1.2 - Conceptos - El Sistema Estructural PDF

Preview

Summary

sismoresistente...

Description

L E C T U R A de P L A N O S de E S T R U C T U R A S – S E P A R A T A S

El SISTEMA ESTR ESTRUCTURAL UCTURAL CONCEPT CONCEPTO: O: Un sistema estructural es un “objeto compuesto de forma tridimensional”, en el que sus componentes se relacionan al menos con algún otro componente y responden a un sistema de mecanismo; su disposición correcta es la que le proporciona estabilidad a una edificación. Estos componentes estructurales deben estar preparados para soportar las cargas provenientes de su peso propio y las cargas provenientes de acciones externas (sismos y vientos), sin perder las condiciones de funcionalidad.

CA CATEGOR TEGOR TEGORÍAS ÍAS del SISTEMA ESTRUCTURAL y REGULARID REGULARIDAD AD de las EDIFICA EDIFICACIONES CIONES De acuerdo a la categoría de una edificación y la zona donde se ubique, ésta deberá proyectarse observando las características de regularidad y empleando el sistema estructural que se indica en la siguiente tabla:

Categoría de la Edificación

A

B

C

CATEGORIA Y ESTRUCTURA DE LAS EDIFICACIONES Regularidad Zona Sistema Estructural Estructural 3 Acero, Muros de Concreto Armado, Sistema Dual. Albañilería: Armada o Confinada. Regular 2y1 Acero, Muros de Concreto Armado, Albañilería: Armada o Confinada. Sistema Dual, Madera Regular o Irregular 3y2 Acero, Muros de Concreto Armado, Albañilería: Armada o Confinada. Sistema Dual, Madera 1 Cualquier sistema Regular o Irregular 3,2 y 1 Cualquier sistema

CLASIFICACION:

Los podemos clasificar según:

Los Materiales Usados:

Acero Concreto Albañilería

El Sistema de Estructuración Sismo Resistente Predominante:

ArqViP ArqViPer er

L E C T U R A de P L A N O S de E S T R U C T U R A S – S E P A R A T A S

ESTR ESTRUCTURAS UCTURAS de ACER ACERO O. El acero se ha utilizado como material de construcción durante más de un siglo, tiempo en el cual se ha sometido a pruebas, estudios y análisis minuciosos y estrictos. Es el producto que resulta de la aleación del hierro y el carbono. De los materiales comúnmente usados para fines estructurales, el acero es el que tiene mejores propiedades de resistencia, rigidez y ductilidad, su eficiencia estructural es alta, debido a que puede fabricarse en secciones con la forma más adecuada para resistir la flexión, compresión u otro tipo de solicitación, además de ser un material de producción industrializada y controlada, otra ventaja es que su comportamiento es perfectamente lineal y elástico hasta la fluencia, lo que hace más fácilmente predecible la respuesta de las estructuras hechas con este material, estas características le hacen tener un buen comportamiento ante una solicitación sísmica. Pero la continuidad entre los distintos componentes de una estructura de acero no es tan fácil de lograr, como en el concreto reforzado, el diseño de las juntas soldadas o atornilladas en la actualidad, requiere de especial cuidado para que sean capaces de transmitir las solicitaciones que implica su funcionamiento estructural. La posibilidad de ser atacado por la corrosión hace que requiera protección y cierto mantenimiento en condiciones ambientales. El costo y los problemas que se originan por este aspecto son suficientemente importantes para que inclinen la balanza hacia el uso de concreto reforzado. En estructuras normales la resistencia de los aceros no excede de 2,500 kg/cm2, mientras que cuando actúa como refuerzo de concreto, se pueden emplear hasta con una resistencia de 6,000 kg/cm2. El acero para estructuras se emplea en la construcción de edificios, puentes, torres con estructuras similares. En el Perú uno de los pocos casos de edificaciones hechas en acero es el Ministerio de Educación que fue construido entre los años 1953 y 1956, durante el gobierno del Presidente Manuel Odria, Actualmente es la sede de la Corte Superior de Justicia de Lima y está ubicado en el cruce de las avenidas Nicolás de Piérola y Abancay. Fue diseñado por el arquitecto Enrique Seoane y cuenta con un cuerpo central de forma curva de 21 pisos, escoltado por dos volúmenes laterales de forma ortogonal de 12 pisos . La peculiaridad de su forma impresiono a los limeños de la época por su diseño y altura.

