SISTEMAS ESTRUCTURALES

SISTEMA ESTRUCTURAL: APORTICADO Un sistema porticado es el que utiliza como estructura una serie de pórticos dispuestos en un mismo sentido, sobre los cuales se dispone un forjado. Es independiente de su arriostramiento, que podrá hacerse con pórticos transversales, cruces de San Andrés, pantallas u otros métodos; y del material hoy en día en las zonas desarrolladas, especialmente en hormigón desde la patente de domino de Le Corbusier. Los forjados transmiten las cargas a los pilares o muros, y estos a la cimentación.

CARACTERISTICAS  Es el sistema de construcción más difundido en nuestro país y el más antiguo basa su éxito en la solidez, la nobleza y la durabilidad.  Un sistema porticado es aquel cuyos elementos estructurales principales consisten en vigas y columnas conectados a través de nudos formando pórticos resistentes en las dos direcciones principales de análisis.

El comportamiento y eficiencia de un pórtico rígido depende, por ser una estructura hiperestática, de la rigidez relativa de vigas y columnas. Para que el sistema funcione efectivamente como pórtico rígido es fundamental el diseño y detalle de las conexiones para proporcionarle la rigidez y capacidad de transmitir momentos.  Económicamente no se puede fijar un límite de altura generalizando para los edificios con sistemas de pórtico rígidos, pero se estima que en zonas pocos expuesta a sismos el limite puede estar alrededor de los 20 pisos.

VENTAJAS

DESVENTAJAS

• Tiene la ventaja de poder ejecutar todas las • La tienen longitudes limitadas, cuando se usa modificaciones que se quieran al interior de concreto s luces reforzado tradicional la vivienda, ya que esos muros al no soportar (inferiores a 10pmetros), La longitud de las el peso, tienen la posibilidad de moverse. luces puede ser incrementada con el uso de Proceso de construcción económico para concreto pretensado. edificaciones inferiores a 20pisos.

• Generalmente los pórticos, son estructuras • El sistema de porticado posee la versatilidad flexibles y su diseño es dominado por que se logra en los espacios y que implica el desplazamientos laterales para edificaciones uso del ladrillo. El uso de muro de ladrillos al con alturas superiores a 4 pisos. tener una cámara de aire, el calor que transmiten al interior de la vivienda es menor. • Este tipo de construcción húmeda es lenta, pesada y por consiguiente más cara.

• Obliga a realizar marcha y contramarcha en los trabajos.

SISTEMA ESTRUCTURAL: MUROS DE CARGA Se denomina muro de carga o muro portante a las paredes de una edificación que poseen una función estructural, es decir, aquellas que soportan otros elementos estructurales del edificio, como arcos bóvedas, vigas o viguetas de forjadas o de la cubierta Son estructuras que están sujetos a compresión ya que su función principal es soportar cargas, es decir, otros elementos de la construcción como son las vigas, cubiertas, bóvedas, entre otras. Se conocen también como muros portantes y el espesor del muro se relaciona directamente con el peso que soporta y la fatiga de trabajo de sus componentes. Los materiales para construir un muro de carga son: Piedra, ladrillos, concreto armado, tabique de barro o de cemento, piedra artificial, bloque de cemento, hueco y adobe

CARACTERISTICAS Lograr que sea lo suficientemente resistente para soportar las cargas que le son transmitidas por los elementos que soportan, como cubiertas, entrepisos, otros muros superiores, entre otros. Para lograr la resistencia necesaria se debe tener en cuenta, el espesor del muro, la calidad de los materiales con los que se esta construyendo, la altura y el tipo de carga que soportara. Los muros de carga reciben y transmiten las cargas de forma lineal.

VENTAJAS • Aceleración de los tiempos de construcción.

• Menor costo.

• Acabado de mejor calidad en la superficie de las paredes.

• Mejor resistencia sísmica y al viento.

• Excelente sistema a prueba de sonido • Paredes y losas monolíticas.

• Mínimo encofrado necesario, encofrado de paredes y losas puede ser reutilizado.

• Este sistema al estar diseñado de la mejor manera, con todos los cálculos necesarios, termina siendo muy rígido, ya que ofrece una gran resistencia a los refuerzos laterales.

• Se producen muy pocos desplazamientos laterales, los elementos no estructurales no sufren daños considerables.

DESVENTAJAS • Por ser un sistema que posee una gran rigidez estará expuesto a grandes esfuerzos, que disiparan las fuerzas hacia las fundaciones.

