FECHA: 20/03/2017
diseño DE ESTRUCTURA ALUMNOS: ALEJANDRA VILLARREAL ARLENIS SALAZAR 24.598.825 LIS RODRIGUEZ 24.766.172
PROF: DOC. YULITZA MUJICA
DISEÑO DE ESTRUCTURA
Una estructura es cualquier tipo de construcción formada por uno o varios elementos en lazados entre sí que están destinados a soportar la acción de una serie de fuerzas aplicadas sobre ellos.
El conocimiento de las estructuras por parte del arquitecto es altamente deseable. Para los arquitectos el conocimiento estructural es muy importante pero a la vez difícil, como consecuencia del rápido desarrollo de las técnicas constructivas basadas en el uso de nuevos materiales. El estudio de las matemáticas y las ciencias físicas permiten al ingeniero calcular una estructura compleja, pero una persona común por intuición puede comprender los principios básicos del análisis estructural.
La estructura ha sido siempre parte importante en arquitectura. Cada vez que se ha querido cerrar algún espacio para refugio de una familia, rendir cultos, comerciar, hacer política, etc. Se han usado diversos materiales para dar forma a las estructuras, para que estas puedan resguardar y resistir las adversidades de la naturaleza, sin olvidar la belleza arquitectónica y los costos que implica. Cuando una estructura es incorrecta desde el punto de vista estético inevitablemente el ojo del espectador captará esto, pero no es sencillo explicar que este problema de estética tiene que ver con la estructura.
FINALIDAD DE LA ESTRUCTURA Entre una estructura y una escultura existe una diferencia utilitaria ya que las estructuras se construyen para cumplir una finalidad determinada. La finalidad principal de una estructura es cerrar y delimitar un espacio, aunque también se construyen para unir dos puntos, como los puentes y para resistir fuerzas como las presas. Finalidades diferentes requieren, estructuras diferentes sometidas a diversas cargas y deben resistirlas.
Alejandra Villarreal
DISEÑO DE ESTRUCTURA
PREDISEÑO ESTRUCTURAL Para un primer análisis se puede establecer un método sencillo, para obtener una primera aproximación de las secciones que se utilizarán en un modelo estructural. Los principales parámetros que definen una sección estructural son el área y sus momentos de inercia en los ejes principales. Estos a su vez, están regidos por una carga axial y los momentos flexionantes en los ejes principales. Para estructuras regulares, los valores de carga axial y momentos flexionantes se pueden obtener de manera sencilla y conservador, para ello se debe:
CALCULAR EL PESO POR NIVEL. Suponiendo una carga por unidad de área de 1.2 ton/m2 para edificios de concreto y de 1.0 ton/m2 para edificios de acero, cubrimos prácticamente cualquier posibilidad de cargas muertas y vivas. Si este valor lo multiplicamos por el área de cada nivel, obtendremos el peso total de cada uno de ellos.
OBTENER LA CARGA AXIAL EN CADA COLUMNA. Si dividimos el peso total del edificio, que es la suma del peso de todos sus niveles, entre el número de columnas, podremos conocer el valor de la carga axial máxima promedio en cada columna. O de manera más aproximada, podemos definir áreas tributarias para cada tipo de columna. Si se trata de un edificio alto, se puede tabular el cambio del valor de la carga axial, en cada nivel del mismo.
CALCULAR EL CORTANTE SÍSMICO EN CADA COLUMNA. Multiplicando el coeficiente sísmico correspondiente a la zona geotécnica en que se ubica el edificio, por el peso total del edificio se puede obtener un cortante total en las columnas del primer nivel. Para obtener el cortante en las columnas de cada nivel se puede recurrir al método estático tradicional. Si dividimos este cortante total entre el número de columnas, obtendremos el cortante sísmico promedio en cada columna.
OBTENER LOS MOMENTOS FLEXIONANTES EN CADA COLUMNA. Una vez obtenido el cortante por columna, se pueden obtener los valores máximos y mínimos de los momentos que actuarán sobre la misma. Estos valores se obtienen multiplicando el cortante, por la altura de entrepiso y por la mitad de la altura de entrepiso respectivamente.