ArqViP ArqViPer er

L E C T U R A de P L A N O S de E S T R U C T U R A S – S E P A R A T A S

ESTR ESTRUCTURAS UCTURAS DE CONCRET CONCRETO O ARMADO CONCEPTO Las estructuras de concreto armado son aquellas que tienen como componentes principales al concreto y el acero, que juntos se complementan formando un material combinado e indivisible. El concreto tiene una alta resistencia a la compresión; pero una limitada resistencia a la tracción, limitación que se contrarresta con la colocación de barras de acero que si tienen una alta resistencia a la tracción. Este tipo de estructura es concebida, diseñada y construida utilizando técnicas de diseño estructural sismo resistentes, aspecto de gran importancia, más si consideramos que nos encontramos ubicados dentro de una región sísmica. VENTAJAS: Es un material muy moldeable y nos permite crear distintas formas y construir complejos sistemas estructurales. Su alta resistencia a la compresión permite al edifico descansar sobre las columnas, dejando un gran porcentaje de espacio libre. Permite abrirnos hacia el exterior, abriendo grandes ventanas que facilitan una buena iluminación natural y una adecuada ventilación. COMPORTAMIENTO El comportamiento de estas edificaciones ante una solicitación sísmica debe ser: - En casos de sismos leves, la respuesta se debe desarrollar sin daños a los elementos estructurales y no estructurales. - En caso de sismos moderados, los daños a la estructura serán menores.

ArqViP ArqViPer er

L E C T U R A de P L A N O S de E S T R U C T U R A S – S E P A R A T A S En casos de sismos catastróficos, la estructura sufrirá daños estructurales, pero no colapsará, permitiendo a los usuarios salir de la edificación afectada. Actualmente en nuestro país, se emplean en la construcción de los modernos edificios de vivienda multifamiliar, complejos habitacionales y demás edificaciones que requieran una construcción rápida y económica. -

CLASIFICACION Conforme al sistema empleado las podemos clasificar: -Sistema Aporticado. -Sistema Dual. -Sistemas Especiales: Estructuras de Concreto Pre Tensado. Estructuras de Concreto Post Tensado. Estructuras Laminares. Estructuras Compuestas.

SISTEMA APORTICADO CONCEPTO: Este sistema constructivo es ampliamente difundido en el mundo desde principio de siglo, época en que empieza a ser aplicado en forma masiva, debido a su buen comportamiento estructural que le permite resistir únicamente con pórticos de concreto armado, las fuerzas de gravedad y las cargas laterales a la que pueda estar sometida. Los pórticos son elementos estructurales que se encuentran constituidos por columnas y vigas de concreto armado, y se complementan con los techos que pueden ser de concreto armado (losa maciza o losa aligerada), que serán vaciados en forma monolítica con los pórticos. Los cierres y divisiones en este sistema son tabiques sin ninguna función estructural, fuera de resistirse ellos mismos, la cimentación será la que responda a las necesidades de carga y al tipo de suelo donde esté ubicada. El acero empleado para reforzar el concreto armado tendrá como función absorber los esfuerzos de tracción originados por la flexión de los elementos estructurales. Este sistema nos permite construir edificaciones de más de 10 pisos, pero su luz estructural no debe ser mayor de 20 m. (no es económico) y el concreto recomendado será de un F′c ≥ 210 Kg./cm2. PROCESO CONSTRUCTIVO: 01.- Excavación de zanjas al NFZ indicado en los planos. 02.- Vaciado del solado de concreto pobre con las proporcione indicadas en las especificadas técnicas.

