Sistema Estructural Laura Valdivieso
Pueden clasificarse por su campo de actuación (informática, molecular...), sistema de trabajo (de vector activo, de compresión, de tracción...) y material (fibra natural, piedra natural, cerámica...).
Clasificación de los Sistemas Estructurales
Sistema Estructural Un sistema estructural es el modelo físico que sirve de marco para los elementos estructurales, y que refleja un modo de trabajo. Un objeto puede tener, a su vez, una mezcla de sistemas estructurales.
Clasificación de las estructuras: • Aquellas en que las cargas del edificio son sostenidas por muros soportantes, llamados, muros de carga. • Las que conforman una armazón o esqueleto que sostiene el resto de la edificación, llamadas asimismo armazón, donde los muros solo tendrán función de cierre o divisoria, pero no soportantes. Generalmente las componen losas, vigas y columnas. • Estructuras mixtas, que son aquellas que se componen de muros soportantes, armazón de vigas y columnas interiores.
Muros de Carga Soportan las cargas provocadas por el peso de la cubierta. Lo principal en este elemento, es lograr que se a lo suficientemente resistente para soportar las cargas que le son transmitidas por los elementos que soportan, como cubiertas, entrepisos, otros muros superiores, etc.
Para lograr la resistencia necesaria se debe tener en cuenta, el espesor del muro, la calidad de los materiales con que se construye, la altura y el tipo de carga que soportará. Los muros de carga reciben y transmiten las cargas de forma lineal. De acuerdo al material con que son construidos, pueden ser de hormigón armado, piedras naturales, ladrillos de barro y bloques de mortero.
Clasificación de los sistemas estructurales Atendiendo al material de construcción, pueden ser: °Estructuras de acero Estos últimos son los más usados, debido al alto costo de los de hormigón, y las piedras están en desuso.
°Estructuras de hormigón armado
Cuando los muros de carga se construyen de ladrillos, tienen espesores del largo de un ladrillo (citarón), o sea, unos 0,25 m, aunque para cargas ligeras se emplea la forma de citara, teniendo entonces el ancho que es de 0,12 m.
Estructuras de acero: Son las que los elementos soportantes, tanto verticales (columnas), como horizontales (vigas), son de perfiles de acero laminado, como angulares, canales, vigas I, etc. Son elementos prefabricados que se preparan en un taller y se llevan a la obra listas para ser colocadas.
Cuando es de bloques, el espesor será de 0,20 m que es el ancho estándar de un bloque. Tanto en un caso como en el otro, los elementos se unen entre sí con una mezcla aglutinante de cemento, arena yrecebo, o de cemento, cal y arena, o de cemento y arena.
°Estructuras de madera
En comparación con otros sistemas estructurales, este es más económico debido al ahorro del tiempo de ejecución. La unión de los elementos entre sí, se hace remachada, soldada, o con pernos y/o pasadores. Las estructuras de acero se fabrican con piezas de perfiles de acero ensambladas. Ventajas Las estructuras pueden hacerse de sección menor que con otros materiales, pues el material es homogéneo y muy resistente. Desventajas • Deben protegerse de la corrosión con pinturas especiales o recubrimiento de hormigón. • Son peligrosas en caso de incendio, pues tienden a deformarse por el calor.
Los miembros del hormigón armado están constituidos por hormigón y barras de acero (cabillas) que son el refuerzo. Su función principal es resistir esfuerzos de compresión, y la del refuerzo, soportar fuerzas de tracción, pero ambos materiales trabajan como una unidad. Ventajas • Su plasticidad, que permite su adaptación a infinidad de formas mediante el empleo para la fundición, de moldes y encofrados. • Resistencia al fuego (comienza a destruirse a partir de los 600° C. • Durabilidad: su calidad mejora con el tiempo. • Costo de mantenimiento mínimo. • Es un material bastante impermiable. Desventajas • Material muy pesado (2400 kg/m³) • Control de la calidad complejo. • Tiempo para obtener su resistencia útil (unos 28 días). • Técnica compleja (esmerada ejecución, encofrado, fundición, curado y desencofrado).