Alejandra Villarreal
DISÑO DE ESTRUCTURA
CARGAS Las cargas más importantes que actúan sobre una estructura son las estáticas y están definidas sobre todo de acuerdo a la finalidad de la estructura y están especificadas en las normas y reglamentaciones para reemplazarlas por cargas equivalentes, esta carga tendrá un factor de seguridad para ser aplicada a la estructura. Finalidades diferentes requieren, estructuras diferentes sometidas a diversas cargas y deben resistirlas. Las cargas especificadas en las normas son cargas convencionales que ayudan a simplificar los procedimientos en el proyecto, tomando las variaciones de las cargas de manera segura. Si algún tipo de carga no está especificado en las normas es necesario hacer los cálculos en forma exacta por medios experimentales o matemáticos para no poner en peligro la seguridad de las estructura. CARGAS PERMANENTES O CARGA MUERTA Es lo que consideramos el peso propio de las estructuras y el de todas aquellas cargas constantes que actúan sobre ella. Las dimensiones de los elementos de una estructura están definidos por las cargas que actúan sobre ellos, y una de estas es la carga permanente, la cual a su vez depende de las dimensiones de los elementos. El diseño estructural es una conjetura inicial, la cual proviene de la experiencia y a menudo es resultado de una intuición artística, el análisis de esta dependerá del ingeniero. En estructuras de gran tamaño la carga aplicada más importante es el peso propio y la que dicta a menudo las dimensiones de los elementos de la estructura. Las dimensiones de los elementos de las estructuras depende de la diferencia de peso de los diversos materiales y la resistencia de estos
Alejandra Villarreal
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CARGAS VIVAS Son todas las cargas excepto el peso propio, esta incluye los pesos de los seres humanos, las máquinas, lluvia, hielo, presión de agua, empuje de tierra, etc. Estas cargas son tan inciertas que las normas fijan valores promedios, pero cuidando de que no comprometan la seguridad de la estructura, como las cargas de nieve, viento, etc. Por medio de sistemas estructurales adecuados es posible resistir el peso propio, las cargas verticales debido a la atracción de la tierra y las cargas horizontales por el viento, requiriendo sistemas diferentes para ambos casos de cargas. CARGAS DINAMICAS Las cargas que varían con rapidez o se aplican en forma brusca como las fuerzas de los sismos y que pueden ser muy peligrosas si no se toman en cuenta. CARGAS TERMICAS Todas la estructuras están expuestas a cambios de temperatura y varían de forma y dimensiones durante el ciclo de temperaturas diurnas y nocturnas, como en los ciclos de invierno y verano. Si no se permite que la estructura se dilate o contraiga sin problema se introducirán esfuerzos adicionales que perjudican la estructura. CARGAS DE ASENTAMIENTOS CARGAS DE ASENTAMIENTO Los asentamientos irregulares de las fundaciones de un edificio puede ceder más de una parte específica que en otras, reduciendo el apoyo de las fundaciones en ciertas áreas, perjudicando fuertemente la estructura.
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LOS PILOTES: Los pilotes son miembros estructurales hechos de acero, concreto y/o madera y son usados para construir cimentaciones, cuando son profundas y cuestan mรกs que las cimentaciones superficiales. A pesar del costo, el uso de pilotes es a menudo necesario para garantizar la seguridad estructural. PILOTAJES: es una cimentaciรณn constituida por una zapata o encepado que se apoya sobre un grupo de pilote o columnas que se introducen profundamente en el terreno para transmitir su carga al mismo. Los pilotajes se emplean cuando el terreno resistente esta a profundidades de los 5 o 6 mtrs; cuando el terreno es poco consistente hasta una gran profundidad; cuando existe gran cantidad de agua en el mismo; y cuando hay que resistir acciones horizontales de cierta importancia.
PILOTES PREFABRICADOS: Estos se hincan en el terreno mediante maquinas del tipo martillo. Son relativamente caros ya que deben ir fuertemente armados para resistir los esfuerzos que se producen en su transporte, izado e hinca. Pueden originar perturbaciones en el terreno y en las estructuras prรณximas durante su hinca, tienen la ventaja de que la hinca constituye una buena prueba de carga.
Alejandra Villarreal
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PILOTES MOLDEADOS IN SITU: Estos se realizan en perforaciones practicadas previamente mediante sondas de tipo rotativo. Generalmente son de mayor diámetro que los prefabricados y resisten mayores cargas.
ENCEPADOS: Los encepados constituyen piezas prismáticas de hormigón armado que trasmiten y reparten la carga de los soportes o muros a los grupos de pilotes. Como en la actualidad se emplean generalmente pilotes de diámetro grande por razones económicas él numero de pilotes por cada encepado no suele ser muy elevado.