ArqViP ArqViPer er

L E C T U R A de P L A N O S de E S T R U C T U R A S – S E P A R A T A S 03.- Colocación de los “dados” nivelados y la “parrilla” de la zapata. 04.- Sembrado de la canastilla de la columna. 05.- Vaciado del concreto de la zapata. 06.- Completar el estribado de la canastilla de la columna. 07.- Encofrado y vaciado del concreto de la columna hasta el fondo de la viga. 08.- Encofrado de la losa y viga superior. 09.- Vaciado del techo incluido la viga de pórtico. 10.- Si existieran muros de tabiquería, aislarlas del portico por medio de juntas de separación sísmica. Recomendaciones: Contar con una mano de obra especializada y responsable Tener una constante y adecuada supervisión técnica por parte de un profesional. El residente de obras debe ser un profesional con experiencia

SISTEMA MIXTO O DUAL CONCEPTO: Sistema diseñado utilizando técnicas sismo resistente, en el cual las fuerzas horizontales son resistidas por una combinación de pórticos y muros de concreto armado, adicionales a la caja de ascensor y escaleras. Los pórticos deberán ser diseñados para tomar por lo menos el 25% de la fuerza cortante en la base, los muros de corte de concreto reforzado estarán simétricamente distribuidos en planta y elevación, serán capaces de controlar la deformación lateral dentro de los límites que eviten las fallas de elementos frágiles como vidrios o muros de relleno, aún en caso de sismos intensos. En este sistema la resistencia sísmica está dada fundamental-mente por los muros de concreto armado. En caso de combinaciones de concreto armado con elementos cerámicos (ladrillos de arcilla, de hidrosilicato de calcio, etc.), el 90% de la estructura debe ser confinada y máximo el 10% será aporticada, donde deben indicarse las características resistentes de la albañilería portante.

ArqViP ArqViPer er

L E C T U R A de P L A N O S de E S T R U C T U R A S – S E P A R A T A S

SISTEMAS ESPECIALES ESTRUCTURAS DE CONCRETO PRETENSADO Se denomina concreto pretensado (en América concreto presforzado) a la tipología de construcción de elementos estructurales de concreto sometidos intencionadamente a esfuerzos de compresión previos a su puesta en servicio. Dichos esfuerzos se consiguen mediante cables de acero que son tensados y anclados al hormigón. Esta técnica se emplea para superar la debilidad natural del hormigón frente a esfuerzos de tracción. Normalmente al aplicar esta técnica, se emplean hormigones y aceros de alta resistencia, dada la magnitud de los esfuerzos inducidos. El esfuerzo de pretensado se puede transmitir al hormigón de dos formas:



Mediante armaduras pretensadas o pretesas (generalmente barras o alambres), método utilizado mayoritariamente en elementos prefabricados.



Mediante armaduras postensadas o postesas, (generalmente torones, grupos de cables), utilizadas mayoritariamente en piezas hormigonadas in situ.

ARMADURA PRETENSADA Se denomina armadura pretensada a la pieza prefabricada en donde el anclaje se da por adherencia y trabaja generalmente como una estructura simplemente apoyada. Son aquellas que se usan generalmente en elementos prefabricado y llegan a la obra listas para ser instaladas.

L E C T U R A de P L A N O S de E S T R U C T U R A S – S E P A R A T A S Son de dimensiones más pequeñas que las postensadas. En este sistema los “tendones” se tensan antes de vaciar el concreto (se conoce como “tendón” al cable torcido con varios torones de varios alambres cada uno), luego se tensan entre apoyos usando un gato. Se mide el alargamiento de los tendones, así como la fuerza de tensión aplicada con los gatos. Con la cimbra en su lugar, se vacía el concreto de alta resistencia en torno al tendón esforzado, a la vez que es curado con vapor de agua para acelerar el endurecimiento. Después de haber logrado la resistencia requerida, se libera la presión de los gatos. Los torones tienden a acortarse, pero no lo hacen por estar ligados al concreto por adherencia, de esta forma el pre-esfuerzo es transferido al concreto por adherencia, en su mayor parte cerca de los extremos de la viga.

