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DISEÑO ESTRUCTURAL

Diseño estructural

Partes que conforman un diseño estructural Muros portantes SUPRAESTRUCTURA

VIGA

Funcion de una viga VIGAS DE CARGA

DISEÑO ESTRUCTURAL Editores: Samuel García Daniela Díaz Figuera.

Anays Berrios Vásquez.

Génesis Pérez Suniaga.

Nerimar Moreno

E

ditorial

Nuestro equipo se complace en presentar una edición especial, seleccionando una diversa información relacionada al campo constructivo. Dejando en si grandes conocimientos con relación al tema.

NUESTRA PORTADA Museo digitalización de plano estructura

Diseño estructural El Diseño estructural es una de las áreas donde se desarrolla la Ingeniería Civil y se realiza a partir de las potencialidades que un material puede ofrecer así como sus características naturales que lo hacen especifico, su bajo costo y las propiedades mecánicas que posee. se realiza a partir de un adecuado balance entre las funciones propias que un material puede cumplir, a partir de sus características naturales específicas, sus capacidades mecánicas y el menor costo que puede conseguirse.

El costo de la estructura siempre debe ser el menor, pero obteniendo el mejor resultado a partir de un análisis estructural previo.

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 éstos dos aspectos pueden conducir al fallo de la estructura.

Nerimar Moreno

Objetivo y elementos a considerar El objetivo de un sistema estructural es equilibrar las fuerzas a las que va a estar sometido, y resistir las solicitaciones sin colapso o mal comportamiento (excesivas deformaciones). Los aspectos arquitectónicos deben de estar englobados dentro del diseño estructural para obtener un mejor rendimiento de la edificación. Se toma en consideración, cuando se diseña una estructura, los cálculos de las resistencias de cada una de sus partes y cómo estará distribuido el peso total de todo el edificio así como los materiales adecuados para su construcción, es por eso que antes de la construcción de una estructura se deben de tomar en cuenta un sin número de aspectos técnicos y prepararla de acuerdo a las situaciones a las cuales puede estar sometida.

Partes que conforman un diseño estructural Infraestructura Una infraestructura es la estructura que está por debajo del nivel de la superficie, se apoya directamente sobre el suelo y es la encargada de sostener la estructura, normalmente se le denomina Fundaciones o Cimientos. Una superestructura, es la otra, la que se habita, la que va encima de la infraestructura. Por supuesto, como ambas tienen diferentes funciones; su forma, construcción y métodos de cálculo para el diseño, son diferentes.

Nerimar Moreno

Tipos de fundaciones Fundaciones superficiales: Zapatas aisladas, zapatas excéntricas, zapatas combinadas (caso de pocas columnas o caso de todas las columnas de una edificación en el cual se convierte en una losa de fundación), zapatas amarradas y vigas de fundación en el caso de muros.

Zapatas Aisladas: Son de carácter puntual, generalmente están constituidas por dados de hormigón de planta cuadrada. Las fundaciones de zapata en general constituyen los tipos más usados tanto por su economía como por su sencillez de construcción Zapatas Atirantadas: Son de carácter puntual y trabajan de forma independiente, pero se encuentran unidas por una cadena apoyada al terreno la cual se diseña para evitar el movimiento horizontal relativo entre zapatas aisladas o para unir una zapata aislada a una función corrida.

Zapatas Y Vigas De Fundación: La viga de fundación es un elemento estructural que permite tomar las cargas de muro y transmitirlas a zapatas aisladas. Puede haber varias razones para querer diseñar zapatas con vigas de fundación. Por ejemplo: Como una forma de ahorrar en comparación a la alternativa de zapata corrida. En algunos casos es conveniente hacer que el peso de los muros descanse sobre la zapata para aumentar las cargas horizontal y equilibrar momentos descompensados en el apoyo.

Zapatas Corridas: Cuando se trate de pilares alineados muy próximos a muros, o de equilibrar cargas excéntricas sobre las zapatas contiguas, se considera directamente el empleo de una zapata continua o zapata corrida.

