El Dibujo Estructural Concreto, Acero y Madera

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UNIDAD V El Dibujo Estructural Concreto, Acero y Madera Prof.Arq.Luzalymar Alarcรณn

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ESTRUCTURA es la parte de un edificio encargada de resistir las cargas que actúan sobre él.

• El edificio se puede ver simplemente como una envolvente que recubre y subdivide un espacio para protegerlo del ambiente exterior.

• Las superficies que forman esa envolvente, es decir, las paredes, los suelos y la cubierta del edificio, están expuestas a distintos tipos de cargas

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Toda edificación tiene una serie de elementos sin los que sería imposible mantenerla estática. Estos se hacen necesarios para lograr la inmovilidad total o parcial de la construcción, teniendo por tanto una función mecánica o estático-resistente, lo que permitirá que la edificación mantenga sus características esenciales de acuerdo con su finalidad y requisitos económicos.

Estos elementos, conocidos como estructura, están unidos de alguna manera entre sí, y constituyen el sostén de la edificación.

Desde el punto de vista estructural, toda edificación esta compuesta por elementos soportantes y soportados. Un ejemplo de esto está en la estructura que soporta la cubierta de una vivienda; es necesario construir una estructura que soporte el techo a sí mismo, y que a su vez, soporte la cubierta para que no caiga.

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Viguetas

Bovedillas

Malla de hierros Vigas Columnas

Cimentación y zapatas

PLANOS ESTRUCTURALES 1. Especificación del criterio estructural más adecuado de acuerdo a las características del terreno y las particularidades del proyecto.

2. Memoria descriptiva del cálculo estructural.

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Planos de cimentación detallados con especificaciones.

4. Planos estructurales detallados con especificaciones.

5. Detalles estructurales con especificaciones técnicas.

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Muros Son los elementos de la estructura que tienen la función de cerrar, soportar o contener. El muro soporta cargas que le son aplicadas, y las transmiten al suelo mediante la cimentación. Esta transmisión es lineal, o sea, a lo largo del muro.

Columnas Trabajan generalmente a compresión, transmitiendo la carga al suelo mediante su cimentación.

Fundamentalmente su función es soportante.

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Vigas Son elementos simples, generalmente de eje rectilíneo, que tienen la función de recibir cargas.

Están soportadas en uno o más apoyos: cuando están soportadas por sus extremos, y estos giran libremente, se les llama apoyadas.

Si las vigas tienen varias luces y se comportan como una unidad, se les llama vigas continuas.

Los esfuerzos más comunes a que están sometidas las vigas, son los de flexión y cortantes. Transmiten cargas a otras vigas, a las columnas o a los muros, según el tipo de trabajo que realicen en la estructura.

FUNCION DE UNA VIGA Las vigas son las piezas extensas que, unidas a las columnas, soportan las estructuras y las cargas en las obras, permitiendo flexibilidad.

De hecho, estos elementos se utilizan para soportar los techos y las aberturas, y también como elemento estructural de puentes. Por tal motivo, a la hora de elaborarlos o armarlos se debe comprobar que soporten a la perfección los esfuerzos de tracción y de compresión de modo simultáneo, como sucede al doblarse la pieza.

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Pueden ser realizadas en madera, en hormigón o también en hierros soldados, con cuatro tiras angulares y piezas que se entrecruzan para dar soporte y unión.

Los materiales de elaboración deben ser flexibles, duraderos y resistentes a la vez, por lo que no se utiliza elementos cerámicos, pétreos u otros en su formación.

Vigas de madera La madera de las vigas se comporta de un modo orto trópico con diversidad en su resistencia y rigidez, soportando así diferentes sentidos en los esfuerzos (paralelo o transversal a la fibra de la madera). La madera es capaz de soportar exigencias con menos deformación que otros materiales.

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Vigas de acero o hierro El acero en las vigas presenta un comportamiento isotrópico, con más resistencia y menor peso que el hormigón. Con ello, logran soportar mayores esfuerzos de compresión y también mayores tracciones, lo que las hace las grandes favoritas para obras residenciales y urbanas.