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COLUMNAS:
Es un elemento arquitectónico vertical y de forma alargada que normalmente tiene funciones estructurales, aunque también pueden erigirse con fines decorativos. De ordinario, su sección es circular, pues cuando es cuadrangular suele denominarse pilar, o pilastra si está adosada a un muro. LA COLUMNA CLÁSICA ESTÁ FORMADA POR TRES ELEMENTOS: Capitel Fuste. Basa. COLUMNAS AISLADA O EXENTA: SECCION DE COLUMNAS La que se encuentra separada de un muro o cualquier elemento vertical de la construcción o edificación. COLUMNAS EMBEBIDA: La que aparenta estar parcialmente incrustada en el muro u otro cuerpo de la construcción. COLUMNAS ADOSADA: La que está yuxtapuesta a un muro u otro elemento de la edificación. COLUMNA ENTREGA O ENTREGADA: Columna entrega o entregada: La que está adosada pero cuyo fuste no es de una sola pieza, sino formada por trozos que están empotrados en el muro, formando parte de éste. .
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COLUMNAS DE MADERA
Las columnas de madera pueden ser macizas, o de varias piezas ensambladas, las cuales detallamos a continuaciรณn:
COLUMNAS MACIZAS: Generalmente se unen al techo mediante un ensamble a media madera, o en forma de U, como muestra la siguiente figura:
COLUMNAS DE PIEZAS ENSAMBLADAS:
De las numerosas variantes, solo ilustramos la mas utilizada, que consiste en dos tablas paralelas separadas por tacos de madera. El conjunto se prensa por medio de tornillos pasantes.
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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. Especificaciones de diseño para columnas Para dimensionar columnas es conveniente seguir las siguientes especificaciones: a) Las columnas deben dimensionarse conforme a todos los momentos flectores relacionados con una condición de carga. b) En el caso de columnas situadas en esquina y de otras cargadas en forma desigual en lados opuestos de direcciones perpendiculares, deben tomarse en consideración los momentos flectores biaxiales. c) Es necesario dimensionar todas las columnas para una excentricidad 0.6 + 0.03h por lo menos donde h es el espesor del elemento de la flexión, y para cargas axiales máximas no superiores a 0.80 P0 cuando las columnas son de estribos, o de 0.85 P0 cuando llevan esfuerzo en espiral o helicoidal, donde P0 esta dado por la siguiente ecuación: P0=0.85f ’c(Ag –Ast) + fyAst Donde Ag es el área bruta de la sección transversal de la columna. Ast es el área total del refuerzo longitudinal d) La cuantía mínima del área de las varillas longitudinales de refuerzo respecto al área transversal y total de la columna, Ag es e 0.01, la cuantía máxima es de 0.08. sin embargo, en el caso de columnas cuya área seccional sea mayor que la exigida por las cargas puede usarse un valor más pequeño para Ag, aunque nunca inferior a la mitad del área bruta de dichas columnas, para calcular la capacidad de carga y el área mínima de varillas longitudinales. Esta excepción permite reutilizar encofrados para columnas más grandes de lo necesario y permite que las áreas de varillas longitudinales sean apenas de 0.005 veces el área real de la columna. Deberá utilizarse por lo menos cuatro varillas longitudinales en los arreglos rectangulares del refuerzo y seis en los circulares.
Alejandra Villarreal
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COLUMNAS DE ACERO
Son elementos de acero sólido y su sección depende del diseño estructural, son hechas en fábrica y soldadas a una placa de acero fijada a un pedestal de concreto. Las columnas de acero son fabricadas previamente en un taller o en una fábrica especializada en estructuras de acero, simultáneamente se pueden realizar obras en el terreno, como fundaciones u otras. Por lo tanto su montaje en obra depende de la hechura de su base que se compone de zapata, pedestal con la correspondiente placa. CARACTERÍSTICAS DE UNA COLUMNA DE ACERO · Se puede trabajar en varios pisos a la vez, durante la obra gris. · La fundación de una columna de acero es de menor dimensión que las de una columna de concreto ya que el peso de una estructura de acero es más liviana que la de concreto. · Aunque el dimensionamiento final de la estructura lo determina el cálculo estructural.
PROCESO CONSTRUCTIVO DE UNA COLUMNA DE ACERO 1. Colocación de armadura de zapata, pedestal y tensores 2. Colado de zapata y pedestal, no necesariamente los tensores deben de colarse en este punto. 3. La unión de las columnas a la fundación, se hace por medio de una placa base de acero soldada a la columna; ésta reparte la carga en la superficie del pedestal. La placa se une a la fundación mediante los pernos de anclaje. Entre la placa y el pedestal se aplica una lechada de alta resistencia conocida como “grout”. Hay que Recordar que cada sistema tiene sus ventajas y desventajas sin embargo es el tipo de proyecto el que determinará si será necesario hacerlo de acero ó de concreto.
