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Profesor: Autor:Ing. Civil Hctor Mrquez Luis Gonzlez Asignatura: C.I. 24.402.520Proyecto de Estructuras V

Barcelona, Mayo del 2015Repblica Bolivariana de VenezuelaInstituto Universitario Politcnico Santiago MarioSede Barcelona - Edo. AnzoteguiEscuela de Arquitectura

SISTEMAS ESTRUCTURALESintroduccinLos sistemas estructurales a lo largo del tiempo han logrado servir como gua para la composicin de una estructura, la cul permitir la estabilidad de una edificacin o construccin. Existen diferentes mtodos y maneras de emplearlos, cada una con ciertos beneficios, dependiendo de los materiales a disposicin y de lo que se quiera lograr.Por esta razn, en el siguiente trabajo dar a conocer los diferentes sistemas estructurales, como estn compuestos, que beneficios y desventajas poseen, adems de otros elementos relacionados a ellos.

Un sistema estructural es aquel compuesto de uno ovarios elementos estructurales dispuestos de tal forma que, tanto la estructura total como cada uno de sus componentes, son capaces de mantenerse sin cambios apreciables en su geometra durante las aplicaciones de carga y descarga. Sistemas EstructuralesLos sistemas estructurales constituyen un estudio fundamental para la construccin de toda estructura. Pues al margen del buen diseo arquitectnico y de la funcionalidad de la edificacin es muy importante y a la vez obligatorio que la estructura est en capacidad de soportar las cargas que le sern impuestas durante su periodo de vida. DefinicinCaractersticasAlgunas caractersticas para clasificar los distintos sistemas estructurales son las siguientesEconomaNecesidades estructurales especialesProblemas de diseoProblemas de construccinMaterial y limitacin de escala

Tipos de sistemas estructurales(Definicin, ventajas, desventajas, caractersticas

Sistema aporticadosUn sistema porticado es el que utiliza como estructura una serie de prticos dispuestos en un mismo sentido, sobre los cuales se dispone un forjado. Es independiente de su arriostramiento, que podr hacerse con prticos transversales, cruces de San Andrs, pantallas u otros mtodos. Este sistema es el ms utilizado hoy en da en las zonas desarrolladas, especialmente en hormign. Los forjados transmiten las cargas a los pilares o muros, y stos a la cimentacinDefinicinCaractersticasEste sistema est formado por vigas y columnas, conectadas entre s por medio de nodos rgidos, lo cual permite la trasferencia de los momentos flectores y las cargas axiales hacia las columnas.La resistencia a las cargas laterales de los prticos se logra principalmente por la accin de flexin de sus elementos.

Sistema aporticadosGran libertad en la distribucin de los espacios internos del edificio.Son estructuras muy flexibles que atraen pequeas solicitaciones ssmicas.Disipan grandes cantidades de energa gracias a la ductilidad que poseen los elementos y la gran hiperestaticidad del sistema.El sistema en general presenta una baja resistencia de rigidez a las cargas laterales.Su gran flexibilidad permite grandes desplazamientos lo cual produce daos en los elementos no estructurales. Es difcil mantener las derivas los requerimientos normativos.VentajasDesventajas

Sistema de muros porntantesSe conoce como sistema tipo cajn o tipo tnel a los arreglos entre placas verticales (muros), las cuales funcionan como paredes de carga, y las placas horizontales (losas). Este sistema genera gran resistencia y rigidez lateral, pero si la disposicin de los muros se hace en una sola direccin o se utiliza una configuracin asimtrica inadecuados que propician la posibilidad de colapso.En los sistemas tipo cajn, las cargas gravitacionales se transmiten a la fundacin mediante fuerzas axiales en los muros, los momentos flexionantes son generalmente muy pequeos comparados a los esfuerzos cortantes, por lo cual no se puede esperar un comportamiento dctil, al no producirse disipacin de energa.DefinicinLas cargas gravitacionales se transmiten a la fundacin mediante fuerzas axiales en los muros. Pueden ser de hormign armado, piedras naturales, ladrillos de barro y bloques de mortero.Los muros de cargas reciben y transmiten las cargas de forma lineal.

