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COMO SE PREDIMENSIONA UNA ESTRUCTURA?

HERBERT GIRALDOIngeniero CivilUniversidad Nacional de Colombia.Profesor asistente de la Facultad de Artes.Investigacin en " Mtodos de Enseanza de Estructuras para Arquitectos".UNIVERSIDAD NACIONAL

COMO SE PREDIMENSIONA UNA ESTRUCTURA?

INTRODUCCINUna de las grandes inquietudes que los arquitectos diseadores de edificios y los constructoresdeben resolver al inicio de los proyectos est ligada al tamao de los elementos estructurales autilizar.

Esto tiene incidencia tanto en el proyecto arquitectnico (espacios arquitectnicos afectados,altura del edificio, etc.) como en la evaluacin de costos preliminar que determina la viabilidad delproyecto ante un estudio de prefactibilidad.

Existen muchos mecanismos para determinar preliminarmente las dimensiones de los elementosestructurales de una edificacin. Este artculo se centrar en el caso de prticos de concretoreforzado y acero en edificios de pequea y mediana altura y con luces que en general no debensuperar los 8.0 o 9.0 metros. Evidentemente en el caso de grandes luces o edificios en altura o

en general de estructuras cuya configuracin o uso difiera de las edificaciones normales nopodrn aplicarse los criterios que aqu se enuncian.

METODOLOGA

1. PLACAS DE ENTREPISO1.1 Entrepiso en Concreto

Para determinar la altura arquitectnica que se debe considerar en la realizacin del proyecto,basta utilizar las recomendaciones contenidas en las Normas Colombianas de Diseo yconstruccin Sismo Resistente NSR-98. El Captulo C.9 se refiere a los requisitos mnimos de

resistencia y servicio. Esto significa que dar una dimensin adecuada a las placas de entrepisogarantizar su resistencia ante las solicitaciones (cargas y esfuerzos) y su comportamiento(servicio, defor-mabilidad) ante dichas solicitaciones.

Si se colocan dimensiones menores es posible que la resistencia se pueda garantizar pero quesu deformabilidad (servicio) no; caso en el cual se tendr una placa que vibra de manera molestapara los usuarios.

Para el caso la Norma Colombiana distingue varios casos a saber: placas macizas, placasaligeradas (armadas en una o dos direcciones), potencial de dao de los acabados o muroscolocados sobre la placa y el tipo de acero de refuerzo a utilizar. Esto se presenta entonces deforma muy clara en las Tablas C.9.1.a, C.9.1.b y C.9.3, la primera de las cuales se muestra acontinuacin:

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ESPESORES MNIMOS h PARA QUE NO HAYA NECESIDAD DE CALCULARDEFLEXIONES, DE VIGAS Y LOSAS, NO PREESFORZADAS, QUE TRABAJEN

EN UNA DIRECCIN Y QUE SOSTENGAN MUROS DIVISORIOS YPARTICIONES FRGILES SUSCEPTIBLES DE DAARSE DEBIDO A

DEFLEXIONES GRANDES

ELEMENTOEspesor Mnimo, h

SimplementeApoyados

Un apoyocontinuo

Ambos apoyoscontinuos

Voladizos

LosasMacizas

L/14 L/16 L/19 L/7

Vigas, o losascon nervios,armadas enuna direccin

L/11

L/12

L/14 L/5

- L y h en unidades consistentes.

- Estos valores deben utilizarse directamente para elementos cuyo refuerzo tenga un lmite defluencia de 420 MPa. Para otros tipos de acero de refuerzo los valores de la tabla C.9.1.a debenmultiplicarse por 0.4 + (fy/700)

Tabla C.9.1.a

Entonces si se desea determinar el espesor de la placa de entrepiso para un proyecto,simplemente se verificar cada una de las condiciones anotadas en estas tablas y seseleccionar el MAYOR valor obtenido. Por ejemplo en la tabla C.9.1.a se debe obtener el valorpara todas la situaciones, luces y voladizos y seleccionar el mayor valor.

1.2.- Entrepisos Metlicos

Para determinar el espesor de una placa de entrepiso metlica se deber tener en cuenta que lasposibilidades de estructura metlica son prcticamente infinitas, pues adems de los diversosperfiles disponibles en el mercado (perfilera tubular, perfilera de alma llena, W, C, y perfilesangulares), es factible fabricar perfiles especiales para un proyecto en particular.

Sin embargo los criterios de resistencia y servicio ya expresados en este escrito son igualmente

vlidos. Esto significa que deber proveerse al sistema estructural una rigidez suficiente paracontrolar deformaciones y una resistencia adecuada para evitar la falla.