Alejandra Villarreal
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COLUMNAS COMPUESTAS
En la figura se muestran los dos tipos de columnas compuestas que se utilizan en edificios. La columna de a) es un perfil de acero ahogado en concreto, y las de las b) y c) son tubos de acero, de sección transversal circular o rectangular, rellenos de concreto.
Las columnas compuestas se emplean tanto en edificios de poca altura como en los de muchos pisos ; en los primeros, las columnas de acero se recubren frecuentemente con concreto, por requisitos arquitectónicos o para protegerlas contra el fuego, la corrosión y, en algunos casos, el impacto de vehículos, por lo que resulta conveniente, y económico, que acero y concreto trabajen en conjunto;
En edificios altos se obtienen secciones mucho menores que si las columnas fuesen de concreto reforzado, lo que redunda en incrementos apreciables del área útil. Además, las columnas compuestas que forman parte del sistema que resiste las fuerzas horizontales tienen ductilidad y tenacidad adecuadas para su empleo en zonas sísmicas y mejores características de amortiguamiento que las de acero, y el recubrimiento de concreto evita el pandeo del perfil metálico; por todo ello, se usan con frecuencia como parte de los marcos que resisten las acciones de los temblores.
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COLUMNAS MIXTAS
Son una combinación de las columnas de hormigón y de las de acero reuniendo las ventajas de ambos tipos de columnas. Las columnas mixtas tienen una mayor ductilidad que las de hormigón y se pueden construir uniones siguiendo las técnicas de la construcción con acero. El relleno de hormigón no sólo proporciona una capacidad de soportar cargas mayores que la de las columnas de acero sino que también potencia la resistencia frente al fuego.
•Las estructuras mixtas están hechas de acero estructural y hormigón armado ó pretensado, conectado entre sí para resistir conjuntamente las cargas. •Estas podrán ser utilizadas para la construcción de losas, vigas, pilares y pórticos mixtos. •Las columnas mixtas de acero y hormigón, especialmente las de perfiles tubulares de acero rellenos de hormigón, presentan una importante serie de ventajas en el campo de la arquitectura, estructural y económico, las cuales son muy valoradas por los diseñadores actuales y por los ingenieros de la construcción. sujeto a la intuición en lo referente a su forma de ejecución y su diseño. Algunos de los aspectos cualitativos, que marcan las preferencias de los arquitectos y de los profesionales del mundo de la construcción, aparecen detallados en la imagen anterior
Alejandra Villarreal
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VIGAS: En ingeniería y arquitectura se denomina viga, a un elemento estructural lineal que trabaja principalmente a flexión. En las vigas, la longitud predomina sobre las otras dos dimensiones y suele ser horizontal. El esfuerzo de flexión provoca tensiones de tracción y compresión, produciéndose las máximas en el cordón inferior y en el cordón superior respectivamente, las cuales se calculan relacionando el momento flector y el segundo momento de inercia. En las zonas cercanas a los apoyos se producen esfuerzos cortantes o punzonamiento. También pueden producirse tensiones por torsión, sobre todo en las vigas que forman el perímetro exterior de un forjado.
MATERIALES UTILIZADOS Construcción de vigas de hormigón pretensado en Alcalá la Real, Jaén, España. Apoyo de una viga de puente que permite el giro pero no permite desplazamientos. A lo largo de la historia, las vigas se han realizado de diversos materiales; el más idóneo de los materiales tradicionales ha sido la madera, puesto que puede soportar grandes esfuerzos de tracción, lo que no sucede con otros materiales tradicionales pétreos y cerámicos, como el ladrillo. La madera sin embargo es material ortotrópico que presenta diferentes rigideces y resistencias según los esfuerzos aplicados sean paralelos a la fibra de la madera o transversales. Por esa razón, el cálculo moderno de elementos de madera requiere bajo solicitaciones complejas un estudio más completo que la teoría de Navier-Bernouilli, anteriormente expuesta.
A partir de la revolución industrial, las vigas se fabricaron en acero, que es un material isótropo al que puede aplicarse directamente la teoría de vigas de Euler-Bernouilli. El acero tiene la ventaja de ser un material con una relación resistencia/peso superior a la del hormigón, además de que puede resistir tanto tracciones como compresiones mucho más elevadas. A partir de la segunda mitad del siglo XIX, en arquitectura, se ha venido usando hormigón armado y algo más tardíamente el pretensado y el postensado. Estos materiales requieren para su cálculo una teoría más compleja que la teoría de Euler-Bernouilli.