Caractersticas

Sistema de muros porntantesConstructivamente es rpido de ejecutarPermite un ahorro en costos en la construccin de las paredes de bloques y el friso de las mismas.Ofrece gran resistencia a los esfuerzos laterales.Los elementos no estructurales no sufren daos considerablesEs una estructura liviana y flexible.Estar expuesto a grandes esfuerzos ssmicos.La longitud de los ramales de instalaciones de aguas servidas es limitada.Existir grandes limitaciones en cuanto a la distribucin de los espacios internos de cada planta. Puede llegar a ser un sistema muy vulnerable si la configuracin estructural no posee lneas de resistencias en las dos direcciones ortogonales.VentajasDesventajas

Sistema dual o mixtoDefinicinEs un sistema mixto de prticos reforzados por muros de carga o diagonales de arriostramiento. En este sistema los muros tienden a tomar una mayor proporcin de los esfuerzos en los niveles inferiores, mientras que los prticos pueden disipar energa en los niveles superiores.CaractersticasEste sistema se utiliza cuando se tendrn fuerzas de distintos tipos en el edificio, como compresin, flexin o traccin.Se utiliza para proyectos con caractersticas especiales, como grandes volados o cargas concentradas en ciertos puntosTambin se utiliza en regiones ssmicas.

Se genera una estructura con una resistencia y rigidez lateral sustancialmente mayor al sistema de prticos, lo cual lo hace muy eficiente para resistir fuerzas ssmicasSe puede obtener ventajas en cuanto a su distribucin de espacios internos.Es comn que cuando se disean estructuras duales se supone que los muros resisten todas las fuerzas laterales y el sistema aporticado las gravitacionalesHay que ser cuidadosos con la configuracin de elementos rgidos, ya que tienen una extrema diferencia de rigidez comparado a los prticos y esto puede causar concentraciones excesivas de esfuerzos en algunas zonas del edificio y una mala distribucin de cargas hacia las fundaciones.VentajasDesventajas

Sistema dual o mixtoSISTEMA ABOVEDADO, ARCO Y CPULAE concepto bsico del arco es tener una estructura para cubrir claros, mediante el uso de compresin interna solamente. El perfil del arco puede ser derivado geomtricamente de las condiciones de carga y soporte. El sistema avobedado fue un sistema muy utilizado en Mesopotamia y la edad media europea. Se basa en bvedas, que centran las cargas en arcos reforzados por pilastras o contrafuertes. Para utilizarlo se precisan materiales que aguanten bien los esfuerzos de compresin, por lo que tradicionalmente se han construido en ladrillo cermico o piedra. Puede hacerse una subdivisin con los sistemas cupulados, cuyas cpulas se arriostran con pechinas, permitiendo espacios centrales muy amplios. Este sistema fue muy utilizado en el imperio bizantino, siendo su ejemplo ms conocido Santa Sofa, en Estambul.CaractersticasDefinicinCubre las luces por medio de elementos que solo estn sometidos a compresin interna. La forma bsica es la parbola convexa hacia el lado de arriba

Tiene la ventaja sobre el adintelado de que los empujes de la cubierta no son totalmente verticales, sino que se desvan lateralmente con lo que se pueden conseguir espacios difanos ms amplios, adems de poder prescindir, si es necesario, de la piedra y por supuesto de las grandes vigas de madera, y utilizar materiales como el ladrillo.

Desplome o Colapso. Un arco se colapsa cuando las dovelas que lo sostienen, pasan 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 al asentamiento de las partes del mismo.VentajasDesventajas

SISTEMA ABOVEDADO, ARCO Y CPULAPERFILES METALICOS ESTRUCTURALES Y DE CARPINTERA METLICA

Los perfiles estructurales son productos fabricados para la construccin de estructuras. Son de seccin cerrada, conformado en frio y soldado elctricamente por alta frecuencia, formando elementos tubulares de seccin cuadrada, circular, rectangular, T, TT,entre otro.Cuando se requiere una cierta rigidez, o cuando las inversiones de carga pueden someter al miembro diseado para tensin a ciertas compresiones, los cables varillas y barras no cumplir con las necesidades del caso; en tal situacin deben emplearse perfiles estructurales sencillos o armados.PERFILES ESTRUCTURALES METALICOS

