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SISTEMAS ESTRUCTURALES

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by

Abigail Soncco

on 16 July 2015

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Losas macizas
Losas aligeradas convencionales
Losas aligeradas con viguetas prefabricadas
Losas nervadas
Losa hongo
Losas especiales
SISTEMAS ESTRUCTURALES
INTRODUCCIÓN
La estructura de las edificaciones serán los
elementos destinados a soportar las acciones o fuerzas que actúan directa o indirectamente sobre la edificación.

FACTIBILIDAD.
Las estructuras son reales , por tanto ellas deben usar materiales y productos disponibles, que puedan manejar los trabajadores de la construcción y las empresas de producción. “Solo porque algo se puede construir no es razón para que se deba construir”

ECONOMIA.
La estructura no debe ser costosa, debe existir una correspondencia con respecto a los otros costos de una edificación. Si bien la estructura es vital generalmente no representa el monto mayor de una construcción a excepción de una construcción llamativa.

CONSIDERACIONES GENERALES
OPTIMIZACION
La estructura debe ser planteada buscando un punto intermedio entre los deseos de seguridad, amplitud de espacios, calidad de acabados y la factibilidad práctica y económica. La mejor solución debe elegirse en función de la prioridad del diseño, donde el costo en la mayoría de las veces esta primero

INTEGRACION
Un buen diseño estructural requiere la integración de la estructura en la totalidad del sistema físico del edificio. Existe una marcada influencia de las decisiones de carácter estructural sobre la arquitectura, las instalaciones, el procedimiento constructivo y el mantenimiento de las edificaciones.

Equilibrio
Estabilidad
Resistencia
Funcionalidad
Economía
Estética
Tecnología

Exigencias básicas de una estructura

LA FUNCION BASICA DE LA ESTRUCTURA ES SOPORTAR CARGAS.



FUNCIONES ESTRUCTURALES


LAS FUNCIONES DE LA ESTRUCTURA RELACIONADAS CON LA ARQUITECTURA
Necesidad de protección y
espacios cerrados

Necesidad de definición de
espacios interiores, subdivisión y
separación

Necesidad de espacio interior libre

Un material para ser considerado estructural debe cumplir con las siguientes propiedades:
Resistencia: capacidad de soporte, puede variar por la edad, temperatura, humedad, etc.
Resistencia a la deformación: grado de rigidez, elasticidad, ductilidad variando con el tiempo, temperatura, etc.
Dureza: resistencia al corte de superficie, abrasión ó desgaste.
Resistencia a la Fatiga: pérdida de resistencia, cambio de forma, fractura progresiva.
Uniformidad de la estructura física: homogeneidad.

MATERIALES ESTRUCTURALES

MADERA. Natural o moldeada.
ACERO. Producto industrial.
CONCRETO. Mezclado en obra
Pre mezclado y pre formado.
MAMPOSTERIA. De piedra.
De ladrillo.
De concreto.
De adobe.
PLASTICOS. Sustituto de vidrio.
Elementos moldeados.
Espumas.
SUELOS. Naturales, aglomerados.
OTROS. Aluminio, vidrio, fibra de vidrio, carbono.

LISTADO DE MATERIALES ESTRUCTURALES

CLASIFICACIÓN
Estructuras Macizas
Resistencia y estabilidad se logra mediante la masa, aun cuando estructura no sea totalmente sólida.
Estructuras Reticulares
Red de elementos ensamblados con relleno entre ellos cuando sea necesario. Adaptables a variaciones de forma, asimetría pero pueden ser difíciles de diseñar.
Estructuras Superficiales
Sirven como estructura y envolvente. Estables y fuertes pero limitadas al recibir cargas concentradas
TIPOS
SISTEMA DE PÓRTICOS
Definición:
 
Este es un sistema que basa su estructura en pórticos que forman un conjunto esqueletal de vigas y columnas conectadas rígidamente por medio de nudos.
Se comporta de manera monolítica y es más resistente tanto a las cargas verticales como a las horizontales.


Distribuyen el peso de las losas hacia las columnas.
Esta es la pieza más importante y complicada de la estructura.
La tracción se toma con acero, la compresión con hormigón y el corte con estribos o barras dobladas en caballete o ambas.
COMPORTAMIENTO DE VIGAS

SECCIONES DE VIGAS

La columna es el elemento estructural vertical empleado para sostener la carga de la edificación.
es un elemento fundamental en el esquema de una estructura y la adecuada selección de su tamaño, forma, espaciamiento y composición influyen de manera directa en su capacidad de carga.