Vigas de Concreto u hormigón armado

Para elaborar vigas se utiliza el concreto pretensado y el postensado, a diferencia de su antecesor (el concreto armado), por su adecuación a las exigencias de las obras y esfuerzos. Son resistentes, presentan buena flexibilidad y adaptación a las exigencias y tensiones del terreno, aunque son de mayor peso que las de hierro, normalmente usadas en construcción de viviendas.

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Los elementos principales de los encofrados de vigas son: el fondo del encofrado, los tableros de los costados formados por tablas, barrotes y tornapuntas de soporte, y las “T”, formada por los cabezales, los pies derechos (soporte temporal) y las crucetas.

El fondo generalmente está formado por tablas o tablones de 1 1/2″ de sección por el ancho que corresponde al ancho de las vigas.

En los tableros de los costados, se emplea tablas de 1″ ó de 1 1/2″ montadas sobre barrotes de 2″ x 3″ ó 2″ x 4″ de sección.

Las “T” de madera cumplen la función de soportar las cargas. Los pies derechos y cabezales deben tener secciones de 2″ x 3″ ó 2″ x 4? y la altura requerida para alcanzar el nivel del vaciado (ver figura 113).

En primer lugar, se colocarán los pies derechos que soportarán el encofrado. Éstos se regulan al contacto con el suelo por medio de cuñas de madera. Por ningún motivo se debe utilizar piedras, cartón o cualquier otro material débil, pues pueden fallar con el peso al que serán sometidos.

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Los tablones o tableros de los costados, que servirán para dar forma a la sección de viga, contarán con espaciadores de madera y pasadores de alambre N° 8 (ver figura 115). Con estos dos elementos se garantiza que el ancho de las vigas sea el que se especifica en los planos.

Los barrotes, que sirven de apoyo a los tablones de los costados de la viga, serán soportados por elementos diagonales llamados tornapuntas, que los arriostran con los cabezales de las “T” .

Una vez armado el encofrado, debe verificarse que esté perfectamente horizontal. Para eso, contamos con la ayuda de un nivel de mano.

La distancia entre estos pies derechos deberá ser como máximo de 90 cm, de ser mayor se podrían producir hundimientos en el entablado

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Antes de empezar a encofrar, se deberá verificar que la superficie del suelo sobre la cual se apoyarán los puntales, esté bien compactada y tenga de preferencia falso piso. De esta manera, evitaremos que los puntales se hundan y desnivelen el encofrado.

No es recomendable usar pies derechos que estén conformados por piezas de madera empalmadas, ya que los empalmes podrían fallar durante el vaciado y producir hundimiento del encofrado y posibles accidentes.

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Arcos

Arcos en la construcción.

Por su forma, están sometidos a esfuerzos de compresión principalmente, aunque pudieran existir otros esfuerzos secundarios como flexión y tangencial o cortante. Se usan en las construcciones para cubrir grandes luces, es decir, sin apoyos intermedios. En los apoyos de sus extremos se originan reacciones inclinadas que determinaran empujes horizontales sobre ellas. A los apoyos se les llaman arranques del arco.

Armaduras Son elementos estructurales simples que trabajan a flexión. Es bueno señalar, que aunque se les considera elementos simples, estas están compuestas por elementos dispuestos de forma que sean capaces de resistir las cargas y transmitirlas a los apoyos actuando como una unidad.

Su forma más simple es la triangular, por ser esa figura geométrica la que proporciona mayor rigidez ]]y estabilidad.

Las armaduras trabajan en conjunto como una viga, es decir, soportan cargas de flexión, pero sus miembros individualmente soportan cargas de tracción y compresión.

Se emplean para cubrir grandes luces, en naves industriales o de almacenes, cubiertas en instalaciones deportivas, etc. Se construyen de madera, acero u hormigón armado.

