Sist. estructurales i clase i

UNIVERSIDAD PRIVADA
DEL NORTE

Arquitectura y Urbanismo
SISTEMAS
ESTRUCTURALES

DOCENTE:
Arq. Dani Y. Novoa Vega

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL
Sistemas NORTE
Estructurales Docente:

Sistemas NORTE

Que es un
Sistema

Sistemas NORTE

Que es una
Estructura

Sistemas NORTE

Que es un
Sistema
Estructural

Sistemas NORTE

Definición
Es un conjunto de elementos, materiales, técnicas,
herramientas, procedimientos y equipos, que son
característicos para un tipo de edificación en particular

Lo que diferencia un sistema constructivo de otro es además
de lo anterior, la forma en que se ven y se comportan
estructuralmente los elementos de la edificación, como
son: pisos, muros, techos y cimentaciones.

Sistemas NORTE

Tipos de fuerzas internas
Las cargas originan en los elementos estructurales uno o varios de estos tipos de fuerzas:

1. Fuerza Axial. Se divide en dos tipos:

a. Tracción: b. Compresión:

Fuerza que tiene la tendencia a estirar Fuerza que tiene la tendencia a comprimir los
los elementos. elementos.

Sistemas NORTE

Tipos de fuerzas internas
Las cargas originan en los elementos estructurales uno o varios de estos tipos de fuerzas:

Fuerza de Corte: Momento de Flexión: Momento de Torsión.
Fuerza que tiene la tendencia a cortar Momento que tiene la tendencia a Momento que tiene la tendencia a
o deformar angularmente los flexionar o doblar los elementos. torsionar o torcer los elementos.
elementos.

Sistemas NORTE

1.- CARGAS ESTÁTICAS. Son aquellas que se aplican lentamente sobre la estructura, lo cual hace que se originen esfuerzos y
deformaciones que alcanzan sus valores máximos en conjunto con la carga máxima. Prácticamente, estas solicitaciones no
Cargas producen vibraciones en la estructura, ya su vez clasifican en:
Estructurales

Las cargas
estructurales son a.- Cargas Permanentes o Muertas. Son cargas gravitacionales que actúan durante la vida útil de la
fuerzas aplicadas a estructura, como por ejemplo: el peso propio de la estructura y el peso de los elementos añadidos a la
un componente de estructura (acabados, tabiques, maquinarias para ascensores y cualquier otro dispositivo de servicio que
quede fijo en la estructura).
una estructura o de
la estructura como
una unidad b.- Carga Viva o Sobrecarga. Son cargas gravitacionales de carácter movible, que podrían actuar en forma
esporádica sobre los ambientes del edificio. Entre estas solicitaciones se tiene: al peso de los
ocupantes, muebles, nieve, agua, equipos
removibles, puente grúa, etc. Las magnitudes de estas cargas dependen del uso al
cual se destinen los ambientes.

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2.- CARGAS DINÁMICAS. Son aquellas cuya magnitud, dirección y sentido varían rápidamente
con el tiempo, por lo que los esfuerzos y desplazamientos que originan sobre la estructura, también cambian con el tiempo; cabe indicar que el
instante en que ocurre la máxima respuesta estructural, no necesariamente coincide con el de la máxima solicitación (Fig. 1.2). Estas cargas
clasifican en:

a.- Vibraciones Causadas por Maquinarias. Cuando las máquinas vibratorias no han sido
aisladas de la estructura principal, sus vibraciones pueden afectar tanto a la estructura
que las soporta como a las estructuras vecinas.

b.- Viento. El viento es un fluido en movimiento; sin embargo, para simplificar el diseño, se supone que actúa como una carga estática
sobre las estructuras convencionales, pero, para estructuras muy flexibles (puentes colgantes, chimeneas, etc.) es necesario verificar que
su período natural de vibrar no coincida con el de las ráfagas de viento, de lo contrario, podría ocurrir la resonancia de la estructura.

