos se ocultan en el espesor del muro, y por lo mismo, una de sus dimensiones está determinada por el ancho de las piezas del muro.
Cadenas de Cerramiento
Las dalas o cadenas de cerramiento son refuerzos de concreto armado colocadas encima de los muros, a todo lo largo. Son la frontera entre los techos y las paredes.

Sirven para repartir la carga del techo en edificaciones de un piso y para distribuir la carga de la segunda planta en estructuras de dos plantas o más. Fundamentalmente, amarran o unen entre sí a los castillos y dan rigidez a los muros para que no se agrieten.

El armado, cimbrado y colado se hacen de la misma manera que las cadenas o dalas de cimentación.

Cadenas de Desplante
Cadena de desplante es una trabe que sirve para distribuir las cargas verticales y ayudar a la estructura a trabajar correctamente en casos de asentamientos.
Generalmente es de concreto armado, del mismo ancho del muro y sirve para evitar que el muro sufra fallas o cuarteaduras.
También se llama:
• dala de desplante
• armado cadena
• trabe de repartición
• dala de desplante

Diferencia entre Castillos y Columnas
El castillo sirve para dar rigidez a los muros, y la columna es un elemento estructural de carga, por lo que su composición es muy diferente.
1.- Los momentos en la columna son más grandes, por lo que requiere mayor área de acero que en un castillo.
2.- La compresión en la columna es más grande que en un castillo (este no soporta peso estructural), por lo que se requiere de más área de concreto.

Castillo de Concreto
El castillo va a una distancia no mayor de 3 metros.
Identificar Columnas y Castillos en obra
Si los elementos ya están construidos y no se ve el área de acero, ver la sección, ya que la columna resulta ser más robusta que el castillo. Además de que por lo general todas las columnas están alineadas y son más angostos los castillos.
El castillo quedará armado antes de levantar el muro
• Primero se dejan de 25 a 30 cm de acero en los castillos, por arriba del muro, esto para poder amarrar el acero al de la losa o al de los cerramientos.
• Después se coloca la cimbra: colocar los tablones para ambas caras del muro, y finalmente poner los yugos.
• La madera para la cimbra va barnizada con aceite quemado o diesel, la cimbra se fija al muro con amarres de alambre recocido, que se pasan de un lado al otro del muro a través de pequeñas perforaciones que se hacen en las juntas.
• El acero se humedece antes de colar para limpiar el polvo.
• Hay que picar la mezcla mientras se va colando, con una varilla y golpeando la cimbra para que no quede poroso el concreto.
Construcción
Cada dala se hace con 4 varillas de 3/8” armadas con anillos de alambrón de ¼” y alambre recocido calibre 18. También se venden armadas. La dala se hará del ancho del muro según el material que se va a usar. También hay que cortar la varilla del largo que va a tener la dala. Los anillos van separados uno del otro según lo que marque el plano estructural (generalmente a cada 60cm.) y se amarrara a la varilla con alambre recocido.
Castillos ahogados en los huecos de los bloques
• Es necesario colocar castillos en los extremos de los tableros de muro, en las instalaciones de muros y en los apoyos de trabes o columnas superiores, pero además de éstos deberá colocarse una varilla alojada también en los huecos del block, cada metro. (Fig 11-15).
• Los refuerzos en los extremos del muro son generalmente de dos varillas que se ligan entre sí con grapas de alambrón #2, uno en cada hilada (hasta 20 cm verticales).
• Cuando se presenta la intersección de dos muros es conveniente colocar cuatro varillas distribuidas en los huecos y ligadas entre sí por grapas de alambrón #2 en cada hilada, en número suficiente para que liguen las varillas verticales entre sí.
• Los cuidados serán mayores durante el colado por la dificultad que tiene esta operación en lugares con dimensiones muy pequeñas. Este concreto deberá colocarse en estado fluido para que llene fácilmente los huecos del block, sin formar burbujas de aire atrapado en medio del muro.

Conclusiones
La calidad de una construcción está basada en la correcta utilización de los elementos estructurales necesarios para los requisitos de las diferentes partes de la obra, sin el apropiado conocimiento de las técnicas de construcción y utilización de estos la obra comenzará a padecer de fallas de diversos tipos desde el momento de su incorrecta utilización.