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ingeniería estructural depende del conocimiento de los materiales y sus correspondientes propiedades para nosotros predecir mejor el comportamiento de diferentes materiales cuando se aplica a la estructura.

Generalmente, el tres (3) más comúnmente utilizados son los materiales de construcción acero, hormigón y madera / madera. Conocer las ventajas y desventajas de cada material es importante para asegurar un enfoque seguro y rentable para el diseño de estructuras.

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El acero es una aleación que consiste principalmente de hierro y carbono. Otros elementos también se mezclan en la aleación para obtener otras propiedades. Un ejemplo es la adición de cromo y níquel para crear acero inoxidable. El aumento de la carbono en el acero tiene el efecto deseado de aumentar la resistencia a la tracción del material. El aumento del contenido de carbono hace que el acero más frágil, lo que es indeseable para el acero estructural.

Ventajas

El acero tiene una alta relación de resistencia / peso. Así, el peso muerto de las estructuras de acero es relativamente pequeña. Esta propiedad hace que el acero un material estructural muy atractivo para edificios de gran altura, puentes de tramo largo, estructuras localizadas en la tierra con bajo portante del suelo y en áreas con alta actividad sísmica.

Ductilidad. El acero puede someterse a gran deformación plástica antes del fallo, proporcionando así grandes fuerzas de reserva. las propiedades del material predecibles. Propiedades del acero se pueden predecir con un alto grado de certeza. Acero, de hecho, muestra un comportamiento elástico hasta un nivel relativamente alto y por lo general bien definido estrés. En contraste con hormigón armado, las propiedades del acero no cambian considerablemente con el tiempo.

La velocidad de la erección. miembros de acero simplemente se instalan en la estructura, lo que para un tiempo de construcción muy corto. Normalmente, esto se traduce en más rápida rentabilidad económica en áreas tales como los costes laborales.

La facilidad de reparación. estructuras de acero en general se pueden reparar de forma rápida y sencilla.

Adaptación de la prefabricación. El acero es muy adecuado para la prefabricación y la producción en masa.

El uso repetitivo. El acero puede ser reutilizado después de una estructura se desmonta.

Ampliación de las estructuras existentes. Los edificios de acero se puede ampliar fácilmente mediante la adición de nuevas bahías o alas. puentes de acero pueden ser ampliadas.

Resistencia a la fatiga. estructuras de acero tienen relativamente buena resistencia a la fatiga.

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Desventajas Costo general. El acero es muy intensivo de energía y, naturalmente, más caras de producir. Las estructuras de acero pueden ser más costosos de construir que otros tipos de estructuras.

Ignifugación. La resistencia del acero se reduce sustancialmente cuando se calienta a temperaturas comúnmente observados en incendios de edificios. También lleva a cabo de acero y transmite el calor de la quema de una parte del edificio bastante rápido. Por consiguiente, marcos de acero en los edificios deben tener una adecuada protección contra el fuego.

Mantenimiento. Acero expuesto al medio ambiente puede dañar el material e incluso contaminar la estructura a través de la corrosión. estructuras de acero expuestas al aire y el agua, tales como puentes y torres, están pintadas con regularidad. Aplicación de aceros la intemperie y resistentes a la corrosión puede eliminar este problema.

La susceptibilidad al pandeo. Debido a la alta fuerza relación / peso, miembros de compresión de acero son, en general, más delgado y por lo tanto más susceptibles al pandeo de, decir, miembros de compresión de hormigón armado. Como resultado, se necesitan más consideraciones de diseño para mejorar la resistencia al pandeo de miembros de compresión de acero delgado.

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El hormigón es una mezcla de agua, cemento y agregados. La proporción de los tres componentes principales es importante a fin de crear una mezcla de hormigón de resistencia a la compresión deseada. Cuando las barras de refuerzo de acero se añaden en el concreto, los dos materiales trabajan juntos con el hormigón que proporciona la resistencia a la compresión y el acero proporcionando la resistencia a la tracción.