Alejandra Villarreal
DISEÑO DE ESTRUCTURA
ARRIOSTRAMIENTOS DE EDIFICIOS INDUSTRIALES Los arriostramientos se consideran habitualmente elementos secundarios en las estructuras, sin embargo conviene no prescindir de ellos para que el comportamiento del conjunto estructural sea el adecuado (restringir traslacionalidad). Aparte de los arriostramientos transversales utilizados en las vigas para reducir las longitudes de pandeo lateral, la misión fundamental de los arriostramientos en los edificios industriales, es absorber los empujes longitudinales provocados por el viento debido a su presión sobre las paredes frontales, así como las fuerzas de inercia longitudinal originadas por los puentes grúa en su movimiento. ARRIOSTRAMIENTOS DE CUBIERTA En el caso de las cubiertas los elementos empleados como arriostramiento suelen ser pequeños perfiles angulares o bien tirantes de redondo o pletina. Junto con los cordones superiores de los dinteles y las correas, estos elementos de arriostramiento dispuestos habitualmente en cruces de San Andrés, constituyen unos entramados en los planos de cubierta capaces de absorber empujes del viento, a la vez que limitan las longitudes de pandeo de los dinteles o cordones superiores de las celosías, en el plano de cubierta. Para resultar efectivos, los entramados de arriostramiento se suelen colocar en los módulos extremos de la nave o en sus contiguos y aparte cada tres o cuatro módulos, no haciendo nunca coincidir un tramo arriostrado con la posición de rótulas en el caso de utilizar correas Gerber. El cálculo se plantea como el de una viga de celosía con sus montantes (correas), cordones (dinteles) y diagonales (elementos de arriostramiento).
Alejandra Villarreal
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EJEMPLOS DE ARRIOSTRAMIENTO
Alejandra Villarreal
DISEÑO DE ESTRUCTURA
Consideramos sismos a los temblores o terremotos que se presentan con movimientos vibratorios, rápidos y violentos de la superficie terrestre, provocados por perturbaciones en el interior de la Tierra (choque de placas tectónicas). La diferencia entre temblores y terremotos está dada por la intensidad del movimiento sísmico, siendo el más peligroso este último pues su efecto destructivo puede ser fatal.
¿POR QUÉ SE PRODUCEN Y QUÉ DAÑOS PROVOCAN LOS SISMOS? Los sismos son uno de los fenómenos naturales que no están relacionados con las condiciones climáticas; su magnitud destructora puede ser capaz de provocar un gran daño en un breve lapso. La mayoría de los sismos se explican por la ocurrencia de ondas sísmicas u ondas de choque, generadas por disturbios en la corteza terrestre. En el caso de sismos muy severos, la mayoría de las víctimas mueren o quedan heridas por la caída de escombros, mientras que otras perecen por incendios o inundaciones que a menudo acompañan los terremotos. ¿QUÉ PODEMOS HACER PARA REDUCIR LOS EFECTOS DE LOS SISMOS? En la actualidad, los sismólogos (especialistas que estudian los sismos) han logrado predecir la localización de áreas sísmicas, pero no pueden predecir aún cuando ocurrirá un movimiento. Animales como caballos, vacas, perros y gatos pueden sentir pequeñas vibraciones (imperceptibles para los seres humanos), y su comportamiento puede indicar un terremoto inminente. No obstante los avances científicos para evitar siniestros sísmicos, se recomienda mantener la construcción de viviendas sismoresistentes en áreas de alto riesgo.
Alejandra Villarreal
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IMPORTANCIA Y RECOMENDACIONES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UNA ESTRUCTURA CON SISMO-RESISTENCIA Una adecuada selección del sistema estructural, del material y de los componentes no estructurales es de mayor importancia que un análisis complejo. A pesar, e independientemente de todo lo sofisticado que sea el método de análisis utilizado por el ingeniero, no se puede hacer que un sistema estructural mal concebido se comporte satisfactoriamente en un terreno severo. Además si se trabaja conjuntamente desde el inicio de esquema en un proyecto de edificación entre el arquitecto e ingeniero, entendiendo de qué manera las decisiones pueden afectar el comportamiento sismoresistente de ésta y escogiendo apropiadamente los materiales básicos a utilizarse, la configuración y la estructura del edificio serán satisfactorias.
La sismo resistencia es un atributo que es destinado a una edificación de acuerdo a su configuración geométrica y a las técnicas de diseño que tiene empleadas para resistir las fuerzas de un movimiento sísmico. Por otro lado para lograr que un sismo no le cause el mínimo daño a una propiedad es necesario que la simetría en los volúmenes sea una de las características principales de la edificación. La simplicidad se logra proyectando diseños sencillos que faciliten la distribución de los muros y la simetría, lo que proporciona que las partes que conforman los volúmenes estén ubicadas en los ejes de una manera equilibrada.