Generalmente la tecnologa utilizada para la construccin de entrepisos metlicos incluye el usode lmina colaborante (Steel Deck) y placa de concreto sobre la misma. El espesor de dichaplaca depender de las cargas consideradas y del tamao de las luces. En general el espesormnimo que consideran los fabricantes es de 10 cm. Subyacente a esta placa se deber colocarlos elementos estructurales. En el documento Predimensionamiento de Estructuras Metlicastrabajo de validacin por suficiencia de la materia Estructuras Metlicas para la Maestra enConstruccin de la Universidad Nacional de Colombia se indica la metodologa utilizada paraproponer como espacio mnimo para los elementos estructurales el valor de L/18 utilizandoperfiles de alma llena tipo W (americanos). Esto implica que por ejemplo, si se utiliza perfilera dealma llena (comnmente llamados perfiles I), el espacio arquitectnico que debe considerarse

adecuado para un entrepiso que salve 8.0 metros de luz sera:

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E = 800/18 + 10 = 54.4 cm.

O sea que unos 55 cm seran adecuados. El trmino de 10 cm. que se suma corresponde a laplaca de lmina colaborante.

Es posible optar por otras soluciones, como perfiles tubulares o angulares que forme celosas(cerchas) y seguramente la eficiencia del uso de estos otros perfiles estara dada en menorespesos de la estructura.

2.- COLUMNAS

El dimensionado previo de columnas siempre es ms dispendioso que el de vigas pues existen

factores ms complejos de considerar, como el tamao de las luces, la posicin de la columna enla planta, las acciones ssmicas o de viento que modifican considerablemente el comportamientode un elemento.

2.1. Columnas de Concreto

Los tamaos de las secciones de las columnas de concreto deben cumplir con lo previsto enC.21.4.1 de las Normas Colombianas de Diseo y Construccin Sismo Resistente, NSR-98 y quese puede resumir as: Las dimensiones mnimas de columnas dependen de la zona de amenazassmica y son 20, 25 y 30 centmetros para baja, intermedia y alta amenaza ssmicarespectivamente. El rea de la columna debe ser al menos 600, 625 y 900 cm2 para cada una dedichas zonas.

Ahora, la dimensin de una columna depende fundamentalmente de la esbeltez y la carga quesoporta. Esto implica que columnas con mucha carga o muy largas necesitarn mayoressecciones. El profesor Jorge Segura Franco en su libro Estructuras de Concreto I propone paracolumnas con carga estrictamente axial (columnas centrales de una edificacin) el uso de lasiguiente expresin:

Ag = 18 * P

Donde:Ag = rea de la Columna en cm2P = Carga axial en Toneladas

Y para columnas sometidas simultneamente a esfuerzos de compresin y flexin (columnaslaterales) el uso de la siguiente expresin:

Ag = 43 * P

Donde:Ag = rea de la Columna en cm2P = Carga axial en Toneladas

Para los dos casos los valores de P se calculan en funcin del peso de la edificacin por reaaferente.

2.2. Columnas de Metlicas

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En el documento Predimensionamiento de Estructuras Metlicas se propone un mtodo similarobtenido a partir de una regresin sobre modelos estructurales de diferentes alturas y luces. Seaclara que los prticos de acero debern ser arriostrados con diagonales excntricas oconcntricas para garantizar un correcto desempeo ante fuerzas laterales. Esto implica utilizaruna frmula del tipo:

A = k * P

Donde:

A = rea de la Columna en cm2k = Factor de clculo dimensional que relaciona los otros dos valoresP = Carga de la columna expresada en Toneladas.

Los valores propuestos de k, segn la posicin de la columna son:

Posicin Valor de k

Central 8

Lateral 15

Esquina 21

CONCLUSIONES

Es factible realizar el predimensionamiento de una estructura utilizando el anteproyectoarquitectnico y unos pocos indicadores. Se requieren unos conocimientos mnimos de sistemasestructurales.

La importancia de determinar preliminarmente las posibles dimensiones de una estructura radicafundamentalmente en dos aspectos: Prever desde el proyecto arquitectnico los espaciosadecuados para los elementos estructurales y lograr una valoracin preliminar muy ajustada delas cantidades de obra estructural, dato importantsimo para realizar los estudios deprefactibilidad y factibilidad del proyecto.

Una correcta seleccin del sistema estructural y de sus dimensiones desde el inicio del proyectoarquitectnico redunda en una mayor claridad de informacin, certeza de costos y calidad deproducto.

BIBLIOGRAFA

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