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Ventajas

Fuerza compresiva. El hormigón armado tiene una alta resistencia a la compresión en comparación con otros materiales de construcción.

Resistencia a la tracción. Debido al refuerzo proporcionado, hormigón armado también puede soportar un esfuerzo de tracción buena cantidad.

Resistente al fuego. El hormigón tiene una buena capacidad de proteger las barras de refuerzo de acero procedentes de fuego durante un tiempo prolongado. Esto da tiempo para las barras de refuerzo hasta que se extinga el fuego. materiales de origen local. La mayoría de los materiales necesarios para producir hormigón se obtienen fácilmente a nivel local, lo que hace que el hormigón una opción popular y rentable.

Durabilidad. El sistema de construcción de hormigón armado es más durable que cualquier otro sistema de construcción.

Moldeabilidad. Concreto reforzado, como un material fluido en el principio, puede ser económicamente moldeado en una gama casi ilimitada de formas.

Bajo mantenimiento. El hormigón armado está diseñado para ser resistente, utilizando materiales de bajo valor tales como arena y agua que no requieren mucho mantenimiento. El hormigón está destinado a encerrar por completo la barra de refuerzo de tal manera que la barra de refuerzo no se altera. Esto hace que el costo de mantenimiento de estructuras de hormigón armado muy bajos.

En la estructura como zapatas, presas, muelles, etc.. hormigón armado es el material de construcción más económica.

Rigidez. Actúa como un miembro rígido con deflexión mínima. Una desviación mínima es bueno para el mantenimiento de edificios.

La facilidad de uso. En comparación con el uso de acero en la estructura, menos mano de obra especializada se puede utilizar en la construcción de estructuras de hormigón armado.

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Desventajas Almacenamiento a largo plazo. El hormigón no puede ser almacenada una vez que se mezcla como el cemento reacciona con el agua y los endurece mezcla.

Sus principales ingredientes tienen que ser almacenados por separado.

Hora de curar. El concreto tiene un período de treinta días de curado. Este factor afecta en gran medida en el programa de construcción del edificio. Esto hace que la velocidad de construcción de hormigón colado en el lugar más lento que el acero, sin embargo, esto puede ser mejorado en gran medida con el uso de elementos prefabricados de hormigón.

Costo de las formas. El costo de las formas utilizadas para la colada de RC es relativamente mayor.

Sección transversal mayor. Para un edificio de varios pisos de la sección de la columna de hormigón armado (RCC) es más grande que la sección de acero como la resistencia a la compresión es menor en el caso de RCC. Contracción. La contracción provoca el desarrollo de grietas y pérdida de fuerza.

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La madera es un orgánico, material higroscópico y anisotrópico. su térmica, acústico, eléctrico, mecánico, estético, trabajando, etc.. las propiedades son muy adecuadas para usar, es posible construir una casa cómoda usando solo productos de madera. Con otros materiales, es casi imposible. La madera es, obviamente, un tanto común y una elección histórica como material de ingeniería estructural. sin embargo, en las últimas décadas, ha habido un alejamiento de la madera en favor de productos de ingeniería o metales como el aluminio.

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Ventajas Resistencia a la tracción. Por ser un material de construcción relativamente ligero, madera supera incluso el acero cuando se trata de longitud de rotura (o la longitud de auto-apoyo). Simplemente pon, que puede soportar su propio peso mejor, lo que permite espacios más grandes y menos apoyos necesarios en algunos diseños de edificios.

La resistencia eléctrica y el calor. Tiene una resistencia natural a la conducción eléctrica cuando se seca hasta un contenido de humedad estándar (MC) niveles, por lo general entre 7%-12% para la mayoría de las especies de madera. Su resistencia y dimensiones también no se ven significativamente afectados por el calor, proporcionar estabilidad a los edificios e incluso de seguridad implicaciones acabados para ciertas situaciones de incendio.