C.- Sismos. Las ondas sísmicas generan aceleraciones en las masas de la estructura y por lo tanto, fuerzas de inercia que varían a lo
largo del tiempo; sin embargo, las estructuras convencionales pueden ser analizadas empleando cargas estáticas equivalentes a las
producidas por el sismo.

d.- Cargas Impulsivas. Son aquellas que tienen corta duración (dt), por ejemplo: las explosiones, Después que esta solicitación
culmina, se produce el movimiento en vibración libre de la estructura.

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Exigencias básicas de una estructura
Las exigencias que debe cumplir toda la estructura son las siguientes:
1. Equilibrio: Exigencia fundamental que implica que todas las partes de una edificación no presenten
movimientos o que la resultante de las fuerzas aplicadas sea igual a cero.

2. Estabilidad: Condición relacionada con los movimientos que puede presentar un edificio en su totalidad debido a la aplicación de las
fuerzas, ya que, si una fuerza genera ciertos desplazamientos en el edificio, este se vuelve inestable, siendo una condición no deseada en la
edificación.

3. Resistencia: Término referido a la capacidad de soportar las cargas que se aplican en la estructura sin fallar.

4. Funcionalidad: Toda estructura debe cumplir a cabalidad con la función asignada, por ello se debe evitar deformaciones grandes en la
estructura de tal magnitud que los usuarios no sientan cómodo el uso del edificio.

5. Economía: Este es un aspecto fundamental, en toda estructura que cumpla un fin utilitario, por lo general todo proyecto debe atenerse a un
presupuesto disponible para la construcción.

6. Estética: Esta influencia impone a la estructura elementos para la escogencia del sistema estructural adecuado, pero se debe tener en cuenta
que en proyectos de gran tamaño el sistema estructural es expresión de la arquitectura, por lo que un error de enfoque estructural puede afectar
la belleza del edificio. (Salvadori y Heller, 1998)

Sistemas Estructurales NORTE
Definición e importancia de la configuración estructural Docente:

Se conoce como configuración estructural a la distribución y localización que
se le dan a todos los elementos resistentes de una estructura, es decir,
columnas, muros, losas, núcleos de escalera entre otros. Pero también se
debe tomar en cuenta dentro de este concepto a todos los elementos no
estructurales, como la disposición de la tabiquería, la geología del sector,
clima, reglamentos de diseño urbano, como también su carga ocupacional.

Su importancia reside en que si el diseño arquitectónico no llega a
complementarse con un óptimo y razonable criterio en el diseño estructural, la
estructura puede comportarse deficientemente ante un terremoto, a pesar de
que se hayan realizado métodos de análisis complejos y muy detallados por
parte del ingeniero.

El problema del diseño estructural reside en que es muy difícil enseñar “los criterios estructurales” ya que estos se originan de la intuición de un comportamiento eficiente de la
configuración estructural. Lo único que se puede explicar en libros y en las aulas son los fundamentos teóricos, requisitos específicos y en el mejor de los casos impartir las
enseñanzas de experiencias pasadas. Para lograr una buena configuración estructural es importante la asimilación de los conocimientos teóricos, observar el comportamiento
de las estructuras y tener en cuenta las causas por las cuales han colapsado las edificaciones.

NORTE
Sistemas Estructurales Docente:

Características relevantes del edificio para una buena
respuesta sísmica

1. El peso
2. Forma de Planta
3. Forma en Altura
4. Separación
5. Alineamiento de Ejes

El peso Docente:

Como las fuerzas producidas por los sismos son de inercia, la masa juega un papel muy importante, ya que cuando esta empuja hacia abajo, debido a la
fuerza de gravedad, se podría producir la falla de los elementos verticales, debido a que ejerce su fuerza a elementos que están previamente
flexionados por las cargas sísmicas, a este fenómeno se le conoce como “Efecto P-delta”. En conclusión, cuando mayor sea la fuerza vertical, mayor
será el momento producido por esta fuerza y la excentricidad delta.

Sugerencias
No se recomiendan grandes Las aceleraciones a las que se somete la estructura van Deben evitarse fuertes diferencias de pesos entre pisos
voladizos, ya que estos producen creciendo con la altura, por lo que se recomienda evitar sucesivos, ya que generan variaciones bruscas en las
fuerzas de inercia verticales de una concentraciones de masas en los pisos más altos, ya que fuerzas de inercia y en la forma de vibrar del edificio
magnitud apreciable que sumadas a incrementan las fuerzas de inercia y los momentos de volteo.
las fuerzas de gravedad podrían
generar problemas.