1.Perfil HEB: Es un perfil muy usado en construccin, se utiliza para columnas, pilotes, vigas, refuerzo y otros usos de gran resistencia.2.Perfil tipo U o Canal se utiliza paravigas y columnasque se unen y sueldan, en usos de rendimiento medio.3.Perfil angular o ngulos puede ser delados iguales o desiguales, se utiliza en dinteles, columnas, vigas de rendimiento, estructuras secundarias.4.Tubo de Acero circular se utiliza preferiblemente para columnas.5.Tubo de acero cuadrado seccin hueca se utilizan con mayor frecuencia comocolumnas, pero tambin puede ser utilizado como vigas, abrazaderas y en otros usos.6.Placas de acero estructuralSe trata depiezas planas de acero estructural, cortadas a medida. En general tienen entre 1/8 a 6 de espesor. Se utiliza enbases de columnas, vigas y columnas hechas a medida, piezas de conexin (es decir, lasplacas de refuerzo, placas de soldadura, etc), as como cualquier otra aplicacin donde donde el tamao no es estndar y son medidas muy especificas.7.Perfiles de CorteNormalmente son lassecciones de ala ancha de un perfil HEBo IPE, que se cortan por la mitad para formar una seccin T. Se utiliza paradinteles, vigas, tirantes y columnas.

PERFILES ESTRUCTURALES METALICOSCarpintera metlicaSe conoce como empresas de carpintera metlica a las que utilizan profesionales que se dedican a la fabricacin y comercializacin de productos metlicos, como acero y aluminio, para los mercados de la construccin, industria y decoracin, as como la gama de productos orientada al cerramiento integral de la vivienda: puertas, ventanas, persianas laminadas, extrusionadas, de seguridad, cajones de registro laminados, y de rotura de puente trmico, contraventanas de lamas orientables, mosquiteras, accesorios de accionamiento, rejas de hierro y forjado artstico, entre otros. Asimismo, en los trabajos ms habituales de carpintera metlica se utilizan el acero (aceros al carbono, aleados, de baja aleacin ultra-resistentes, inoxidables, de herramientas), hierro, aluminio, cobre, latn, bronce, cristal, plstico. Perfiles especiales en carpintera metlica: Tubos. ngulos o perfiles en L. Pletinas-perfiles en U. Perfiles en T. Perfiles en H. Cuadradillos. A todos los materiales les debe ser de aplicacin las Normas locales, u homologacin internacional.

CERCHAS METLICAS Y MALLAS ESPACIALESCerchas metlicasLa cercha es una composicin de barras rectas unidas entre si en sus extremos para constituir una armazn rgida de forma triangular, capaz de soportar cargas en su plano, particularmente aplicadas sobre las uniones denominada nodos; en consecuencia, todos los elementos se encuentran trabajando a traccin o compresin sin la presencia de flexin y corte.

La cercha es uno de los principales tipos de estructuras empleados en ingenieria, ya que proporciona una solucin prctica y econmica debido a la ligereza del peso y gran resistencia.VentajasAdems del acero, pueden ser de madera.Una cercha est formada por los siguientes elementos:Los miembros de arriba cordn superior.Los miembros de abajo cordn inferior.Diagonales.Verticales montantes o pendolones dependiendo del tipo de fuerza. DefinicinCerchas metlicasUsosLas cerchas se emplean cuando se tiene luces libres grandes como puentes, sitios pblicos y estadios. Las cerchas paralelas se usan en recintos amplios, de cordones superiores curvos se comportan similar a una estructura colgante o un arco y se emplean en algunos puentes, en techos y entrepiso se emplean cerchas liviana.El rango de luces de la cercha es de 15 a 50m para cerchas de acero.