Los elementos de la columna son:
el eje axial
la altura
los apoyos
la sección
las cargas

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 flexocompresión.

COMPORTAMIENTO

CONCRETO

ACERO

TIPOS DE COLUMNAS

Características
Su acción puede restringirse a un plano o extenderse en varias direcciones
Sus juntas adquieren gran importancia ya que la mayor magnitud de esfuerzos y fuerza interna se encuentra en ellos
Para su fabricación generalmente se usa acero o concreto
Configuración Estructural

Centro de masas
es el lugar geométrico o punto en el entrepiso donde todo el movimiento puede representarse

El centro de rigidez (CR) representa en centro geométrico de las rigideces de los elementos estructurales de un nivel y es el punto del entrepiso que al aplicar una fuerza cortante

Edificaciones

Artículo 9. Concepción Estructural Sismorresistente

El comportamiento sísmico de las edificaciones mejora cuando se observan las siguientes condiciones:
- Simetría, tanto en la distribución de masas como en las rigideces.
- Peso mínimo, especialmente en los pisos altos.
- Selección y uso adecuado de los materiales de construcción.
- Resistencia adecuada.
- Continuidad en la estructura, tanto en planta como en elevación.
- Ductilidad.
- Deformación limitada.
- Inclusión de líneas sucesivas de resistencia.
- Consideración de las condiciones locales.
- Buena práctica constructiva e inspección estructural rigurosa.

15.2 Junta de Separación sísmica (s)

Toda estructura debe estar separada de las estructuras vecinas una
distancia mínima s para evitar el contacto durante un movimiento
sísmico.

Esta distancia mínima no será menor que los 2/3 de la suma de los
desplazamientos máximos de los bloques adyacentes ni menor que:
s = 3 + ,0 004 ⋅(h − 500) (h y s en centímetros)
s > 3 cm
donde h es la altura medida desde el nivel del terreno natural hasta el
nivel considerado para evaluar s.

6.3 TUBERÍAS Y DUCTOS EMBEBIDOS EN EL CONCRETO
6.3.1 Se permite, previa aprobación de la supervisión, embeber en el concreto tuberías, ductos e
insertos de cualquier material que no sea perjudicial para el concreto y que esté dentro de
las limitaciones de 6.3, siempre y cuando se considere que ellos no reemplazan
estructuralmente al concreto desplazado, excepto en lo previsto en 6.3.6.
6.3.6 Se puede considerar que los ductos, tuberías e insertos sustituyen estructuralmente en
compresión al concreto desplazado si cumplen con lo siguiente:
(a) No estén expuestos a la corrosión o a otra causa de deterioro.
(b) Sean de acero o hierro sin revestimiento o galvanizado, de espesor no menor que el del
tubo de acero calibre estándar número 40
(c) Tengan un diámetro interior nominal no superior a 50 mm y estén separados no menos
de tres diámetros medidos centro a centro.

Vigas y columnas

Estructuras de acero
Son los elementos soportantes, tanto verticales (columnas), como horizontales (vigas), son de perfiles de acero laminado, como angulares, canales, vigas I,vigas T.

Son elementos prefabricados que se preparan en un taller y se llevan a la obra listas para ser colocadas. En comparación con otros sistemas estructurales, este es más económico debido al ahorro del tiempo de ejecución. La unión de los elementos entre sí, se hace remachada, soldada, o con pernos y/o pasadores.
Ventajas

Las estructuras pueden hacerse de sección menor que con otros materiales, pues el material es homogéneo y resistente.

Desventajas

Deben protegerse de la corrosión con pinturas especiales o recubrimiento de hormigón.
Son peligrosas en caso de incendio, pues tienden a deformarse por el calor.
Estructuras de concreto
Los miembros del hormigón armado están constituidos por hormigón y barras de acero (cabillas) que son el refuerzo. Su función principal es resistir esfuerzos de compresión, y la del refuerzo, soportar fuerzas de tracción, pero ambos materiales trabajan como una unidad.
Ventajas

Su plasticidad, que permite su adaptación a infinidad de formas mediante el empleo de encofrados.
Resistencia al fuego (comienza a destruirse a partir de los 600° C.
Durabilidad: su calidad mejora con el tiempo.
Costo de mantenimiento mínimo.
Es un material bastante impermeable.
Desventajas

Material muy pesado (2400 kg/m³)
Control de la calidad complejo.
Tiempo para obtener su resistencia útil (unos 28 días).
Técnica compleja (esmerada ejecución, encofrado, fraguado, curado y desencofrado).
Estructura de madera
En esta, los elementos estructurales se fabrican de madera. Requiere gran habilidad para lograr sus uniones, ensambles y conexiones, según el tipo de madera usado, así como una gran precisión para el montaje.