Forma de Planta Docente:

Un factor que ayuda al desempeño de las estructuras ante un sismo es la simetría respecto a sus dos ejes en planta, ya que la falta de regularidad por
simetría, masa, rigidez o resistencia en ambas direcciones en planta produce torsión, la cual no es fácil de evaluar con precisión y demanda mayores
solicitaciones a algunos elementos resistentes

Sugerencias
• Los edificios ubicados en esquinas, para dar mayor visibilidad y por razones de estética, generalmente poseen las dos caras que dan
• Cuando las plantas poseen hacia la calle con fachadas de vidrio y las dos caras interiores son muros de concreto armado. Esta distribución es inadecuada, ya
formas irregulares es que genera una gran excentricidad entre el centro de masas y el centro de rigidez de la estructura, lo que podría generar un posible
aconsejable utilizar juntas de colapso.
construcción, dividiendo la
planta global en varias formas
regulares. Pero éstas pueden
originar problemas de
funcionamiento, ya que la
holgura que hay que dejar entre
las juntas es considerable y
también se deben tomar
previsiones para sellar las
uniones.

Forma en Altura Docente:

En las figuras 3 y 4 se muestran edificios que tienen En la figura 5 se pueden ver casos en los que a pesar de que la geometría de la
forma irregular en su altura. Se puede notar la abrupta edificación es regular, existe una marcada diferencia de rigideces entre pisos sucesivos, lo
diferencia de masas entre pisos continuos, esto conlleva cual puede generar fallas en los pisos de menor rigidez
a altas concentraciones de solicitaciones en los pisos
donde se encuentran dichas diferencias.

Separación Docente:

• Cuando existen edificios muy Sugerencias
cercanos entre ellos, hay que • Se recomienda una separación mínima
considerar la posibilidad de que entre edificios adyacentes, la cual puede
ocurran daños debidos a golpes ser una distancia del 1% de la altura del
entre ellos. mayor edificio. La separación mínima entre
las estructuras permite que tengan una
• El golpeteo ocurre cuando las
respuesta dinámica independiente
distintas estructuras se golpean
al vibrar fuera de fase durante
un evento sísmico. La
consecuencias pueden ser que
se produzca una respuesta
irregular de edificios de distintas
alturas, daños locales a las • El daño puede ser
columnas, colapso parcial de particularmente grave cuando
las losas, y en muchos casos el los pisos de las estructuras
colapso de las estructuras. cercanas no coinciden en la
altura, lo que hace que la losa
de un edificio golpee las
columnas del otro, como se
aprecia en la figura 2.

Alineamiento de ejes Docente:

• Las fuerzas de tracción y compresión a las que está sometida la viga durante un evento sísmico son transmitidas al nodo, produciendo grandes
esfuerzos cortantes en él. Cuando la conexión entre la viga y la columna es excéntrica, es decir que el eje de la columna no está alineado al eje de
la viga, los esfuerzos cortantes se concentran en un lado del nodo, por lo que se produce un efecto adicional de torsión en este. Este efecto de
excentricidad produce un comportamiento que aún no se conoce con precisión, debido a la falta de estudios acerca del tema. Además es importante
evitar los daños en los nodos debido a la dificultad que implicaría repararlos luego de un evento sísmico.

Sistemas NORTE

Veamos algunos sistemas:

1. ALBAÑILERIA APORTICADA
2. ALBAÑILERIA CONFINADA
3. ALBAÑILERIA ARMADA
4. ESTRUCTURAS METALICAS
5. ESTRUCTURAS EN MADERA

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SISTEMA TRADICIONAL APORTICADO
Los elementos porticados, son estructuras de concreto armado
con la misma dosificación columnas -vigas peraltadas, o chatas
unidas en zonas de confinamiento donde forman Angulo de 90º
en el fondo parte superior y lados laterales, es el sistema de los
edificios porticados. Los que soportan las cargas muertas, las
ondas sísmicas por estar unidas como su nombre lo indica-El
porticado o tradicional consiste en el uso de columnas, losas y
muros divisorios en ladrillo.