Alejandra Villarreal
DISEÑO DE ESTRUCTURA
SISMO EN ARQUITECTURA
En cuanto a la disposición de los muros, no es recomendable colocar los muros en una misma dirección ya que si las fuerzas sísmicas vienen perpendiculares a la dirección de los muros la estructura se comportaría de una manera sumamente débil y no habría capacidad para enfrentar las ondas sísmicas. Además un elemento muy importante en la sismo resistencia son los materiales, es necesario que haya uniformidad en la estructura para que se desempeñen funciones similares en la edificación, dentro de la continuidad en la construcción se recomienda que los ejes de los muros sean colineales. Sobre la base en Colombia se ha establecido un conjunto de normas para el diseño y la construcción sismo resistente lo que da mucho que prometer para los próximos proyectos de edificaciones de gran magnitud.
Desde mi punto de vista las edificaciones deben de seguir un patrón estandarizado en forma para las protecciones eventuales de los sismos. En otras palabras es muy recomendable que los diseños de una vivienda o de un edificio sea realizado por un arquitecto que tenga nociones de la sismo resistencia ya que estos fenómenos en muchos casos ponen en riesgo la vida humana y la vivienda. Finalmente para que una vivienda sea considerada sismo resistente debe de cumplir ciertas condiciones como la ubicación de los muros, la manera en las que se colocan las vigas de amarre y también el grueso de las paredes.
Alejandra Villarreal
DISEÑO DE ESTRUCTURA
UNA ESTRUCTURA MÁS EFICIENTE: • Soporta cargas, salva luces, gasta la menor cantidad de material, es segura, tiene un costo aceptable (adquisición, construcción y mantenimiento). • El arquitecto debe usar los recursos, la técnica y tecnología disponible para organizar el conjunto de elementos que componen la estructura, la forma, la dimensión.
Arlenis Salazar
DISEÑO DE ESTRUCTURA
IMPORTANCIA ACTUAL Anteriormente la figura del arquitecto tenia un perfil más amplio, era artista, proyectista y constructor. Actualmente estas funciones están ejercidas por dos personas diferentes: Arquitecto – Ingeniero Hoy en día ningún arquitecto cuando proyecta una obra de gran envergadura no deja de consultar a un ingeniero especialista en estructuras. Para los arquitectos el conocimiento estructural es muy importante pero a la vez difícil, como consecuencia del rápido desarrollo de las técnicas constructivas basadas en el uso de nuevos materiales. El estudio de las matemáticas y las ciencias físicas permiten al ingeniero calcular una estructura compleja, pero una persona común por intuición puede comprender los principios básicos del análisis estructural.
Arlenis Salazar
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DISEÑO DE TENSOESTRUCTURAS El término “Tensoestructuras” cubre una amplia categoría de estructuras, que incluyen las membranas arquitectónicas (velarias), las redes de cables pre y post tensionados, los cables que forman vigas en forma de armaduras o estereoestructuras (tensegrity), y las estructuras neumáticas. Históricamente fueron utilizadas como formas para techumbres, o estructuras de puentes, y en la actualidad como elementos permanentes de la arquitectura moderna, ya que han demostrado tener una explotación potencial como estructuras eficientes y altamente estéticas. Arlenis Salazar
DISEÑO DE ESTRUCTURA
DISEÑO DE TENSOESTRUCTURAS Definición y clasificación: Podemos resumir los más importantes tipos de estructuras en tensión, dentro de los siguientes: (i) Membranas tensionadas (ii) Estructuras neumáticas (iii) Redes y Vigas de cables pre-esforzados Las estructuras neumáticas son membranas muy delgadas tensionadas por la presión interna de aire generada por grandes ventiladores. Su forma es severamente afectada por la diferencia entre las presiones interna y externa, que provoca cambios continuos, como resultado de las variaciones de temperatura, viento, nieve y condiciones de carga Las membranas tensionadas son esforzadas por el estiramiento de la superficie de membrana, hasta alcanzar los bordes, hechos de cables tensionados y flexibles, o marcos rígidos y/o vigas. La principal diferencia entre membranas tensionadas y estructuras neumáticas radica en el método de conseguir el esfuerzo en la superficie. Además, las neumáticas no deben tener ningún exceso de presión entre las superficies interna y Lis Rodríguez externa.