• Como posee unas losas delgadas, los ramales de instalaciones de las aguas servidas es limitada. En algunos casos se tiene que llegar a aumentar el espesor de la losa donde van a ser ubicados los baños para poder cumplir con las pendientes necesarias.

• Ya que los muros son continuos dificulta la distribución de los espacios internos, por esta razón el uso puede estar limitado para viviendas y hoteles. Generalmente se requiere en la planta baja mayores espacios libres, ya sea para estacionamientos o en el caso de un hotel para el lobby.

• Puede llegar a ser un sistema muy vulnerable si la configuración estructural no posee líneas de resistencia en las dos direcciones ortogonales. Por lo que es resulta muy importante que exista una interacción entre Arquitecto-Ingeniero al momento de realizar el proyecto.

SISTEMA ESTRUCTURAL: ABOVEDADOS, ARCOS Y CUPULAS

El concepto básico del arco es tener una estructura para cubrir claros, mediante el uso de compresión interna. El perfil del arco “puro” puede ser derivado geométricamente de las condiciones de carga y soporte. Para un arco de un solo claro que no está fijo en la forma de resistencia a momento, con apoyos en el mismo nivel y con una carga uniformemente distribuida, la forma resultante es la de una curva de segundo grado o parábola. La forma básica es la curva convexa hacia abajo y su carga es gravitacional.

Basándose en bóvedas, que centran las cargas en arcos reforzados por pilastras o contrafuertes.

Para utilizarlo se precisan materiales que aguante bien los esfuerzos de compresión, por lo que tradicionalmente se han construido en ladrillo, cerámica o piedra.

CARACTERISTICAS • El sistema de abovedada se caracteriza por el uso de bóveda, el arco, y la cúpula.

• Geométricamente esta generada por dos superficies semicilíndricas ortogonales cuyas líneas de intersección se cruzan en el vértice superior.

• Tanto las formas de bóveda como de cúpula se pueden crear como formas directas de cascaron o nervaduras. El uso del concreto pre-forzado es el material más usado para la elaboración de las formas de cascaron.

VENTAJAS • Se consiguen espacios más amplios, además de poder prescindir de la piedra y por supuesto de las grandes vigas de madera y utilizar materiales como el ladrillo.

• Las bóvedas generan cargas verticales y empujes horizontales sobre sus apoyos, logrando que su peso propio centre sobre la base para mantener el equilibrio.

DESVENTAJAS • Este tipo de construcción húmeda es lenta, pesada y por consiguiente más cara.

• Primero se construye la pared y después se abren los huecos por donde van a pasar las tuberías.

• Desplome o colapso, un arco se colapsa cuando las dovelas que lo sostienen pasar de ser una estructura en equilibrio a ser un mecanismo. El proceso de descimbrado genera necesariamente fisuras en la estructura de un arco, debido al descenso de la clave y el asentamiento de las partes del mismo.

SISTEMA ESTRUCTURAL: CERCHAS METALICAS Las cerchas son la composición de barras rectas unidas entre si, a través de sus extremos para constituir un armazón rígido de forma triangular, capaz de soportar cargas en su plano, particularmente aplicadas sobre las uniones denominadas “nodos”. En consecuencia, todos los elementos se encuentran trabajando a tracción o compresión sin la presencia de flexión y corte.

Son estructuras reticuladas, usadas en cubiertas que soportan grandes cargas, que cubren vanos extensos. Es uno de los principales tipos de estructuras empleadas en obras civiles.

Proporcionan una solución practica y económica a muchas situaciones de trabajos de construcción, especialmente en el diseño de puentes y edificios.

CARACTERISTICAS Cercha simple: Cercha rígida plana, puede formarse simplemente partiendo de tres barras unidas por nodos en sus extremos formando un triangulo y luego extendiendo dos nuevas barras por cada nuevo nodo o unión.

Cercha compuesta: Si dos o más cercas simples se unen para formar un cuerpo rígido, la cercha se denominará compuesta.

VENTAJAS •

Soportan grandes cargas.

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Poseen interiores amplios y esto hace que se adapten perfectamente a procesos industriales.

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Son de montaje fácil y rápido ya que sus elementos estructurales principales son prefabricados.

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Los costos de demolición son bajos, permitiendo que los cambios en la instalación resulten económicos.

Al ser materiales prefabricados, pueden ser obtenidos en cualquier momento.

DESVENTAJAS •

Aunque el acero es un material incombustible cuando se le somete al fuego directo y continuo disminuye su resistencia y se deforman los elementos con probables defectos destructivos.