Según sus Dimensiones
Elementos Estructurales
Son aquellas partes que sostienen la estructura de un edificio tales como columnas, vigas, losas, etc.
Para evaluar un elemento estructural depende del tipo de material del cual está construido el elemento estructural así como también su vulnerabilidad o susceptibilidad a sufrir daños ante un desastre natural.

Elementos Estructurales
Vigas y Viguetas
Son piezas o barras horizontales, con una determinada forma en función del esfuerzo que soporta. Forma parte de los forjados de las construcciones.
Están sometidas a esfuerzos de flexión.

Pilares y Columnas
Son piezas o barras horizontales, con una determinada forma en función del esfuerzo que soporta. Forma parte de los forjados de las construcciones.
Están sometidas a esfuerzos de flexión.

Cimientos
Son los elementos encargados de soportar y repartir en la tierra todo el peso de la estructura, impidiendo que ésta sufra movimientos importantes. Soporta esfuerzos de compresión.
Ubicación de Cerramiento sobre puertas y ventanas
La cara inferior de esta cadena debe de quedar a una altura mínima de 2.10 m sobre el nivel de piso terminado, tomando en cuenta que la altura mínima del techo debe ser de 2.30 m. La medida total del cerramiento, en caso de que los muros no sean mayores a 3 m, es de 1.50 m, ya que el claro de la puerta o ventana tiene 0.90 m de ancho, más 0.30 m de cada lado, empotrados en el muro.
Condiciones de Diseño para Dalas de Cerramiento
Ligar la estructura permitiendo la resistencia homogénea ante movimientos horizontales.
Soportar cargas verticales sobre aberturas mínimas, como puertas y ventanas.
Rematar y proteger la parte superior de los muros.
Se recomienda que cuando queden sobre huecos, tengan apoyos laterales de por lo menos 1.5 veces su peralte.
El claro máximo para una cadena es de 3m.
Armado
La cadena de cerramiento se colocará en la parte superior del muro, esta debe ir amarrada con la varilla de los castillos, y al momento de colar la losa, se cuela también la cadena.
Esta cadena tendrá un armado igual al de un castillo o una dala de desplante, este armado son 4 varillas de 3/8", y estribos de alambrón a cada 15 cm.
Deberán contar también con el recubrimiento de 2.5 cm por cada lado.

En zonas sísmicas es importante realizar un doblez a las varillas de la dala de cerramiento, que abarque a la columna por si existe un sismo de tipo oscilatorio, la dala de cerramiento y la columna trabajen en forma conjunta a la flexión.

Colado
• Se utiliza una cimbra de tabla, que puede ser la que usamos para la cadena de desplante de la cimentación. Se hace un cajón que se coloca sobre el muro, a la altura a la que termina la puerta, y se apuntala en los huecos para que en el colado no se mueva.
• La proporción para el concreto será la misma de las dalas y castillos.
• Se pica el concreto con una varilla para que no queden huecos.
Herramientas, Equipo y Material
•Madera para cimbra
• Martillo
• Clavos de madera y concreto
• Alambre recocido
• Cinta métrica
• Manguera de nivel
• Varilla

• Anillos de alambrón
• Botes de 19L
• Pala
• Revolvedora

Procedimiento
Las vigas o dalas de cimentación, se realizan:

• Bajo todos los muros que se van a desplantar y
• Sobre las cimentaciones que se hayan construido.