Estructura de madera: En esta, los elementos estructurales se fabrican de madera. Requiere gran habilidad para lograr sus uniones, ensambles y conexiones, según el tipo de madera usado, así como una gran precisión para el montaje (ver imagen principal). El montaje de estas estructuras es bastante rápido, pues no se necesitan grandes equipos de izaje por lo liviano del conjunto. Se emplean en naves industriales y en otras construcciones que tengan un destino provisional. Ventajas • Ligereza • Economía • Facilidad de elaboración Desventajas • Combustibilidad • Mantenimiento
La cercha, es una composición de barras rectas unidas entre sí en sus extremos para constituir una armazón rígida 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 tracción o compresión sin la presencia de flexión o corte .
En Venezuela podemos destacar 5 sistemas estructurales como los más empleados...
Ventajas:
Desventajas:
Un sistema aporticado es el que utiliza como estructura una serie de pórticos dispuestos en un mismo sentido, sobre los cuales se dispone un forjado.
Son amplios en su interior y esto los hace que se adapten perfectamente a procesos industriales pesados.
Es independiente de su arriostramiento, que podrá hacerse con pórticos transversales, cruces de San Andrés, pantallas u otros métodos; y del material utilizado, generalmente hormigón o madera. Este sistema es el más utilizado hoy en día en las zonas desarrolladas, especialmente en hormigón desde la patente Domino de Le Corbusier. Los forjados transmiten las cargas a los pilares o muros, y éstos a la cimentación.
Son de montaje fácil y rápido ya que sus elementos estructurales principales son prefabricados.
Aunque el acero es un material incombustible cuando se le somete al fuego directo y continuo, disminuye su resistencia y se deforman los elementos con probables defectos destructivos. Este riesgo es posible disminuirlo mediante la instalación de rociadores suspendidos, los cuales se accionan a una temperatura predeterminada.
Ventajas: Gran libertad en la distribución de los espacios internos de un edificio Son estructuras muy flexibles que atraen pequeñas solicitaciones sísmicas Disipan grandes energía gracias a la ductilidad que poseen los elementos y la gran hiperestacticidad del sistema Desventajas: Este tipo de construcción húmeda es lenta, pesada y porconsiguiente más cara. Obliga a realizar marcha y contramarcha en los trabajos. Ejemplo. Se construye la pared y luego se pica parte del muro parahacer las regatas de las tuberías)
Los costos de demolición son bajos permitiendo que los cambios en la instalación resulten económicos. Por ser del tipo prefabricado sus elementos principales (vigas, techo y tabiques) pueden ser vendidos en un momento determinado.
Son estructuras susceptibles a la vibración, lo cual trae como consecuencia una instalación ruidosa. Su costo de mantenimiento es alto.
Concreto armado: Básicamente cuando tenemos elementos que trabajaran a compresión y a tracción. Existen varias categorías del concreto como por ejemplo el concreto postensado y concreto pretensado.
Arco, del latín arcus, derivado del indoeuropeo arkw,1 es el elemento constructivo de directriz en forma curvada o poligonal, que salva el espacio abierto entre dos pilares o muros transmitiendo toda la carga que soporta a los apoyos, mediante una fuerza oblicua que se denomina empuje.
Ventajas: Es una material con aceptación universal, por la disponibilidad de los materiales que lo componen. Tiene una adaptabilidad de conseguir diversas formas arquitectónicas. Tiene la característica de conseguir ductilidad. Posee alto grado de durabilidad. Posee alta resistencia al fuego. (Resistencia de 1 a 3 horas) Tiene la factibilidad de lograr diafragmas de rigidez horizontal. (Rigidez: Capacidad que tiene una estructura para oponerse a la deformación de una fuerza o sistema de fuerzas) Capacidad resistente a los esfuerzos de compresión, flexión, corte y tracción. La ventaja que tiene el concreto es que requiere de muy poco mantenimiento
Dependiendo de la forma geométrica del intradós en el frente del arco, existe una numerosa cantidad de denominaciones de arcos. Cada estilo arquitectónico se ha caracterizado por un tipo propio de arco, cada época o cultura. Incluso por cada arquitecto. Cabe la posibilidad de que el primer arco fuese el arco de medio punto (semicircunferencia), y a partir de él se fuesen configurando los demás.