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Son estructuras susceptibles a la vibración, lo cual trae consecuencia una instalación ruidosa.

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El costo del mantenimiento es alto.

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Poca flexibilidad ante posibles cambios durante la obra.

Mayor inversión en el análisis y logística, ya que se deben tomar en consideración la construcción, erección y montaje de las piezas.

Para su montaje a veces se requieren obras temporales adicionales.

Se requiere un diseño especial de conexiones, para dar continuidad y rigidez a los nudos

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SISTEMA ESTRUCTURAL: PERFILES METALICOS

Constituyen un sistema constructivo muy difundido en varios países, cuyo empleo suele crecer en función de la industrialización alcanzada en la región o país donde se utiliza. Se le elige por sus ventajas en plazos de obra, relación costo de mano de obra, costo de materiales.

Poseen una gran capacidad resistente por el empleo de acero. Esto se le confiere a la posibilidad de lograr soluciones de gran envergadura, como cubrir grandes luces, cargas importantes.

CARACTERISTICAS

Perfil T Metálico: Es un prisma metálico, frecuentemente fabricado en acero laminado cuya sección tiene forma de T, pueden distinguirse en vigas de hormigón con sección en T con resistencia similar a la sección cuadrada maciza, pero con ahorro de material

Perfil HEB: Perfil muy usado en construcción, se utiliza para columnas, pilotes, vigas, refuerzo y otros usos de gran resistencia.

Perfil doble T, I o H: Perfil laminado cuya sección transversal está formada por dos alas y un alma de unión entre ellas, generalmente se usan como vigas de flexión, cuando los esfuerzos de torsión son pequeños.

Perfil angular o ángulos: Puede ser de lados iguales o desiguales, se utiliza en dinteles, columnas, vigas de rendimiento, estructuras secundarias.

Perfil IPN: Es un tipo de producto laminado cuya sección tiene forma de doble T, llamado I, con un espesor denominado normal. Las caras exteriores de las alas son perpendiculares al alma y las interiores presentan una inclinación del 14%, respecto a las exteriores por lo que las alas tienen un espesor dreciente a los bordes.

Perfil IPE: Producto laminado, cuya sección normalizada tiene forma de doble T, con el espesor denominado europeo, las caras exteriores e interiores de las alas son paralelas entre si, las alas tienen espesor constante.

Perfil UPN: Se utiliza para vigas y columnas que se unen y se soldán, en usos de rendimiento medio.

Tubo de Acero circular: La tubería hueca circular de acero se utiliza preferiblemente en columnas.

Tubo de acero cuadrado sección hueca: Estas secciones cuadradas o rectangulares se utilizan con mayor frecuencia como columnas, pero también puede ser utilizado como vigas, abrazaderas y en otros usos.

Placas de Acero Estructural: Se trata de piezas planas de acero estructural, cortadas a medida. En general tienen entre 1/8” a 6” de espesor. Se utiliza en bases de columnas, vigas y columnas hechas a medida, piezas de conexión.

Perfil de corte: Normalmente son las secciones de ala ancha de un perfil HEB o IPE

VENTAJAS

DESVENTAJAS

Calidad de la construcción y limpieza de la Poca flexibilidad ante posibles cambios durante zona. la obra.

Al igual que en acero, los trabajos de Mayor inversión en el análisis y logística, ya que fabricación pueden empezar antes del inicio se deben tomar en consideración la de la ejecución de obra, lo cual acorta construcción, erección y montaje de las piezas. significativamente el tiempo de construcción.

Para su montaje a veces se requieren obras Reducción considerable de la mano de obra temporales adicionales. necesaria en obra.

Se requiere un diseño especial de conexiones, Estética en los acabados de los elementos. para dar continuidad y rigidez a los nudos Mejor posibilidad de habilitar claros largos, que con elementos de concreto reforzado.

No requiere cimbra.

SISTEMA ESTRUCTURAL: MALLAS ESPACIALES Es un tipo de estructura espacial, capaz de conformar sistemas estructurales compuestos por elementos lineales unidos, de tal manera, que las fuerzas son transferidas de forma tridimensional, macroscópicamente, una estructura espacial puede formar una superficie plana o una curva.

CARACTERISTICAS Mallas espaciales Planas: Son cuerpos poliédricos sencillos, con elevada rigidez y mínimo numero de aristas, vértices y caras. Deben su nombre a su característica principal, todas las capas que la componen están en el mismo plano o paralelo.