DISEÑO DE ESTRUCTURA
DISEÑO DE TENSOESTRUCTURAS Redes y vigas de cables pre-esforzados Existen grandes similitudes entre el comportamiento de las membranas a tensión y las redes de cables. Una red de cables pre-esforzados es en términos de análisis un discreto tipo de membrana, o una membrana representada por un sistema de cables o elementos lineales. El término “tensoestructura” será por tanto, utilizado para describir a ambos (cables y membranas
Proceso de Diseño de las Membranas a Tensión: En términos general, podemos resumir las etapas del diseño de Membranas en Tensión, en los siguientes tres puntos: (i) El Form Finding (ii) El Patronaje (iii) El análisis estático
Lis Rodríguez
Diseños de estructuras de acero Que es el acero : Acero es el nombre que se le da al producto de la combinación de hierro y carbono, cuyo comportamiento depende en gran manera de la cantidad precisa en que se halle este último elemento (entre 0.1 y 2 %) y la eventual presencia de otros como manganeso, fósforo, azufre, silicio, vanadio y cromo.
Lis Rodríguez
El acero como material de construcción : La aplicación del acero en la construcción es enorme, La Ingeniería Estructural es una ciencia y un arte para diseñar y realizar con economía y elegancia, edificaciones, puentes, armazones y otras estructuras similares de tal modo que ellas resistan las fuerzas a las cuales pueden estar sujetas. El acero es la base de construcciones livianas, grandes o pequeñas, bellas y esculturales que permite un trabajo limpio, planificado y de una rapidez sorprendente. El acero mejora la destreza del operario y ayuda a la imaginación de los promotores de las construcciones a presentar interesantes propuestas.
Armaduras de acero : También reciben el nombre de vigas de alma abierta. Las armaduras son elementos estructurales formados por un conjunto de barras rectas articuladas en sus extremos, solicitadas principalmente a fuerzas internas normales (tensión o compresión) y unidas en su plano de tal manera que se forma un conjunto de triángulos indeformables.
Tipos de armadura : Las diferentes armaduras se caracterizan por la forma de la triangulación que forman las piezas que unen las cuerdas; pueden ser horizontales, a dos aguas, de cuerdas paralelas, o en arco.
Lis Rodríguez
Estructuras de acero típicas :
Espacial
Pórticos de alma llena
Estructuras para procesos industriales
Pórticos de celosía
Para Telecomunicaciones
Lis Rodríguez
Perfiles de acero : La industria de la construcción ha estandarizado ciertos elementos de acero con formas y propiedades conocidas para facilitar a calculistas, productores y constructores hablar un lenguaje común.
Los perfiles que aparecen con doble trazo pueden ser laminados en caliente o ensamblados. Los primeros se obtienen al calentar la materia prima, denominada palanquilla, y que consiste en grandes bloques de acero, hasta hacerla fluir para darle la forma correspondiente. Los segundos, es decir los perfiles ensamblados, se obtienen a partir de láminas que se sueldan entre sí. De esta última forma se han producido en el país los perfiles más pesados, dado que la producción de perfiles laminados en caliente se ha limitado principalmente a ángulos y a otros de bajo peso. Lis Rodríguez
Ventajas del acero como material de construcción : Alta relación resistencia/peso Importante en puentes de grandes claros, en edificios altos y en estructuras con malas condiciones de cimentación Uniformidad Sus propiedades no cambian apreciablemente. Alta ductilidad El hecho de que el material sea dúctil no implica que la estructura fabricada con él sea también dúctil. Ciclos histeréticos más amplios y estables Importante para un buen desempeño sismo resistente Facilidad en la construcción y para la modificación de estructuras Se adaptan bien a posibles ampliaciones
Lis Rodríguez
Desventajas del acero como material de construcción : Costo de mantenimiento Susceptibles a la corrosión al estar expuestos al aire y al agua.
Costo de la protección contra el fuego El acero pierde apreciablemente su capacidad de resistencia con el aumento de la temperatura. Además es un excelente conductor de calor. Susceptibilidad al pandeo Su alta relación resistencia/peso puede dar lugar a miembros esbeltos. Fatiga Su resistencia se reduce ante un gran número de inversiones del signo de la tensión o a un gran número de cambios de la magnitud de la tensión.
Lis Rodríguez
Diseños de estructuras de madera ¿Que es la madera? La madera es un material duro y resistente que se produce mediante la transformación del árbol. Es un recurso forestal disponible que se ha utilizado durante mucho tiempo como material de construcción. La madera es uno de los elementos constructivos más antiguos que el hombre ha utilizado para la construcción de sus viviendas y otras edificaciones.
La madera, es el material por excelencia más noble que jamás la especie humana ha utilizado tanto en la industria como en la construcción. Prácticamente todas las culturas de la humanidad han empleado la madera en la agricultura, pesca, ingeniería, vivienda, entre otros.