La cadena de desplante tiene la función de unir o ligar los muros en su base formando una retícula, la cual deberá formar rectángulos cerrados, para dar mayor rigidez a la estructura.
También existen castillos armados soldados de fábrica conocidos como ‘‘castillos electrosoldados’’. Le proporcionan a la cadena de repartición la misma resistencia que si se emplean armados tradicionales, con la ventaja de que es más fácil de instalar, rápido y es más económico. Este producto se solicita con los distribuidores de materiales como ‘‘castillo electrosoldado’’.
Anclaje de un castillo en una cadena de repartición
La otra dimensión se toma normalmente también igual a la anterior, pero se recomienda que no sea menor de 15 cm. (figuras 11-8, 11-9). Los castillos armados colocados en los muros de piezas macizas se arman generalmente con tres o cuatro varillas núm. 3 (3/8). Si el castillo es utilizado como apoyo de trabes o de columnas superiores, será necesario aumentar sus dimensiones y el diámetro de las varillas, así como las características y el número de estribos. En zonas de sismicidad media a alta, no se recomienda el uso de castillos con tres varillas.
El armado, será de 4 varillas de 3/8”, con estribos de ¼ @ 0.15 cm, las varillas, van hasta el fondo de la dala, amarradas, haciéndole unas “patas” para que se sostenga mejor, en el caso del cimiento de concreto van hasta el fondo de la contratrabe, ancladas también haciéndole los dobleces para las “patas”.
Trabes
En ingeniería y arquitectura se denomina viga o trabe a un elemento estructural lineal que trabaja principalmente a flexión. En las vigas, la longitud predomina sobre las otras dos dimensiones y suele ser horizontal.
Trabe y columna es un sistema estructural el cual distribuye cargas a soportes a través de la disposición de miembros verticales y horizontales. Los miembros verticales están referidos a postes o columnas y resisten principalmente fuerzas compresivas. Los miembros horizontales están referidos a vigas o trabes y resisten el volteo y dan equilibrio.
Material del que pueden estar hechas

A lo largo de la historia, las vigas se han realizado de diversos materiales; el más idóneo de los materiales tradicionales ha sido la madera, puesto que puede soportar grandes esfuerzos de tracción, lo que no sucede con otros materiales tradicionales pétreos y cerámicos, como el ladrillo.
La madera sin embargo es material ortotrópico que presenta diferentes rigideces y resistencias según los esfuerzos aplicados sean paralelos a la fibra de la madera o transversales. Por esa razón, el cálculo moderno de elementos de madera requiere bajo solicitaciones complejas un estudio más completo que la teoría de Navier-Bernouilli, anteriormente expuesta.
A partir de la revolución industrial, las vigas se fabricaron en acero, que es un material isótropo al que puede aplicarse directamente la teoría de vigas de Euler-Bernouilli. El acero tiene la ventaja de ser un material con una relación resistencia/peso superior a la del hormigón, además de que puede resistir tanto tracciones como compresiones mucho más elevadas.
A partir de la segunda mitad del siglo XIX, en arquitectura, se ha venido usando concreto armado y algo más tardíamente el pretensado y el postensado. Estos materiales requieren para su cálculo una teoría más compleja que la teoría de Euler-Bernouilli.
Tipos de trabes
Armado de trabes y losas
El número de varillas que deberás poner depende de lo que tu plano estructural te indique. Deberás revisar el tamaño de la varilla a usar y la distancia que debe tener de separación. Lo primero que tienes que hacer es calcular la altura a la que quedará la losa. Es conveniente que marques el nivel en varios puntos.
Cimbrado de Trabes y Losas
Antes de armar la losa hay que protegerla bañando la madera con aceite quemado o diesel para facilitar el descimbrado.

También en la cimbra de la losa hay que dejar preparaciones para instalaciones eléctricas, bajadas para apagadores y contactos, bajadas de agua de lluvia. Las pasadas de tubos para instalación hidráulica y los tubos para ventilas de instalación sanitaria.

Ya calculada la altura, pones los “pies derechos” o puntales con morillos o polines de 4 x 4”. La distancia entre cada puntal no debe pasar de un metro. Hay que clavar los cargadores para que no se caigan los puntales. Abajo del puntal pones una rastra y dos cuñas de madera. Éstas sirven para que no se hunda el puntal y para que lo puedas subir y bajar. Luego hay que “amarrar” los puntales con contravientos diagonales, para que no se mueva la cimbra a la hora del colado.

Por último, coloca tablas sobre los cargadores. Hay que cuidar que la cimbra quede a un solo nivel y sin huecos.

Armado de Trabes y Losas
Marca la separación de las varillas, los ganchos y los bastones. Por tu seguridad siempre que subas a la cimbra hazlo con zapatos y no con tenis, evitarás enterrarte algún clavo. Luego dobla la varilla con la grifa, ayudándote con un tubo de media pulgada para hacer palanca, y así empezar el armado de la parrilla.