Malas especiales Abovedadas: Combina cierto número de vigas en celosía dispuestas con sus cordones paralelos en el sentido de la longitud de bóveda sostenidas por armaduras transversales.

Mallas esféricas (cúpulas): Consiste en una malla curva en todas las direcciones, obteniendo una estructura que igualmente puede estar formada por una o más capas.

VENTAJAS Las cargas se reparten en todos sus elementos.

Fácil instalación de servicios eléctricos, debido a la forma que poseen estas estructuras.

Gran robustez, debido al elevado número de elementos que constituyen las malas espaciales, aunque un elemento o varios fallen, no se produce un colapso.

Empleo de componentes pre-fabricados.

Estructuras ligeras.

Se reduce el gasto en los materiales usados.

Libertad en la localización de apoyos, ya que pueden soportarse en cada uno de sus nudos.

Geometría regular, lo que las dota de facilidad de construcción.

Facilidad de elevación.

DESVENTAJAS Costo elevado a comparación con otras estructuras.

Dependiendo del sistema que empleen al montaje, puede requerir mucho tiempo.

Baja resistencia al fuego.

SISTEMA ESTRUCTURAL: LOSACERO Es una lámina de acero acanalada galvanizada con nervaduras transversales para usar como losa den entrepiso o techo. Está fabricada con acero estructural galvanizado en ambas caras, bien galvanizado y pre pintado en la parte expuesta o inferior de la losa.

CARACTERISTICAS Posee una alta resistencia estructural debido a su troquel trapezoidal y alto de 6.00 centímetros, que le permite una alta capacidad para resistir cargas, pero sobre todo por su adecuada distribución de refuerzos para cubrir cargas.

Esta lamina sirve de formaleta al momento del armado y fundición del concreto, además es el refuerzo principal del acero durante la vida útil de la losa.

Con esta lamina es posible colocar apoyos con una mayor separación que las losas tradicionales manteniendo altas cargas de diseño.

VENTAJAS • Reduce considerablemente los costos por requerir, menor cantidad de parables para apoyarse, menor cantidad de refuerzo adicional y facilidad de fundición, entre otros.

• Excelente resistencia estructural.

• El acero galvanizado de la lámina le garantiza una larga útil en cualquier condición ambiental.

• En la mayoría de los proyectos se elimina el uso de puntales, reduciendo costos de instalación.

• Se obtiene placas más livianas (8 a 10cm de espesor) • Se instala de forma rápida y limpia • Permite el colocado simultaneo en diferentes niveles, incrementando de esta manera el rendimiento de instalación.

• Sencillez y economía en su instalación al disminuir considerablemente la mano de obra requerida.

• Alta capacidad de soportar cargas • Baja cantidad de empalmes por fabricarla del largo requerido.

DESVENTAJAS • Mano de obra especializada • Alto costo • Maquinaria especializada para su instalación, dependiendo de sus dimensiones.

SISTEMA ESTRUCTURAL: MEMBRABA ESTRUCTURAL

Es un elemento estructural que se elabora con textiles, postes y cables tensionados. Son utilizadas para cubiertas y cerramientos en estados, centros comerciales, aeropuertos, parques, plazas de comida.

Se da el uso de cables de acero. Un cable suspendido es inverso a un arco. Los cables e pueden disponer en redes como sistemas colgantes o para crear superficies de membrana con otros materiales. Los sistemas a tensión se usan para cubrir grandes claros, para crear voladizos o cubrir claros apoyándose en columnas o muros.

CARACTERISTICAS Son completamente diferentes a cualquier solución en técnica como funcionalmente. Apartar de cuatro formas básicas, plana, concava, convexa y la hipérbola, se obtiene gran cantidad de configuraciones geométricas a las cuales se agregan características físicas poco para crear estructuras únicas

VENTAJAS

DESVENTAJAS

• Permite ilimitadas posibilidades de diseño • Se pueden instalar en todos los climas.

• Producen ahorros en cimentación estructura porque son muy livianas.

• La iluminación interna genera nocturnos muy especiales.

y

reflejos

• Son traslucidas • Evitan que pase el calor y mantiene ambientes confortables en climas cálidos • Permiten ahorros de energía en iluminación y climatización.

• Una desventaja seria al cubrir espacios pequeños o de poca área, no representa la mejor solución, ya que en este caso los costos por metro cuadrado serian mucho mas elevados comparados con otros métodos.

• En una estructura de un edificio al que se desea instalar, no brinda los puntos de fácil anclaje y se debería introducir nuevos puntos aumentando así los costos de la misma.