Mallas espacialesUnamalla espacial es una tipologa deestructura espacial, un sistema estructural compuesto por elementos lineales unidos de tal modo que las fuerzas son transferidas de forma tridimensional. Macroscpicamente, una estructura espacial puede tomar forma plana o de superficie curva.Las mallas espaciales son aquellas en las que todos sus elementos son prefabricados y no precisan para el montaje de medios de unin distintos de los puramente mecnicos1Las barras de las mallas espaciales funcionan trabajando a traccin o a compresin, pero no a flexin. De esta manera las mallas espaciales cumplen lo siguiente:Las fuerzas exteriores slo se aplican en los nudos.Los elementos se configuran en el espacio de tal modo que la rigidez de cada unin se puede considerar despreciable, es decir, cada unin se considera una articulacin a efectos de clculo

DefinicinLOSACERO

Es un sistema de entrepiso metlico que utiliza un perfil laminado diseado para anclar perfectamente con el concreto y formar la losa de azotea o entrepiso Este sistema adems de tener una excelente resistencia estructural disminuye los tiempos de construccin generando ahorros en mano de obra, tiempo y renta de equipo. Acta como acero de refuerzo positivo y cimbra Se puede aplicar con vigas trabajando como seccin compuesta.

Viga de acero Conectores de cortante La losacero se conecta a la viga de acero por medio de conectores soldados al patn superior de la viga aprovechando al conector como elemento de fijacin para la losacero y como conector de cortante para la accin compuesta de la viga.DefinicinQue la conforma?losacero

MEMBRANAS

MEMBRANASUna membrana es un elemento estructural bidimensional, sin rigidez flexional, que soporta tensiones y esfuerzos normales. Se utiliza para cerramientos o cubiertas de cualquier tipo. Se elabora con textiles, postes y cables tensionados.Definicin

Son de larga duracin y fcil mantenimiento. La iluminacin interna genera reflejos nocturnos muy especiales.Permiten ahorro de energa en iluminacin y climatizacin. VentajasMEMBRANASLas membranas arquitectnicas son completamente diferentes a cualquier otra solucin de cubiertas, tanto tcnica como funcionalmente. A partir de cuatro formas bsicas -plana, cncava, convexa y la parbola hiperblica- se obtienen gran cantidad de configuraciones geomtricas, a las cuales se agregan caractersticas fsicas poco comunes para lograr estructuras nicasLas membranas arquitectnicas tienen muchas cualidades tcnicas y estticas:Permiten ilimitadas posibilidades de diseo.Se pueden instalar en todos los climas.Producen ahorros en cimentacin y estructura porque son muy livianas.Son de larga duracin y fcil mantenimiento.No se manchan fcilmente.La iluminacin interna genera reflejos nocturnos muy especiales.Son translcidas.Evitan que pase el calor y mantienen ambientes confortables en clima clido.Permiten ahorros de energa en iluminacin y climatizacin.Caractersticas

CONCRETO ARMADO

La tcnica constructiva del concreto armado consiste en la utilizacin de concreto con barras o mallas de acero con fibras, tales como fibras plsticas, fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras de acero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estar sometido. El concreto armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, tneles y obras industriales. DefinicinConcreto armado

Caractersticas1.-Complementariedad mecnica de ambos materiales: Ambos materiales tienen una relacin de complementariedad mecnica. Por el principio de Navier- Bernoulli podemos decir que las deformaciones del acero son similares a las del Hormign que lo circunda, ya que para fines prcticos, las secciones de la deformada siguen considerndose planas. Sin ambargo, el Hormign se encarga de soportar los esfuerzos a compresin, mientras que el acero lo hace con la traccin. Esta "simbiosis" de los materiales, es la idea fundamental en que se basa la filosofa del hormign armado2.-Casi Uniformidad de Coeficientes de Dilatacin Trmica: Esta cualidad ( con un valor de alrededor de11.0x 10-6C-1para el acero y de10.8 x 10-6C-1para el concreto) es la que posibilita la construccin de grandes volmenes de concreto sin que se produzcan agrietamientos , ya que como se sabe el hormign o concreto, es muy mal material en lo que respecta a las fuerzas de tensin inducidas por la dilatacin trmica.Concreto armado(caractersticas)

3.-La adherencia que se desarrolla entre las varillas de acero y el concreto:Si no existiera la adherencia, las varillas saldran disparadas con una aceleracin proporcional a las fuerzas de tensin inducido por las diferentes solicitaciones al material. Este fenmeno se produce gracias a la friccin entre las corrugaciones de las varillas de acero y los ridos que componen el concreto. Esto permite que ambos materiales se comporten como uno slo4.- El confinamiento del concreto por el refuerzo transversal: El concreto queda confinado cuando a esfuerzos que se aproximan a la resistencia uniaxial, las deformaciones transversales se hacen muy elevadas debido al agrietamiento interno progresivo y el concreto se apoya sobre el refuerzo transversal, el cual proporciona un apoyo pasivo que confina al concreto en el ncleo. Muchos investigadores (Richart, Iyengar, Bertero, Felippa y otros) han demostrado bajo distintos modelos que este confinamiento mejora considerablente las caractersticas de esfuerzo deformacin del concreto para grandes deformaciones del concreto.Concreto armado(caractersticas)