Después se acomodan las varillas que se van a “bayonetear” y luego agrega los bastones. Tienes que amarrar la varilla y dejar lista la instalación eléctrica que va en el techo.
Columnas
• Es un elemento estructural vertical empleado para sostener la carga de la edificación.
• Es utilizado ampliamente por la libertad que proporciona para distribuir espacios al tiempo que cumple con la función de soportar el peso de la construcción.
• La adecuada selección de su tamaño, forma, espaciamiento y composición influyen de manera directa en su capacidad de carga.
• El cálculo estructural de la columna establece las características que la definen (dimensiones y cantidad de materiales).
• Por el material, las columnas pueden ser de madera, acero y concreto armado.
• 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 predimensionado de columnas consiste en determinar las dimensiones que sean capaces de resistir la compresión y la flexión.
Columnas de Concreto
• Las columnas de concreto tienen armado de acero.
• Pueden tener sección poligonal o circular, de esto dependerá su armado y encofrado.
• Son fabricadas en el lugar de la obra. (in situ)
Procedimiento Constructivo
1.- Hacer la armadura según detalle en los planos.
2.- Colocar la armadura amarrándola a la parrilla de la zapata o de la cimentación.
3.- Colocar los separadores de concreto de acuerdo al recubrimiento especificado.
4.- Colocar la cimbra de la columna.
5.- Vaciar el concreto, vibrándolo.
6.- Desenmoldado. Quitar cimbra.
El refuerzo transversal de la columna puede ser de dos tipos:
• Por medio de estribos
• Por medio de espiral
Se considera ligeramente más resistente el refuerzo en espiral, pero es más costoso.
Las columnas con refuerzos en espiral son aquellas en las que el refuerzo longitudinal se coloca dentro de un círculo con todas las varillas encerradas por una espiral cilíndrica continua hecha con varilla de acero o alambre de acero de diámetro grande.
Requisitos de diseño para columnas de concreto
Tamaño de la columna
Refuerzo
Estribos
Revestimiento de concreto
Tipos de fallas en las columnas
Por razones prácticas se recomiendan los límites siguientes.
Columnas cuadradas con estribos 25 cm de lado, y de 20 cm si son rectangulares. Columnas con refuerzo en espiral mínimo de 30 cm.
El tamaño mínimo de varilla es el No. 5. El número mínimo de varillas es 4 para la columna con estribos y 5 para columnas con refuerzo en espiral. El área mínima de acero es de 1% del área total de la columna. Se permite un área máxima de acero de 8% del área total, pero las limitaciones en cuanto a la separación entre las varillas hacen que lo anterior sea difícil de lograr; 4% es un límite más práctico.
Del No. 3 con varillas del No. 10 y más pequeñas. Se deben usar zunchos del No. 4 con varillas del No. 11 y más grandes. La separación vertical no será mayor a la menor dimensión de la columna. Se colocarán de modo que toda esquina y varilla longitudinal queda sujeta por la esquina de un estribo.
Se requiere un mínimo de 3.75 cm cuando la superficie de la columna no queda expuesta a la intemperie o en contacto con el suelo; se debe usar 5 cm para superficies expuestas a la intemperie o en contacto con el suelo; se necesitan 7.5 cm si el concreto se cuela directamente sobre el terreno natural.
• Separación entre las Varillas
La distancia libre entre varillas no será menor que 1.5 veces el diámetro de la varilla, 1.33 veces el tamaño máximo especificado para el agregado grueso, o bien, 3.75 cm.
• La resistencia de la columna disminuye debido a efectos de geometría, lo cuales influyen en el tipo de falla.
• El efecto geométrico de la columna se denomina esbeltez, y es un factor importante, ya que la forma de fallar depende de la esbeltez.
• Para la columna poco esbelta la falla es por aplastamiento y este tipo se denomina columna corta.
• Los elemento 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.
Además, los momentos flectores que forman parte del elemento tipo columna del diseño de columna disminuyen la resistencia.
Procedimiento constructivo del cimbrado
• Las columnas de sección cuadrada o rectangular se encofran con cuatro tableros con contrafondos, que es preciso asegurar con refuerzos.
• La altura del encofrado será de acuerdo al diseño, se deja hueco para vertido del concreto.
• La cimbra debe ser lo suficientemente rígida como para evitar la rotura de la madera que soporta la mezcla, y la deformación en toda su longitud.
• Para evitar el despostillamiento de las aristas de la columna se pueden poner en el interior de la cimbra cortángulos de listones triangulares.
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