El montaje de estas estructuras es bastante rápido, pues no se necesitan grandes equipos de izaje por lo liviano del conjunto.
Ventajas

Ligereza
Facilidad de elaboración
Desventajas

Desventajas

Combustibilidad
Mantenimiento
Economía
Ubicación de columnas
Proporcionan la máxima abertura en la planta y permiten que la configuración del espacio interior se pueda cambiar moviendo la tabiquería.
La ubicación de las columnas determinará la luz de las losas y vigas, por lo cual deberán tomarse en cuenta los criterios establecidos en el predimencionamiento de losas y vigas.
Al ubicar las columnas, líneas de resistencia claramente definidas en las direcciones principales del edificio y deben localizar los centros de las vigas.
El rango de variación del espaciando de columna en construcciones de un solo piso puede estar dentro de límites bastante grandes
En edificios de varios pisos, sin embargo, la ubicación de las columnas debe ser la misma para todos los pisos y las columnas de la planta baja llevan la carga de todos los pisos superiores.
Ubicación de vigas

Requerimientos arquitectónicos de los diversos ambientes, a fin de que los espacios no queden condicionados indebidamente por la presencia de vigas o por dimensiones inadecuadas de ellas.
Resulta más económico disponer las vigas principales en el sentido de las luces largas y las losas en el de las cortas.
La disposición señalada en el punto anterior es también la mejor para las vigas antisísmicas, pues así resultan más rígidas con menor altura en relación con las vigas principales.
Debe darse adecuado apoyo a escaleras, voladizos y demas
COMBINACIÓN DE SISTEMAS
En el caso de
edificios altos
los cuales los requerimientos de resistencia a fuerzas horizontales y de limitación de los desplazamientos que ellas pro­ducen, son más importantes que los requerimientos de resistencia a cargas verticales, en cuanto a las dimensiones de los elementos estructurales, a su disposición y a su costo
.
En los edificios altos los factores preponderantes en la elección del sistema son los siguientes:
- Altura del edificio
- Características del terreno de fundación
- Requerimientos arquitectónicos
- Relaciones de costos entre mano de obra y materiales.
- Otros factores.
La influencia de la altura o número de pisos del edificio en la elección del sistema resistente a fuerzas horizontales se resume en los siguiente gráfico.
Aunque es muy difícil establecer criterios generales sobre este punto, se pueden mencionar los siguientes aspectos básicos:


- Los sistemas de placas requieren un planteamiento cuidadoso para evitar fuertes torsiones en planta; debe hacerse una dis­distribución regular de las pantallas, estableciendo simetría preferentemente.
- Las columnas de concreto tienden a limitar la flexibilidad­dad en la distribución de los espacios internos, por lo cual en los edificios donde el uso requiere gran versatilidad, como por ejemplo, en los edificios de oficina, resulta muy conveniente ubicar las pantallas limitando las áreas de circulación vertical y de servicios.
- Los sistemas de fachada resistente, si bien condicionan bastante el aspecto externo del edificio, facilitan mucho la organi­zación del espacio interno.
SISTEMA CONTINUO: LOSAS
Son elementos estructurales de concreto armado o de materiales prefabricados, de sección transversal rectangular llena, o con huecos, de poco espesor y abarcan una superficie considerable del piso. Sirven para conformar pisos y techos en un edificio y se apoyan en las vigas o muros. Pueden tener uno o varios tramos continuos

Losa colaborante
Tridilosa

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Tienen la desventaja de ser pesadas y transmiten fácilmente las vibraciones, el ruido y el calor; pero son más fáciles de construir

Tiene una sección transversal rectangular llena.
Poco peralte para la luz que cubren

LOSAS MACIZAS


TIPOS

Según sea la forma de apoyo, las losas macizas pueden ser:
Armadas en un sentido
Armada en dos sentidos

h =L/30

Peralte recomendado según la luz libre de losa maciza

Son losas constituidas por viguetas de concreto y elementos livianos de relleno. Las viguetas van unidas entre si por una losa o capa superior de concreto.