5.-El Recubrimiento: El recubrimiento de las varillas de acero tiene como finalidad fundamental proteger a las varillas de acero de la humedad y del ataque qumico de otras sustancias corrosivas que se hallen presentes en el ambiente. No colabora directamente al confinamiento del ncleo, ya que el desconchamiento se produce generalmente cuando el concreto alcanza la resistencia de confinacin , pero si ayuda en el desarrollo de la adherencia.Concreto armado(caractersticas)

MUROS PORTANTES

Se conoce como sistema tipo cajn o tipo tnel a los arreglos entre placas verticales (muros), las cuales funcionan como paredes de carga, y las placas horizontales (losas). Este sistema genera gran resistencia y rigidez lateral, pero si la disposicin de los muros se hace en una sola direccin o se utiliza una configuracin asimtrica inadecuados que propician la posibilidad de colapso.En los sistemas tipo cajn, las cargas gravitacionales se transmiten a la fundacin mediante fuerzas axiales en los muros, los momentos flexionantes son generalmente muy pequeos comparados a los esfuerzos cortantes, por lo cual no se puede esperar un comportamiento dctil, al no producirse disipacin de energa.DefinicinMuros portantes

MADERA COMO SISTEMA ESTRUCTURALMadera como sistema estructuralLa madera es uno de los materiales ms verstiles que encontramos dentro del mundo de la construccin. Puede ser usada tanto como sistema estructural, como para revestimientos de pisos y paredes (en interior y exterior), o estructuras internas como escaleras, entramado de techos, y pisos suspendidos.

La madera es un excelente material para la construccingracias a ciertas caractersticas particulares: es aislante trmico, acstico y mala conductora de la electricidad, siempre que haya sido secada correctamente. Otras de las ventajas son su poco peso, su maleabilidad y su resistencia a los movimientos ssmicos.

Por otro lado, tambin tiene varias contras: es porosa, deformable por incidencia de la humedad, puede ser atacada por insectos y moho, y es combustible. Pero todas estas desventajas son subsanadas por tratamientos especficos que se le aplican en forma industrial, segn el uso que se le vaya a dar.El costo de la construccin en maderaes mucho ms bajo que con otros sistemas constructivos, lo que la convierte en una excelente alternativaMadera como sistema estructural

Madera como sistema estructuralLos sistemas constructivos en maderason, bsicamente, de dos tipos: de tronco macizo o de entramado ligero. En el primer caso, se utilizan directamente los troncos enteros o cortados en forma de tablones. El entramado ligero es el sistema ms habitual y prctico, ya que reduce notablemente el tiempo de construccin.

El sistema de entramado soporta cualquier diseo y tamao de construccin lo que, unido a las ventajas propias de la madera, lo convierte en una excelentealternativa frente a los sistemas constructivos ms tradicionales.La estructura bsica de la construccin est formada por mdulos de madera formados por elementos lineales (tirantes) unidos por sistemas de escuadras. Estos mdulos vienen pre-fabricados, en distintos tamaos, y permiten armar la casa como si fuera un rompecabezas, ubicando los paneles sobre una base de cemento, segn el diseo. Estos paneles se revestirn luego, en el interior y exterior, de distintos materiales: piedra, madera, cermica, etc. Soportan cualquier tipo de revestimiento. Entre ambas caras se colocan material aislante trmico e ignfugo, y todo el sistema de cables elctricos y caeras, antes de revestir.

Madera como sistema estructuralconclusinLos sistemas estructurales son de gran importancia debido a que son aquellas estructuras compuestas de varios miembros, que permiten soportar las edificaciones y tienen adems la funcin de soportar las cargas que actan sobre ellas transmitindolas al suelo. Sin ellas no existira estabilidad ni equilibrio en las construcciones, por lo tanto no se podra habita ni disfrutar de ellas.