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CARACTERISTICAS.

1. Es el sistema de construcción más difundido en nuestro país.
2. Basa su éxito en la solidez, la nobleza y la durabilidad.
3. Sus elementos estructurales principales consisten en zapatas, vigas y
columnas conectados a través de nudos formando pórticos resistentes
en las dos direcciones principales de análisis (x e y).
4. Se recomienda para edificaciones desde 4 pisos a más.
5. Los muros o tabiquería divisorios son movibles.
6. Antisísmicos (buena resistencia a la vibración).
7. A luces más largas puede resistir cargas mayores.
8. Las instalaciones hidro-sanitarias y eléctricas pueden ser ubicadas
entre las viguetas.

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VENTAJAS.

1. El sistema aporticado tiene la ventaja al permitir ejecutar todas las
modificaciones que se quieran al interior de la vivienda, ya que en ellos
muros, al no soportar peso, tienen la posibilidad de moverse.
2. Proceso de construcción relativamente simple y del que se tiene mucha
experiencia.
3. El sistema aporticado posee la versatilidad que se logra en los espacios y
que implica el uso del ladrillo.
4. El sistema porticado por la utilización muros de ladrillo y éstos ser huecos y
tener una especie de cámara de aire, el calor que trasmiten al interior de la
vivienda es mucho poco.

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DESVENTAJAS

1. Las luces tienen longitudes limitadas cuando se usa concreto
reforzado tradicional (generalmente inferiores a 10 metros). La
longitud de las luces puede ser incrementada con el uso de
concreto pretensado.
2. Generalmente, los pórticos son estructuras flexibles y su diseño
es dominado por desplazamientos laterales para edificaciones
con alturas superiores a 4 pisos.
3. Este tipo de construcción húmeda es lenta, pesada y por
consiguiente más cara.

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En el diseño de estructuras aporticadas intervienen los siguientes elementos estructurales.

a) Losas: aligeradas, macizas, nervadas.
b) Columnas.
c) Zapatas: aisladas, combinadas.
d) Muros no portantes.
e) Cimentaciones corridas para muros no portantes.

Los cuatro primeros tienen comportamiento no estructural, es decir soportan el peso de las cargas vivas y mientras.

Las dos últimas son las que intervienen para serrar los ambientes no teniendo una función netamente estructural.

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SISTEMA TRADICIONAL APORTICADO • Los pórticos principales soportan el peso de las lozas es decir las vigas de los pórticos reciben
las cargas y se transmiten a las columnas y estas a las zapatas.
CONDICIONES DE DISEÑO DE PORTICOS • En la figura mostrada (fig. a) los pórticos principales son A-A, B-B, C-C debido a que estos
PRINCIPALES YSECUNDARIOS soportan el peso de la losa.
• Para el metrado de cargas se tendrá en cuenta el ancho tributario de losa que reciban las vigas
principales así como el peso propio de la misma, más las cargas vivas. Estas vigas son por lo
general de gran peralte y tienen función estructural.
• Las columnas de los pórticos, se diseñaran de acuerdo a las cargas que reciben. Estas tienen
función estructural.
• Las columnas de los pórticos secundarios no soportan el peso de las losas y en la figura a, están
constituidas por los ejes 1-1 y 2-2.
• Si la losa se arma como en la figura “b” los pórticos principales serán los ejes 1-1, 2-2 y los
secundarios serán A-A, B-B y C-C.
• Este tipo de pórticos conocidos como pórticos simples es uno de los más sencillos. Tiene la
ventaja que permiten usar los espacios libremente. Se utiliza para estructuras no muy altas ya
que en caso contrario las dimensiones de las columnas aumentan considerablemente.
• Los pórticos van cada 4 o 5 metros. El espaciamiento de estos estará en función de los peraltes
de las losas y las vigas.
• Si el espaciamiento es muy grande entre los pórticos entonces los peraltes serán mayores.

A B

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