LOSAS ALIGERADAS CONVENCIONALES

Podríamos decir que, ante una carga normal de vivienda u oficinas, las losas macizas son eficientes para luces pequeñas, las aligeradas en una dirección son económicas en luces intermedias, 3 a 6m, y las aligeradas en dos direcciones resultan ser más económicas para luces grandes.

EDIFICIOS DE VARIOS NIVELES

USOS

Reducción global del peso de la estructura
Aislamiento térmico entre pisos
Aislamiento acústico entre pisos
Economía en el uso de concreto y acero en la estructura

LOSAS ALIGERADAS CONVENCIONALES

Los elementos de relleno están constituidos por ladrillos, bloques huecos o elementos livianos que sirve para aligerar el peso de la losa y además para conseguir una superficie uniforme de cielorraso

Este sistema permite cubrir grandes luces (hasta 14 m). Requeridos especialmente para edificios públicos donde se proyectan grandes luces

B= 0.3H a 0.5H

H= L/10 a L/12

h= L/25

LOSA ALIGERADA CON VIGUETA PRE TENSADA

Sistema estructural formado por componentes portantes pre fabricados denominados viguetas, componentes aligerantes llamado bovedillas y por una losa de compresion.

CARACTERISTICAS

El espaciamiento entre viguetas de eje a eje es de 0.50 m. a 0.60 m. Las viguetas tienen una forma de “T” invertida, en cuyas alas se apoyan las bovedillas de arcilla, evitándose el fondo del encofrado. Por encima de las bovedillas se coloca una losa de 0.05 m., en la cual van embebidas las instalaciones eléctricas, sanitarias, malla de temperatura y acero negativo


VENTAJAS DEL SISTEMA DE LOSA ALIGERADA CON VIGUETA PRETENSADA
Elimina el 100% del encofrado de contacto.
Ahorro del tiempo y mano de obra en el encofrado de losa.
Ahorro del 20% del volumen de concreto en obra.
Reducción de desperdicios.
El sistema es autoportante hasta cierta luz no requiere de encofrados ni puntales.
la calidad, resistencia y seguridad, (prefabricados)
reduce el peralte del sistema y el peso de la losa
más ligera y requiere menor cimentación.
Se puede cubrir mayores luces.
No requiere de mano de obra especializada.
Aislamiento térmico y acústico.

Consisten en una combinación monolítica de nervios o viguetas regularmente espaciados y una losa colocada en la parte superior que acta en una dirección o en dos direcciones ortogonales

LOSAS NERVADAS

NORMATIVIDAD
E .060 - 8.11, 9.6, 9.7

Peralte Mínima de Losas nervadas

LOSA ALIGERADA

LOSA NERVADA

Las losas nervadas son rentables si la luz de cálculo (distancia entre apoyos) es mayor de 5.00 Mts. Losas de 4.00 Mts o menores dejarían una pérdida económica de hasta un 10.54% de usarse nervadas. Este estudio se basó en que para las losas macizas solo interviene el concreto y acero. Y en el caso de las losas nervadas además del concreto y el acero están los bloques de Poliestireno expandido (plastoformo) y su colocación, el acero malla, además de la elaboración de los viguetas y los estribos que en algunos casos se necesitan.

vs

Losas macizas

Losas nervadas

Es una losa de concreto reforzado en cuatro direcciones de manera que transmita su carga directamente sobre las columnas en que se apoya, generalmente sin la ayuda de vigas y trabes.

LOSA HONGO:

DESVENTAJAS:

VENTAJAS:

Como principal inconveniente cuentan con una mayor complejidad y coste del encofrado.

No son adecuadas para zonas de alto riesgo sísmico.

Mejor resistencia a punzonamiento.

La losa hongo presenta la ventaja de dejar al sótano enteramente despejado.

Las dimensiones de cada ábaco en planta no serán menores que un tercio del claro en la dirección considerada. El peralte efectivo del ábaco no será menor que 1.3 por el peralte efectivo del resto de la losa.

El espesor de la losa no será menor de 100 mm, si existe ábaco, o menor de 130 mm si no existe.

En la zona superior de la losa habrá un firme de espesor no menor de 50 mm, y que sea parte integral de la losa. Este firme o capa maciza debe ser capaz de soportar, como mínimo, una carga de 10 kN (1 000 kg) en un área de 100×100 mm.

Rango de utilización: hasta 13 m de luz para cargas medias.

