SISTEMAS ESTRUCTURALES ACERO
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MADERA
V
CONCRETO
XV
Antonio D’Amico C.I. 19.897.456 / Xavier Valera C.I. 22.652.134 / Marianni Rosario C.I. 26.082.674
MATERIAL
Acero
El acero se usa en gran variedad de tipos y formas en casi cualquier edificio. El acero es el material más versátil de los sistemas estructurales. También es el más fuerte, el más resistente al envejecimiento y el más confiable en cuanto a calidad. El acero es un material completamente industrializado y está sujeto a estrecho control de su composición y de los detalles de su moldeo y fabricación. Tiene las cualidades adicionales deseables de no ser combustible, no pudrirse y ser estable dimensionalmente con el tiempo y los cambios de temperatura. Las desventajas son su rápida absorción de calor y la perdida de resistencia (cuando se expone al fuego), corrosión (cuando se expone a la humedad y al aire). Del diagrama de esfuerzo deformación practicado en el acero, se obtienen diversos valores correspondientes al esfuerzo de cedencia que varían según el tipo de. Por otra parte, el módulo de elasticidad (E) es el mismo para todos los tipos de acero y es igual a 2,1x106 kgf/cm2 o 2x105 MPa en unidades del Sistema Internacional.
I
Acero
CONSTRUCCION
La construcción de estructuras de acero implica por una parte la unión de las piezas y por otra el alzado de ellas para ser colocadas en el lugar especificado. La conexión de las piezas es de especial cuidado ya que garantizar el comportamiento como un sistema estructural; estas conexiones pueden ser hechas mediante soldaduras, pernos o remaches. En cuanto a la construcción de los elementos de acero, se debe tener cuidado, ya que el alzado puede implicar inversión de las fuerzas de diseño2 . Además debe tomarse en cuenta colocar arriostramientos para dar estabilidad a la estructura durante la construcción.
II
SISTEMAS
Acero
La construcción con acero se puede clasificar dentro de tres amplias categorías: con apoyo en muros, armazón estructural y construcción con grandes claros. Según los requisitos funcionales del edificio y los materiales usados en la construcción del techo, entrepisos y muros, es posible utilizar en la misma edificación uno o más de estos métodos de estructuras. Estructura con apoyo en muros Esta forma de estructuración, es quizás las más antigua y ordinaria de todas, se emplea siempre que algún muro del edificio, interior o exterior, sirve para apoyar los extremos de elementos estructurales primarios que soportan cargas de techos o entrepisos. Los muros deben de ser suficientemente fuertes para absorber las reacciones de los elementos apoyados y tener un espesor que garantice su estabilidad frente a las fuerzas horizontales que puedan presentarse, este tipo de construcción se limita a estructuras relativamente bajas, pues los muros de carga se vuelven demasiado gruesos en estructuras altas. Sin embargo, un sistema de muros de carga puede resultar conveniente en edificios altos cuando esta diseñado con acero de refuerzo. III
Acero
SISTEMAS
El acero, puesto que es más resistente que la obra de albañilería, soporta cargas mucho mayores en un espacio dado, por lo que obstruye menos área de piso al realizar esta función. Si las columnas están adecuadamente separadas, de modo que sostienen las vigas que hay entre ellas, no existen límites de área de piso y techo que se pueden construir con esta estructuración; basta con duplicar los detalles de una simple crujía. Erigidas armazón por armazón, este tipo de estructuras se presta para alcanzar cualquier altura deseada. Los fabricantes de este sistema conocen a este tipo de construcción como sistema de “vigas y columnas
IV
Sistema Estructural en Madera La madera como recurso natural renovable es explotada en la mayor parte de los países y usada extensivamente en forma industrializada para la construcción de viviendas. La madera ha sido un material importante para la construcción de edificios a través de la historia de todas las regiones del mundo. A pesar de que Venezuela es un país con amplios recursos forestales, los sistemas constructivos tradicionalmente empleados para la construcción de los programas habitacionales se han fundamentado principalmente en el uso de materiales de construcción como el concreto y el acero. La madera es un recurso renovable, abundante, orgánico, económico y con el cual es muy fácil de trabajar. Los países industrializados han utilizado desde hace muchos años la madera como material de construcción, bien sea sola o en combinación con otros materiales.