Anays Berrios

Losas de fundación: cimentación sobre toda la superficie de la estructura “se emplean en terrenos menos resistentes o menos homogéneos o bajo estructuras menos resistentes. Con ellas se aumenta la superficie de contacto y se reducen los asentamientos diferenciales. Puede decirse de forma aproximadamente que la losa es más económica que las zapatas si la superficie total de estas es superior a la mitad de la superficie cubierta por el edificio, debido al menor espesor de hormigón y cuantía de armaduras, a una excavación más sencilla y un ahorro de encofrados.

Losas Flotantes: Cuando es necesario construir estructuras muy sensibles a asentamientos en terrenos pobres puede recurrirse a fundaciones de loza flotante. La fundación debe hacerse de dimensiones tales que el peso del volumen de tierra removida sea similar a la carga producto del peso de la estructura. En esta forma las condiciones de carga en la superficie del terreno de fundación no han sido teóricamente modificadas por la construcción, de modo que será razonable suponer que los asentamientos serán bajos o nulos.

Fundaciones profundas Características generales de los pilotes El pilotaje es una solución apropiada para terrenos malos en los cuales no es posible usar zapatas o losas de fundación. Los pilotes son piezas largas, cilíndricas o prismáticas, de madera, hormigón o metal, que, hundidas en el suelo, sirven de fundaciones o de estructura para cortinas de tablaestacas.

Su hinca en el suelo se obtiene mediante diversos métodos: por percusión, para pilotes de cualquier tipo; por moldeo en el suelo, para pilotes de hormigón; por atornillado, par pilotes de hormigón o metálicos.

Un pilote puede ser “soportante” o “de fricción”.

En los primeros la resistencia se obtiene por el apoyo del extremo inferior en terrenos de buena calidad, de modo que el pilote trabaja como una columna.

Anays Berrios

Pilotes de madera: los pilotes de madera tienen la ventaja de ser baratos, especialmente en las regiones ricas en este material. Además son ligeros y por consiguiente, de fácil manejo. Como pueden absorber flexiones, admiten ligeras desviaciones durante la hinca.

En cambio presentan el grave inconveniente de un difícil control de la corrección de su ejecución y de la puesta en obra del hormigón. Como para los pilotes prefabricados e hincados, la puesta en obra de los pilotes moldeados in situ debe ser objeto especial de atención. Se trata de un procedimiento ciego de cimentación profunda, y se corre el riesgo de sufrir errores en cuanto a la calidad del hormigón, en el caso en que una capa de agua subterránea corte a los pilotes o que se haya producido un estrangulamiento de la sección al no realizar correctamente la extracción de u entubado provisional. Independientemente de un constante control durante la ejecución, es prudente prever una auscultación de cierros pilotes después de terminada esta.

Génesis Pérez

Pilotes metálicos: su colocación en obra puede realizarse inmediatamente después de la recepción, siendo su transporte muy fácil.

Atraviesan fácilmente las capas resistentes y presentan una resistencia elevada a los esfuerzos de flexión y cizallamiento.

Su hinca puede realizarse por elementos de pequeña longitud que se unen por roblonado o soldadura. Sus dimensiones transversales son pequeñas. Su mayor inconveniente es su sensibilidad a la corrosión, que exige la utilización de una protección especial (por ejemplo Pilotes prefabricados de hormigón: estos pilotes son más caros que los de madera en general a demás, son más pesados y su manejo más delicado. Su fabricación y almacenaje exigen superficies importantes como consecuencia del tiempo necesario para el endurecimiento del hormigón antes de la hinca. Durante la hinca, en las capaz difíciles de atravesar se corre el riesgo de roturas o al menos fisuraciones, que a la larga abren camino a la corrosión de las armaduras.

Su resistencia es muy superior a la de los pilotes de madera. Son insensibles a la sequedad y humedad así como al ataque de organismos marinos.

Supraestructura Supraestructura o superestructura a la parte de la edificación que se construirá por encima del nivel del suelo.