Absorción de sonido. Sus propiedades acústicas hacen que sea ideal para minimizar eco en los espacios de vida o de oficina. La madera absorbe el sonido, en lugar de reflejar o amplificarla, y puede ayudar a reducir significativamente los niveles de ruido para mayor comodidad. localmente. La madera es un material de construcción que puede ser cultivada y volver a crecido a través de los procesos naturales y también a través de los programas de gestión de replantación y forestales. Seleccione la cosecha y otras prácticas permiten que el crecimiento continúe mientras se cosechan los árboles más grandes.

Amigable con el medio ambiente. Uno de los mayores desafíos de muchos materiales de construcción, incluyendo el hormigón, metal, y plásticos, es que cuando se descartan, toman un imposiblemente mucho en descomponerse. Cuando se expone a condiciones climáticas naturales, la madera se descompone mucho más rápidamente y, de hecho reponer el suelo en el proceso de.

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Desventajas La contracción y la hinchazón de la madera es uno su principal desventaja.

La madera es un material higroscópico. Esto significa que absorberá circundante vapores condensables y pierde humedad al aire por debajo del punto de saturación de la fibra. Otra desventaja es su deterioro. Los agentes que causan el deterioro y la destrucción de la madera entran en dos categorías: biótico (biológico) y abiótico (no biológico). agentes bióticos incluyen decaimiento y moho hongos, bacterias e insectos. agentes abióticos incluyen sol, viento, agua, ciertos productos químicos y fuego.

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No existe un sistema estructural óptimo. Dependiendo del tipo de edificación, la estructura más adecuada será una u otra. El agente más cualificado para elegir el tipo de estructura será el proyectista de la obra. Para su elección dependen varios factores, como las cargas que va a soportar el edificio, el tamaño de las luces (distancia entre pilares), la altura del edificio, el tipo de terreno, etc. Muchas veces, el constructor nos querrá condicionar a hacer un tipo de estructura concreto, adecuado a los medios materiales y humanos que posee.

Siempre es bueno escuchar sus motivaciones, por si nos podemos ahorrar algún coste, pero también hay que tener en cuenta otros motivos técnicos, como el cálculo y el diseño concreto de cada estructura.

Por regla general, las estructuras más habituales para edificios de tamaño intermedio (viviendas, edificios de viviendas, colegios, hospitales, etc.) son de hormigón. Por otro lado, el sistema más habitual es el de pilares y vigas de hormigón. Hoy en día son más habituales las vigas planas porque, aunque necesiten más cantidad de hormigón y de acero, son más fáciles de construir y originan espacios más versátiles. Los forjados más habituales son los unidireccionales de viguetas y bovedillas. Este sistema es el estándar y por tanto, a priori, el más barato para edificios de tamaño intermedio.

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Para edificios con grandes luces (naves, piscinas, teatros, estadios, gimnasios) no se puede usar un sistema estándar. En estos casos lo más adecuado y económico suele ser un sistema de pórticos de acero o de madera laminada. La elección de uno u otro dependerá del diseño de cada espacio.

Para la rehabilitación de edificios tradicionales, que normalmente están formados por muros de carga y forjados de madera, lo mejor será sustituir los materiales en mal estado por un material de las mismas características. Habitualmente los muros de carga suelen estar en buen estado o llegan con un pequeño refuerzo. Sin embargo, las estructuras de madera suelen sufrir la peor parte y es conveniente sustituirlas por estructuras nuevas de madera aserrada o laminada. Como alternativa, se pueden sustituir también por estructuras metálicas. Lo menos conveniente suele ser la realización de estructuras de hormigón, pues estas pesan mucho y tienen un reparto de cargas distinto al de las estructuras de madera, por lo que pueden hacer surgir patologías de carácter irreversible sobre el muro original.

Finalmente, para construcciones muy pequeñas, como garajes, pequeños cobertizos, casetas para el perro, casetas para aperos, etc. podemos usar estructuras de fábrica típicas de la zona, como la mampostería, el perpiaño, el ladrillo o el bloque de hormigón. Como material de cubrición siempre podremos usar una estructura ligera sobre correas de madera, acero o incluso hormigón prefabricado. Pero no debemos olvidar que las estructuras de bloque también han de llevar su debida cimentación, y que esta ha de ser acorde con el tipo de terreno.