Arlenis Salazar
La madera como material de construcción: En la actualidad y por casi toda una vida la madera ha servido de gran utilidad en la construcción de viviendas familiares en países ricos y desarrollados, los cuales podrían emplear otro tipo de material, como el acero, hormigón. etc. En varios casos toman como ventaja, el hecho de realizar una vivienda sin elementos pesados, con una arquitectura ligera y sobre todo económica. En el caso de muchos países de Europa, al igual que en Norte de América , el uso de la madera mas que tradicional, tienen una cultura con mas de 400 años en este tipo de construcción, y a su vez poseen construcciones de más de 40 años, las cuales permanecen en perfecto estado, tenemos el caso de Dinamarca, Noruega, Suecia, entre otros. Esto sin contar el gran uso que posee en América Latina y otras partes del mundo. Las ventajas de La madera consisten en tener presente que la madera es un recurso renovable y natural, que denota sencillez y a su vez genera un gran sentido de confort y tranquilidad. Pero esto no quiere decir que una estructura en madera sea mejor que cualquier otro material, simplemente queremos resaltar la importancia de la misma y la gran utilidad que aun tiene en la actualidad, aunque en muchos casos no resuelve instancias de diseño, pero si resuelve un confort para quien haga buen uso de ella. Arlenis Salazar
usos de la madera : Sistema de sostenibilidad en vaciado de techos : en este sistema se realizan los trabajos para sostener el encofrado, para vaciado de techos donde se utilizan en tres tipos:
Listones Pie derecho Puntales
Arlenis Salazar
Estructuras macizas. Conformada por bloques macizos de madera, normalmente madera rolliza o madera de secciรณn rectangular.
Estructura de entramados: Conformadas por barra de maderas que pueden ser, vigas, columnas o pilares, las cuales se entrelazan entre si para levantar una estructura.
Arlenis Salazar
Ventajas en la madera como material de construcción. Aislante natural. Gracias a su particular estructura porosa, la madera almacena numerosas áreas de calor y permite realizar estructuras de espesor reducido y bajo consumo energético. El poder aislante de una pared de madera maciza de 10 cm de espesor corresponde al de una pared de cemento de 160 cm. Propiedades estáticas óptimas. La microestructura refinada de la madera asegura a este material un peso propio reducido de frente a una excelente capacidad de carga. No obstante el peso reducido, la madera tiene una capacidad de carga 14 veces superior a la del acero y una resistencia a la compresión equivalente a la del hormigón. Construcción en tiempos breves. En la construcción de obras de madera no es necesario esperar los tiempos de secado. La técnica de construcción “en seco” permite ahorrar tiempos y costes.
Arlenis Salazar
Resistencia al fuego. No obstante se trate de un material inflamable, la madera laminada dispone de una resistencia al fuego muy elevada. Carboniza superficialmente en modo uniforme porque no presenta hendiduras y forma una barrera de protección que obstaculiza la propagación de las llamas hacia el interior. Seguridad antisísmica. La madera es elástica y extremadamente resistente a las tracciones, por lo tanto es el material de construcción ideal para los proyectos que se realizan en zonas sísmicas. La madera es un material termoaislante. La madera asegura una óptima protección contra el frío en invierno y el calor en verano, en un lapso de tiempo de hasta 14 horas. Arlenis Salazar
Durabilidad. la madera es un material resistente a la acción de un gran número de compuestos químicos, presentando un mejor comportamiento que el hierro y los aceros normales a la acción de los ácidos y de las soluciones de sales de ácidos. En estos ambientes la madera es un excelente material constructivo ya que evita las siempre costosas labores de mantenimiento. Este hecho, por sí solo, explica el notable incremento de su uso en piscinas y polideportivos cubiertos, en recintos industriales
Adaptabilidad. La madera se adapta a prácticamente cualquier estilo, permitiendo y fomentando la originalidad de los diseños. Este material permite salvar grandes luces, apertura de grandes huecos, adaptación al entorno y una enorme variedad de texturas, formas y colores. La posibilidad de elegir, como acabado exterior, entre diversos tipos de tableros y maderas tratadas multiplica las posibilidades. Arlenis Salazar
Desventajas en la madera como material de construcción. _Muchas veces no se da un tratamiento preservador a la madera. _Se puede convertir en un problema cuando se busca grandes tamaños. _No posee los mismos módulos de resistencia mecánica. _Es necesario realizar un diseño casi perfecto (que cobra más importancia que al usar otros materiales) para asegurar la resistencia del edificio ante diferentes condiciones ambientales. _El mantenimiento regular se vuelve una necesidad impetuosa. _En algunos casos, la construcción requiere del trabajo en conjunto de varios gremios.
Arlenis Salazar