Los capiteles sólo aumentan la resistencia a punzonamiento, mientras que los ábacos, respetando dimensiones mínimas (dimensiones típicas: 1/3 de la luz con 1,5 a 2 veces el espesor de la losa) también aumentan la capacidad resistente frente a momentos sobre pilares.

CARACTERISTICAS:

Edificios industriales.
Viviendas.
Entrepisos.

Generalmente estas losas se utilizan en la construcción de edificios industriales con cargas vivas muy grandes. En la actualidad este sistema es muy popular en la construcción de edificios con múltiples pisos de oficinas en donde la flexibilidad del espacio es requerida.

Se utilizan para aumentar el espesor bajo los pilares y mejorar la resistencia a flexión y cortante.

USOS:

Suiza

Robert Maillart

La  aplicación de los pilares fungiformes  se dio en  la construcción del almacén Giesshübel en Zúrich, este tipo de pilar  soluciona el problema de punzados mediante un  capitel en forma de hongo  que se encarga de transferir  las cargas del techo hacia los pilares.

Nombre del proyecto: El paraguas.
Ubicación: Celaya, Guanajuato.
Proyecto Arquitectónico: Javier Senosiain Aguilar.
Concreto: F´c= 200kg/cm2.

Oficinas Johnson Wax , Frank LLoyd Wright

EJEMPLOS:

LOSAS ESPECIALES

TRIDILOSA

COLABORANTES

Es un tipo de losa compuesta, que usa un perfil de acero galvanizado diseñado para anclarse perfectamente al concreto y formar de esta manera una losa reforzada.

LOSA COLABORANTE

Malla de temperatura

elemento estructural mixto entre el concreto y el acero.

Lamina de acero

su instalación se puede realizar sobre estructuras de acero

Es más económico, se reduce el 30% del peso y los costos de estructuras, y permite el diseño de superficies más grandes, con menos columnas.

Limpieza en el trabajo;

Crea una plataforma segura de trabajo y almacenamiento antes del vaciado del hormigón.

Reduce el tiempo de construcción

excelente resistencia estructural

Ahorro de mano de obra y tiempo.

VENTAJAS

Ciudad de la cultura - Peter Eisenman

Pueden reemplazar, con grandes ventajas, al uso tradicional de la losa de concreto reforzado en muchas de sus aplicaciones convencionales
estructura tridimensional, le fue incorporado el material mas popular en la construcción de los últimos cincuenta años, el concreto
El resultado se traduce en una estructura mixta de acero y de concreto, que no es el concreto reforzado tradicional.
un 66 por ciento del peso del concreto de la losa, ya que no contiene concreto de relleno



TRIDILOSA

La tridilosa es una estructura mixta de
concreto y acero que se compone de
elementos tubulares soldados u
atornillados a placas o nodos de
conexión.

Las estructuras son mucho más ligeras,
resistentes y económicas en tiempos
mucho menores que los sistemas
convencionales.

Esta característica permite su utilización
para soluciones especiales tales como
puentes; hangares para aviación,
tiendas departamentales, edificios de
oficinas, hoteles, entre otros.

CARACTERÍSTICAS

Su peralte varía según el espacios a cubrir.
El peso propio se mantiene casi constante (similar al de un aligerado de 20 cm).
Rigidez mayor a un techo convencional.
Las diagonales por su forma y ubicación distribuyen los esfuerzos en diferentes direcciones, lo que permite una reserva de resistencia para afrontar acciones como sismos.
Actúa ligada con elementos de borde y apoyo (vigas y columnas), haciendo un todo que da una mayor seguridad y estabilidad a la estructura.

Una de las cualidades más destacadas de su estructura es que puede ahorrar un 66% de hormigón y hasta un 40% de acero, debido al hecho de que no necesita ser rellenado de hormigón en la zona de tracción, solamente en la zona superior de compresión.


VENTAJAS

• Por su ligereza y resistencia se emplean
menos vigas, columnas y zapatas.

•Se logra regular la temperatura gracias a la
cámara de aire que se deja entre sus dos
losas.

•Nos permite jugar con grandes alturas y
claros para mejor comunicación visual.

•Facilita construcción y remodelación debido
a que no es una estructura muy
condicionante.

RESUMEN LOSAS

CRITERIOS DE SELECCIÓN TIPO DE LOSA

4

3

2

1

El sistema conocido comúnmente como losa de tabelones está constituido por perfiles de acero (vigas “doble T”) y bloques de arcilla tipo tabelón que se insertan en los perfiles “doble T”

10

7

8

6

9

5
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