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El cálculo de estructuras es uno de los motivos, y muchas veces el único, por el que se llama a un arquitecto para realizar una obra, sobre todo si es pequeña. El diseño lo pone el cliente, la construcción la pone el albañil pero, ¿quién calcula la estructura? ¿Quién se responsabiliza de que con esa estructura el edificio no se va a caer?

El cálculo estructural conlleva un desarrollo matemático muy elaborado. No es solo fruto de la experiencia. Las estructuras no se diseñan a ojo, sino que se calculan. El Código Técnico de la Edificación (CTE) y la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE) regulan los cálculos que hay que llevar a cabo en las estructuras de acero, madera y fábrica (CTE) y de hormigón (EHE). Estos cálculos se pueden realizar a mano, con hojas de cálculo especializadas o mediante programas informáticos.

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En general, cada técnico está capacitado para calcular el tipo de estructuras habituales de su campo. Para las estructuras de edificación convencionales, el técnico más cualificado para calcularlas es un arquitecto. Para calcular un puente, el técnico más cualificado será un ingeniero de caminos, mientras que para calcular la estructura de una nave, tal vez el técnico más cualificado sea un ingeniero industrial. Pero en todos los campos, y más en este caso, siempre hay especializaciones. Existen arquitectos, arquitectos técnicos e ingenieros especializados en el diseño y en cálculo de estructuras.

Existen arquitectos que no calculan nunca sus estructuras y otros que recurren a especialistas en el caso de que exista cierta complejidad. No por ello son peores profesionales, sino que prefieren ofrecer una garantía extra aún a costa de compartir sus honorarios. Lo mismo pasa con otros campos fuertemente especializados como los de las instalaciones, la decoración, la eficiencia energética, etc.

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Hormigón es extremadamente fuerte en compresión y por lo tanto tiene alta resistencia a la compresión de aproximadamente 17MPa a 28MPa. Con resistencias superiores hasta o superior a 70 MPa. Concreto hace que sea posible diseñar edificios muy robustos y duraderos, y aprovechando su masa térmica por mantenerla dentro de la envolvente del edificio puede ayudar a regular la temperatura interior. También hay un creciente uso de elementos prefabricados de hormigón en el sector de la construcción, que ofrece ventajas en términos de impacto ambiental, costo y la velocidad de construcción.

Madera es resistente a las corrientes eléctricas, lo que es un material óptimo para el aislamiento eléctrico. resistencia a la tracción es también una de las principales razones para la elección de la madera como material de construcción; sus muy fuertes cualidades lo convierten en la elección perfecta para los materiales de construcción de alta resistencia tales como vigas estructurales.

La madera es mucho más ligero en volumen que tanto el hormigón y el acero, es fácil de trabajar y muy adaptable en el sitio. Es durable, resultados en la reducción de menos térmico que sus homólogos y fácilmente incorpora elementos prefabricados. Su comportamiento estructural es muy alta y su resistencia a la compresión es similar a la del hormigón. A pesar de todos estos, la madera se utiliza más ampliamente para las estructuras residenciales y de baja altura. Rara vez se utiliza como material principal para las estructuras de gran altura.

Estos son los materiales de construcción más comunes que se utilizan para la construcción.

Cada material tiene su propio conjunto único de ventajas y desventajas. Eventualmente, estos pueden ser sustituidas por materiales que tienen muy poco que no hay limitaciones con los avances tecnológicos en el futuro. Sin importar, nuestros materiales de construcción actuales seguirán siendo relevante para muchas décadas.

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Fuente • Aguado Crespo, F. Introducción a la Construcción. Edit. Pueblo y Educación. La Habana, 1987.

• https://joelrequejo.wordpress.com/2014/07/14/vigas/ • https://www.certicalia.com/blog/importancia-estructurasconstruccion