Columnas: Elemento estructural vertical, su función es transmitir la carga de los niveles superiores hasta la cimentación.

Tipos: - Concreto armado (concreto y acero de refuerzo) - Acero estructural: Perfiles, vigas, IPR, PTR y compuestas a base de placas

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.

Génesis Pérez

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.

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.

Samuel García

Muros portantes: también conocidos como muros de carga son justamente paredes de edificaciones que poseen la función estructural, es decir, que soportan cargas de otros elementos estructurales como lo son los arcos, bóvedas, vigas, viguetas y cubierta.

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.

Génesis Pérez

VIGA es un elemento estructural, fundamental en la construcción, sea ésta de la índole que fuera. Será el tipo, calidad y fin de la construcción lo que determinará medidas, materiales de la viga, y sobre todo, su capacidad de sostener y contener pesos y tensiones.

Samuel García

LAS VIGAS son elementos estructurales que pueden ser 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. Para lograr que este elemento se dimensiones cabe tener en cuenta la resistencia por flexión, una viga con mayor peralte (altura) es adecuada para soportar estas cargas, pero de acuerdo a la disposición del proyecto y su alto costo hacen que estas no se convenientes. Para lograr peraltes adecuados y no incrementar sus dimensiones, es conveniente incrementar el área del acero de refuerzo para compensar la resistencia a la flexión.

FUNCION DE UNA VIGA Las vigas son las piezas extensas que, unidas a las columnas, soportan las estructuras y las cargas en las obras, permitiendo flexibilidad. De hecho, estos elementos se utilizan para soportar los techos y las aberturas, y también como elemento estructural de puentes. Por tal motivo, a la hora de elaborarlos o armarlos se debe comprobar que soporten a la perfección los esfuerzos de tracción y de compresión de modo simultáneo, como sucede al doblarse la pieza.

Daniela Díaz

MATERIALES Y COMPOSICIÓN DE LAS VIGAS Pueden ser realizadas en madera, en hormigón o también en hierros soldados, con cuatro tiras angulares y piezas que se entrecruzan para dar soporte y unión.

Los materiales de elaboración deben ser flexibles, duraderos y resistentes a la vez, por lo que no se utiliza elementos cerámicos, pétreos u otros en su formación.

– Vigas de madera La madera de las vigas se comporta de un modo ortotrópico con diversidad en su resistencia y rigidez, soportando así diferentes sentidos en los esfuerzos (paralelo o transversal a la fibra de la madera). La madera es capaz de soportar exigencias con menos deformación que otros materiales.

– Vigas de acero o hierro El acero en las vigas presenta un comportamiento isotrópico, con más resistencia y menor peso que el hormigón. Con ello, logran soportar mayores esfuerzos de compresión y también mayores tracciones, lo que las hace las grandes favoritas para obras residenciales y urbanas.

– Vigas de Concreto u hormigón armado Para elaborar vigas se utiliza el concreto pretensado y el postensado, a diferencia de su antecesor (el concreto armado), por su adecuación a las exigencias de las obras y esfuerzos. Son resistentes, presentan buena flexibilidad y adaptación a las exigencias y tensiones del terreno, aunque son de mayor peso que las de hierro, normalmente usadas en construcción de viviendas.

Daniela Díaz

Vigas de carga Las soluciones prefabricadas para vigas de carga permiten resolver de una manera óptima la construcción de elementos estructurales tipo viga. Normalmente se trata de esquemas estructurales como viga simplemente apoyada sobre pilar o sobre ménsula, existiendo la posibilidad de dar continuidad a varios tramos o de realizar la unión vigapilar como nudo rígido. El hormigón pretensado optimiza la sección resistente, permitiendo resolver luces y cargas francamente importantes.

En cuanto a la tipología de vigas es muy amplia, siendo las habituales las siguientes: - Vigas de carga en T invertida.

- Vigas de carga en L. - Vigas de carga rectangulares.

- Vigas de carga en T. - Vigas de carga grada.

- Vigas de carga en I. - Vigas de carga bodega.

Daniela Díaz