SISTEMA ESTRUCTURAL: SISTEMAS DUAL/MIXTOS Hay sistemas que utilizan propiedades de los anteriormente citados. Por ejemplo, sistemas en voladizos que utilizan un gran apoyo que funciona a compresión, con un cable a modo de segundo apoyo, que a su vez lleva las cargas al primero. Fundamentalmente, el primer apoyo estará trabajando a compresión compuesta, el voladizo realmente será una viga que funcione a flexión, y el cable trabajará a tracción.

Sí alternativamente se omite el hormigón, la sección mixta se reduce a una sección ordinaria de acero estructural, siendo aquí también de validez el paso al límite de la teoría de las secciones mixtas, en este caso en particular. De cualquier modo, ambas extrapolaciones, hormigón o metálica, no son consideradas como secciones propiamente mixtas.

Cada material por separado ofrece soluciones valiosas en el ámbito de la construcción, por ello, el empleo racional y combinado donde se aprovechan las cualidades de cada uno, limitando o eliminando lo desfavorable, se complementan con una apropiada utilización de técnicas, considerando variables como la zonificación, maquinarias, mano de obra, plazos de ejecución, etc.

CARACTERISTICAS Este sistema se utiliza cuando en el edificio será sometido a esfuerzos de compresión, flexión y tracción.

Se utiliza para proyectos con características especiales como grandes volados o en cargas concentradas en ciertos puntos.

Se utiliza en regiones sísmicas.

VENTAJAS Se genera una estructura con bastante resistencia y rigidez lateral, sustancialmente mayor al sistema de pórticos, lo cual lo hace muy eficiente para resistir fuerzas sísmicas.

Se puede obtener ventajas en cuanto a la distribución de espacios internos.

Es común cuando se diseñan estructuras duales se supone que los muros resisten todas las fuerzas laterales y el sistema aporticado gravitacionales.

Optimizacion del material: al complementar las ventajas del acero y el hormigón se consiguen estructuras que son livianas, en que todo el material se esta aprovechando.

Mayores luces libres

DESVENTAJAS Hay que ser muy cuidadoso con la configuración de elementos rígidos, ya que tienen una extrema diferencia de rigidez comparado a los pórticos y esto puede causar concentraciones excesivas de esfuerzos en algunas zonas del edificio y una mala distribución de cargas hacia las fundaciones Al momento de diseñar este sistema hay que tener una buena precisión, debido a que la interacción entre el sistema de aporticado y el de muros es compleja. El comportamiento de un muero esbelto es como el de una viga de gran altura en voladizo, y el problema de interacción se origina porque el comportamiento que tendría un sistema aporticado, siendo muy distinto al de un muro de concreto.

SISTEMA ESTRUCTURAL: MADERA ESTRUCTURAL La madera es un material que se obtiene de la naturaleza, específicamente proveniente de los troncos de los árboles. Este tipo de material es muy versátil y puede ser utilizada de diversas formas a la hora de construir. Puede ser usada como sistema estructural, como para revestimientos de pisos y paredes, tanto en interiores como en exteriores o estructuras internas como escaleras, entramados de techos y pisos suspendidos.

CARACTERISTICAS La estructura básica de la construcción esta formada por módulos de madera formados por elementos lineales (tirantes) unidos por sistemas de escuadras. Estos módulos vienen prefabricados, en distintos tamaños, y permiten ser armados de un método muy sencillo, ubicando los paneles sobre la base de cemento, todo esto según el diseño. Estos paneles se revestirán luego, en el interior y exterior.

Estructuras macizas: cuyo elemento central es el bloque macizo, que se caracteriza por tener en sus tres dimensiones del mismo orden.

Estructuras de entramados: Cuyo elemento central es la barra, viga, pilar, poste, pie derecho, solera, entre otros.

Estructuras laminares: cuyo elemento central es la lámina.

VENTAJAS

DESVENTAJAS

• Siendo unos de los materiales más versátiles que se encuentran en el mundo de la construcción.

• Es porosa

• Es un excelente material para la construcción gracias a ciertas características particulares:

• Puede ser atacada por insectos y moho.

• Es aislante térmico, acústico y mala conductora de electricidad, siempre que haya sido secada correctamente.

• Poco costo para la construcción • Poco peso, y su maleabilidad y su resistencia a movimientos sísmicos.

• Deformable por incidencia de la humedad.

• Es combustible.

• Todas estas desventajas pueden ser tratadas previamente mediante ciertos tratamientos específicos que se le aplican en forma industrial según el uso que se le vaya a dar.