ARMADURA POSTENSADA Se denomina armadura postensada a los elementos estructurales vaciados in situ y que luego son tensados con un gato hidráulico. Es un método de pre esforzado que requiere del uso de dispositivos mecánicos, en el cual el tendón que va dentro de unos conductos es tensado después que el concreto ha fraguado y estos se anclan al concreto inmediatamente después de presforzado, pudiendo aplicarse tanto para elementos prefabricados como vaciados en sitio.

L E C T U R A de P L A N O S de E S T R U C T U R A S – S E P A R A T A S Este sistema mediante el uso de concretos de gran resistencia (280 a 350 kg/m2) permite obtener grandes luces estructurales que pueden ser mayores de 30 m. Tiene como ventaja sobre el concreto armado, que es más ligera, usa menos columnas, cimientos, juntas de construcción y cantidad de encofrado, el tiempo de ejecución y la cantidad de mano de obra para el ensamblaje del acero es menor, por lo que resulta una alternativa más económica.

ESTRUCTURAS LAMINARES CONCEPTO: Las láminas son elementos superficiales de poco espesor (promedio de 6 cm), en donde dos de sus dimensiones predominan sobre la tercera y nos permite cubrir luces estructurales de más de 40 m. sin apoyos intermedios. Las cascaras, son un tipo de láminas curvas, resistentes por su continuidad superficial y no por la cantidad de material, que logran el equilibrio de cargas externas por medio de la combinación de esfuerzos de tracción y compresión.

FORMAS CLASICAS DE ESTRUCTURAS LAMINARES 1.-SIMPLE CURVATURA: Traslación: Cáscaras Cilíndricas. Rotación: Cáscaras Cónicas.

2.-

DOBLE CURVATURA TOTAL POSITIVA  Traslación: Cáscaras Elípticas  Revolución: Casquete Esférico

3.DOBLE CURVATURA TOTAL NEGATIVA Traslación: Paraboloide Hiperbólico Revolución: Hiperboloide de Revolución.

ArqViP ArqViPer er

L E C T U R A de P L A N O S de E S T R U C T U R A S – S E P A R A T A S

ESTRUCTURAS DE ALBAÑILERÍA CONCEPTO: Las estructuras de albañilería son aquellas que tienen como componentes principales a las unidades de ladrillo (arcilla o piedra), que adheridos por un mortero (argamasa que resulta de la unión de otros materiales como la cal, arena, yeso o cemento), forman un elemento mayor que trabaja como una unidad. En nuestro medio, podemos encontrar diferentes sistemas de albañilería, cuya utilización está por lo general determinada por el destino de la edificación. SISTEMA DE ALBA ALBAÑILERÍA ÑILERÍA NO REFORZAD REFORZADA A Usada de manera tradicional y desarrollada mediante la experimentación. Es la que tiene como componentes básicos al ladrillo y el mortero o argamasa, no posee confinamiento o armadura, por lo cual son éstos los elementos estructurales encargados de resistir todas las potenciales cargas que afectan a la construcción. Este tipo de sistema aún se usa en nuestro país, pero en zonas urbano marginales, autoconstruidas por personal empírico con muy poco conocimiento del sistema, afortunadamente en la actualidad está siendo desplazado y reemplazado por otros sistemas más adecuados.

SISTEMA DE MUROS POR PORT TANTES Este sistema es el que tiene como componente estructural principal, al denominado “muro portante”, que es un elemento integrado por ladrillos sólidos, unidos por un mortero de cemento + arena, que junto con las columnas y vigas de amarre de concreto armado, le dan unidad a este sistema. Estos muros que actúan a compresión pura (resisten el peso o las cargas de gravedad de la edificación), tienen como característica que identifica al sistema, el uso de muros de cabeza (23 cm) en el sentido principal (portante) y de soga (13 cm) en el sentido secundario (amarre).

ArqViP ArqViPer er

L E C T U R A de P L A N O S de E S T R U C T U R A S – S E P A R A T A S Esta disposición estructural hace que la edificación tenga una adecuada rigidez en el sentido principal y una deficiente en el sentido secundario. Si consideramos los efectos que puedan tener las cargas laterales de sismos sobre este sistema, nos va llevar a requerir el uso de muros de arriostre, para que, trabajando como “muros de corte” resistan dichas cargas en el sentido perpendicular al plano de los muros portantes.