V
Sistema Estructural en Madera Fundaciones. Toda edificación requiere una base de sustentación encargada de recibir diferentes esfuerzos y transmitirlos al suelo. A esta base de sustentación se le denomina fundación. Para trabajar con estructuras de madera se debe considerar sus fundaciones, los elementos estructurales y de techumbre. Luego de esto podemos pasar a desarrollar las instalaciones, Las terminaciones y las obras complementarias. En todas estas etapas podemos utilizar la madera estructural, pero de distinta madera Las contracciones de madera adoptan, por lo regular, dos forma: la construcción con marcos ligeros y la construcción con madera pesada. El tipo de esfuerzo relevante a que se somete el suelo es el de compresión, producto del peso propio de la fundación, muros, entrepisos y techumbre, más las sobrecargas de uso y las accidentales de diversas magnitudes y en distintas direcciones, como por ejemplo sobrecargas accidentales por sismo, nieve o vientos, y esfuerzos normales no uniformes transmitidos a la fundación en estado de presiones no uniformes. Por otra parte, la fundación aísla la edificación del terreno, resguardándola tanto de humedad como del ataque de termitas y de otros insectos, factores gravitantes en la pérdida de resistencia de una estructura en madera.
VI
Sistema Estructural en Madera Columnas.
Las columnas de madera pueden ser macizas, o de varias piezas ensambladas. De las numerosas variantes, la mas utilizada, consiste en dos tablas paralelas separadas por tacos de madera. El conjunto se prensa por medio de tornillos pasantes. Este sistema se basa esencialmente en apoyar vigas sobre columnas utilizando para ello diversos métodos de unión según el tipo de edificación que se trate. Las columnas, casi siempre miembros verticales robustos de una sola pieza, encargadas de la transmisión de cargas al suelo o cimiento, descansaran sobre una base solida o bien se encontraran hincados en el suelo, lo que contribuye eficazmente a la estabilidad de la estructura ante las fuerzas laterales. Debido a la incertidumbre en el grado de continuidad que puede lograrse en las uniones de las vigas y columnas, y entre estas y la cimentación, se debe contar con elementos que proveen estabilidad lateral al sistema. Esto se obtiene por medio de miembros en diagonal que formen triángulos, diagramas de madera u otros elementos adecuadamente unidos al conjunto de vigas y columnas.
VII
Sistema Estructural en Madera
Vigas de Carga. La viga de carga es la que se encarga de sostener el peso de la losa y transmitirlas a las columnas a su vez a las fundaciones y estas al terreno. Teoría de la flexión: explica las relaciones entre las fuerzas aplicadas y la geometría del miembro Una viga es un elemento estructural que resiste cargas transversales. Generalmente, las cargas actúan en ángulo recto con respecto al eje longitudinal de la viga. Las cargas aplicadas sobre una viga tienden a flexionarla y se dice que el elemento se encuentra a flexión. Por lo común, los apoyos de las vigas se encuentran en los extremos o cerca de ellos y las fuerzas de apoyo hacia arriba se denominan reacciones. Análisis Estructural; Consiste en encontrar los efectos de las cargas en la estructura, en la forma de fuerza cortante y momento flector, depende de la geometría de la estructura (forma y tamaño generales), de los tipos de apoyo y de las cargas aplicadas sobre la estructura.
VIII
Sistema Estructural en Madera Vigas de Amarre
Es un elemento de construcción utilizado para evitar que dos elementos estructurales de otros estén separados. La viga de amarre inferior es una columna de cemento u hormigón, y tiene como función principal la de amarrar los muros de ladrillos de manera que trabajen solidariamente frente a las cargas laterales que pueden ser vientos o terremotos. Otra función de la viga de amarre inferior es servir de intermediario para la unión de la estructura del techo a las paredes. La viga de amarre, como su nombre lo indica, amarra las paredes de la casa y las hace más resistentes a los huracanes y terremotos.
También la viga de amarre sirve como dintel sobre los huecos de puertas y ventanas, por eso se le llama también viga dintel.
IV IX
Sistema Estructural en Madera Uniones. La mayoría de las estructuras de madera están formadas por piezas unidas entre sí. Las uniones constituyen puntos singulares que es necesario estudiar con todo detalle, ya que el fallo de una de sus uniones puede significar el fallo del conjunto. Las uniones entre piezas de madera pueden clasificarse atendiendo a diversos criterios. El diseño de una unión será más acertado cuando cumpla los tres requisitos siguientes: Simplicidad: cuanto más sencilla sea la unión mejor será el resultado estético y mecánico, así como su cálculo. Mínimo material auxiliar: cuantos menos herrajes se necesiten mejor será el comportamiento al fuego y más limpio será su aspecto. Fabricación y montaje: serán preferibles las soluciones que requieran un proceso de fabricación y de montaje más sencillo.
Las viviendas con estructura en madera se materializan uniendo dos o más elementos independientes que convergen en un punto, conformando la estructura soportante. Se ha generalizado el uso de pernos de anclaje para fijar la solera inferior del entramado vertical al sobre cimiento o a la viga del segundo piso.