Desventajas: Las desventajas están asociadas al peso de los elementos que se requieren en las edificaciones por su gran altura, como ejemplo tenesmo si las edificaciones tienen luces grandes o volados grandes las vigas y losas tendrían dimensiones grandes esto llevaría a generar mayor costo en Por otro lado los elementos arquitectónicos que no tiene estructura ya sean tabiques o muebles pueden ser cargar gravitatorias ya que aumentarían la fuerza sísmica por su gran masa. La adaptabilidad al logro de formas diversas ha traído como consecuencia configuraciones arquitectónicas muy modernas e impactantes pero con deficiente comportamiento sísmico. Excesivo peso y volumen.
Arcos conmemorativos: Los arcos conmemorativos son los monumentos erigidos para celebrar un acontecimiento de gran relevancia histórica, generalmente una importante victoria militar. De origen en la Antigua Roma, su empleo se ha perpetuado hasta la actualidad. Normalmente, son grandes monumentos pétreos prismáticos, conformados a modo de una gran puerta rematada en forma arqueada. La misión del arco en este caso es meramente ornamental, careciendo de significación. Este tipo de arcos se ubica por regla general a la entrada de ciudades importantes, o de capitales. En muchos casos hacen de puerta de acceso. Arcos continuos: Los arcos metálicos se diseñan según principios totalmente diferentes a los arcos de piedra. Esto se debe a que los metales son materiales que pueden resistir adecuadamente tanto tracción como compresión a diferencia de las construcciones en piedra y otros materiales cerámicos que solo pueden resistir compresiones de importancia.
La tridilosa, es un sistema de construcción que consta de una estructura tridimensional altamente ligera y de tablero mixto, combinando la zona comprimida de concreto (hormigón), con la zona traccionada de acero. Fue inventada en 1966 por el ingeniero mexicano Heberto Castillo.
Principios del sistema estructural Seguridad: se determina controlando las deformaciones excesivas que obligan a que salga de servicio o de rompimiento, separación de alguna de sus partes o de todo el conjunto.
Detalles estructurales Es el conjunto de elementos resistente, convenientemente vinculados entre sí, que accionan y reaccionan bajo los efectos de las cargas, su finalidad es resistir y trasmitir las cargas del edificio a los apoyo manteniendo el espacio arquitectónico, sin sufrir deformaciones incompatibles. Exigencias básicas de las estructuras Resistencia Resistencia a la deformación Dureza- resistencia a la fatiga Uniformidad de estructura física
Funcionalidad: la estructura debe mantenerse en funcionamiento, durante su vida útil para las cargas de solicitación. Economía: El aprovechamiento de los recursos determina un reto para el diseño estructural, en la economía se conjuga la creatividad del ingeniero con su conocimiento. El diseño estructural debe siempre de obtener un rendimiento balanceado entre la parte rígida y plástica de los elementos, ya que en muchas ocasiones, un exceso en alguno de estos dos aspectos puede conducir al fallo de la estructura. Materiales: Usualmente los materiales uti-
lizados en la parte estructural deben cumplir otro tipo de funciones, tales como aislante térmico, acústico, intemperie, impermeabilidad, división de aposentos otros propios de las estructuras. Madera, acero, aluminio, concreto, mampostería, fibra de vidrio.
Elementos del diseño estructural Estructuración: Se hará una estructuración preliminar proponiendo ubicación y dimensiones de los elementos estructurales Análisis: Este se realizara con programas
de computación que utilizan el método de la rigideces y nos proporcionan los desplazamientos y elementos mecánicos de los miembros de la estructura . Diseño: En base a los elementos mecánicos del análisis, se proporcionan las dimensiones y armados de los miembros de la estructura. Dibujo: con los anteriores datos se dibujan los planos estructurales que se proporcionan en C.D, memoria de cálculo: se realiza memoria de cálculo descriptiva de la estructura mencionando cargas muertas y vivas utilizadas, así como ejemplos de diseño.