SISTEMA DE ALBA ALBAÑILERÍA ÑILERÍA CONFINAD CONFINADA A ANTECEDENTES: Es uno de los sistemas estructurales de mayor difusión en el país, fue introducido hace aproximadamente medio siglo a raíz del terremoto que asoló al Perú en 1940. Este sistema desplazó al de “muros portantes”, por ser una solución más económica (usa solo ladrillos de soga y demora menor tiempo en su ejecución), tiene un mejor comportamiento ante una solicitación sísmica y permite construir una edificación de mayor altura. CARACTERISTICAS DEL SISTEMA: La característica principal de este tipo de sistema constructivo es que su estructura está compuesta por 2 componentes estructurales principales, los muros de albañilería y las losas de los techos, en donde la albañilería de ladrillos sólidos, debe estar enmarcada en sus cuatro lados por elementos de refuerzo horizontal (cimentación y vigas) y vertical (columnas). Este proceso hace que se genere una integración total entre el concreto y la albañilería, obteniendo como resultado una unidad total en todo el sistema que permite a la estructura resistir óptimamente las cargas verticales y horizontales. La altura máxima de una edificación en este sistema es de 5 pisos (16 m de altura), ya que la resistencia del ladrillo a la compresión es limitada. Muros Serán de ladrillos King Kong tipo IV con un porcentaje de vacíos menor al 25% El mortero a usar será de cemento, cal y arena, en las proporciones indicadas por el proyectista. No se hace necesario el uso de muros de cabeza (23 cm) para ningún tipo de cargas verticales u horizontales. Nos permite un significativo ahorro de material ya que en 1.00 m2 de muro de soga entran 36 ladrillos y en 1.00 m2 de muro de cabeza entran 61 ladrillos. Con la finalidad de permitir una mejor adherencia con la columna, los muros tendrán que ser endentados. Los muros estarán orientados en las dos direcciones ortogonales principales de la edificación, cualidad que le permite tener un buen comportamiento ante una solicitación sísmica.

ArqViP ArqViPer er

L E C T U R A de P L A N O S de E S T R U C T U R A S – S E P A R A T A S Concreto Debido a los diferentes esfuerzos (compresión, tracción y cortante) que actúan en la edificación, se hace necesario emplear un concreto con un f’c ≥ 175 Kg/cm2. Este tipo de concreto cumple con lo especificado para este sistema, pues sus componentes estructurales (columnas y vigas) tienen como función principal la de confinar los muros y no la de actuar como elementos de carga independientes. Los elementos de confinamiento de concreto simple (cimentación) y armado (columnas, vigas y losa del techo), deben enmarcar y confinar la albañilería en sus cuatro lados, con el objetivo de aumentar su capacidad de deformación después que los muros se agrieten, también sirven como arriostres ante acciones sísmicas perpendiculares al plano del muro ya que los tabiques sujetos a la acción de un sismo se despegan de la estructura principal. En cuanto a los diafragmas, estos deben tener una rigidez que permita uniformizar los desplazamientos laterales de los muros ante solicitaciones horizontales, en nuestro medio se encuentra bastante generalizado el uso de losas unidireccionales, a pesar que la losa maciza, transmite las cargas de gravedad a todos los muros de albañilería de manera uniforme.

Acero Será corrugado (solo se permitirá el uso de fierro liso para los estribos), con un fy = 4,200 Kg/cm2.

PROCEDIMENTO CONSTRUCTIVO: 01.- Excavación de zanjas al NFC indicado en los planos. 02.- Sembrado de la canastilla de la columna. 03.- Vaciado del concreto de la cimentación. 04.- Encofrado y vaciado del concreto del sobre cimiento 05.- Levantamiento de los muros de ladrillo. 06.- Completar el estribado de la canastilla de la columna. 07.- Encofrado y vaciado del concreto de la columna hasta el fondo de la viga. 08.- Encofrado de la losa y v...