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Sistema Estructural en Madera Los medios de unión pueden clasificarse en los grupos siguientes: • Uniones carpinteras • Uniones mecánicas: • Clavijas: • Grapas • Clavos • Tirafondos • Pernos • Pasadores • Conectores: • Anillo • Placa • Dentados • Placas clavo • Uniones encoladas
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Sistemas Espaciales Laminares Son tipologías constructivas asociadas principalmente al hormigón armado y al ferro cemento, pero con el surgimiento de las maderas reconstituidas y el desarrollo de técnicas constructivas en madera para moldajes de cascaras de hormigón han constituido tipologías de estructuras espaciales laminares en si mismas. Su diseño de patrones en láminas metálicas perforadas con trazos limpios y formas audaces, se conectan y coexisten para armonizar y aprovechar la luz natural. Se pueden distinguir Estructuras plegadas Estructuras cascaras Estructuras tensadas
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Sistemas espaciales de entramado reticulados En esta tipología estructural conformada por barras pueden distinguirse dos categorías: Reticulados espaciales cúbicos; conformados por armaduras longitudinales y transversales unidas a 90º y Reticulados espaciales triangulares o estereométricas; conformadas por pirámides y tetraedros regulares o dicho de otra forma por dos retículas cuadriculadas paralelas entre si, pero con los vértices desfasados, unidas por medio de diagonales que pueden estar a 60º o 45º. Los nudos son los elementos claves de esta tipología impidiendo los desplazamientos en cualquier dirección pero permitiendo el giro.
XIII
Estructuras laminares Las estructuras laminares logran su equilibrio mediante esfuerzos normales de tracción, comprensión y esfuerzos tangenciales, poseen cascaras o laminas curvas que se apoyan en el equilibrio de las cargas externas, son muy resistentes, tienen mucha superficie y poco espesor. Esta característica de ser delgadas permite que no se desarrollen grandes tensiones de flexión, corte o tensión; las cascaras trasladan las cargas que actúan sobre ellas para que no hayan cargas puntuales. Los materiales más usados son el hormigón armado, el aluminio, madera laminada, plásticos reforzados con fibra de vidrio.
XIV
SISTEMAS ESTRUCTURALES DE CONCRETO ARMADO
Las estructuras de concreto armado son aquellas que se emplean en las modernas construcciones de edificios, lozas, complejos habitacionales y demás edificiaciones que requieren una construcción rapida.
XV
La técnica constructiva del hormigón armado consiste en la utilización de hormigón reforzado con barras o mallas de acero, llamadas armaduras. También es posible armarlo con fibras, tales como fibras plásticas, fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras de acero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estará sometido. El hormigón armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obras industriales. La utilización de fibras es muy común en la aplicación de hormigón proyectado o shotcrete, especialmente en túneles y obras civiles en general
CIMENTACIÓN Se denomina cimentación al conjunto de elementos estructurales de una edificación cuya misión es transmitir sus cargas o elementos apoyados en ella al suelo , distribuyéndolas de forma que no superen su presión admisible ni produzcan cargas zonales. Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de los pilares o muros que soporta, el área de contacto entre el suelo y la cimentación debe ser proporcionalmente más grande que los elementos soportados, excepto en suelos rocosos muy coherentes.
ZAPATAS AISLADAS Son un tipo de cimentación superficial que sirve de base de elementos estructurales puntuales como son los pilares ; de modo que esta zapata amplía la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le transmite. Las zapatas aisladas van arriostradas con riostras de hormigón armado de sección inferior a la zapata. XVI
LOSA DE CIMENTACIÓN
Es una placa de hormigon apoyada sobre el terreno la cual reparte el peso y las cargas del edificio sobre toda la superficie de apoyo.
COLUMNAS DE CONCRETO Las columnas de concreto tienen como tarea fundamental transmitir las cargas de las losas hacia los cimientos, la principal carga que recibe es la de compresión, pero en conjunto estructural la columna soporta esfuerzos flexionantes también, por lo que estos elementos deberán contar con un refuerzo de acero que le ayuden a soportar estos esfuerzos.
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VIGAS DE CONCRETO son elementos estructurales de concreto armado, diseñado para sostener cargas lineales, concentradas o uniformes, en una sola dirección. Una viga puede actuar como elemento primario en marcos rígidos de vigas y columnas, aunque también pueden utilizarse para sostener losas macizas o nervadas. La viga soporta cargas de compresión, que son absorbidas por el concreto, y las fuerzas de flexión son contrarrestadas por las varillas de acero corrugado, las vigas también soportan esfuerzos cortantes hacia los extremos por tanto es conveniente, reforzar los tercios de extremos de la viga.
XVIII
PROYECTO DE ESTRUCTURA
Antonio D’Amico C.I. 19.897.456 / Xavier Valera C.I. 22.652.134 / Marianni Rosario C.I. 26.082.674