Sistemas Estructurales

2. Sistemas Estructurales

3. Primera parte:
Consideraciones para su implementación..
Un Sistema estructural deriva su carácter único de cierto numero de consideraciones;
son las siguientes:
Funciones estructurales especificas resistencia a la compresión, resistencia a la tensión;
para cubrir claros horizontales, verticalmente; en voladizo u horizontal.
 La forma geométrica u orientación
 El o los materiales de los elementos
 La forma y unión de los elementos
 La forma de apoyo de la estructura
 Las condiciones especificas de carga
 Las consideraciones de usos impuestas
Las propiedades de los materiales, procesos de producción y la necesidad de funciones especiales
como desarmar o mover
Existen características para calificar los sistemas disponibles que satisfagan una función especifica.
Los siguientes puntos son algunas de estas características:
ECONOMÍA
NECESIDADES ESTRUCTURALES ESPECIALES
PROBLEMAS DE DISEÑO
PROBLEMAS DE CONSTRUCCIÓN
MATERIAL Y LIMITACIÓN DE ESCALA

4. Criterio de resistencia, consistente en comprobar que
las tensiones máximas no superen ciertas tensiones admisibles
para el material del que está hecho el elemento.
Criterio de rigidez, consistente en que bajo la acción de las
fuerzas aplicadas las deformaciones o desplazamientos máximo
obtenidos no superan ciertos límites admisibles.
Criterios de estabilidad, consistente en comprobar que
desviaciones de las fuerzas reales sobre las cargas previstas no
ocasionan efectos autoamplificados que puedan producir pérdida
de equilibrio mecánico o inestabilidad elástica.
Criterios de funcionalidad, que consiste en un conjunto de
condiciones auxiliares relacionadas con los requisitos y
solicitaciones que pueden aparecer durante la vida útil o uso del
elemento estructural.
CARACTERÍSTICAS

5. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES
 ESTRUCTURAS MACIZAS: Son aquellas en las que la resistencia y la estabilidad
se logran mediante la masa, aun cuando la estructura no se completamente sólida.
 ESTRUCTURAS RETICULARES: Consiste en una red de elementos ensamblados.
 ESTRUCTURAS SUPERFICIALES: Pueden tener alto rendimiento debido a su
función doble como estructura y envolvente, pueden ser muy estables y fuertes.

6.  MUROS ESTRUCTURALES
Cuando este sistema se utiliza tiene dos elementos distintivos en la
estructura general del edificio:
• Muros: Utilizados para dar estabilidad lateral, así como apoyo a los elementos que
cubren el claro. Generalmente son elementos a compresión. Pueden ser monolíticos
o entramados
ensamblados de muchas piezas. Aunque no se utilizan para transmisión de carga
vertical se utilizan, a menudo, para dar estabilidad lateral.
• Elementos para cubrir claros: Funcionan como pisos y techos. Dentro de estos se
encuentran una gran variedad de ensambles, desde simples tableros de madera
y viguetas hasta unidades de concreto precolado o armaduras de acero.

7. • Poste: Es un elemento que trabaja a compresión lineal y esta
sujeto a aplastamiento o pandeo, dependiendo de su esbeltez
relativa.
•Viga: Básicamente es un elemento lineal sujeto a una carga
transversal; debe generar resistencia interna a los esfuerzos
cortantes y de flexión y resistir deflexión excesiva. La
estructura de vigas y postes requiere el uso de un sistema
estructural secundario de relleno par producir las superficies de
los muros, pisos y techos.
Algunas variaciones de este sistema son:
>Extensión de los extremos de las vigas
>Sujeción rígida de vigas y postes
>Sujeción rígida con extensión de los extremos de las vigas
>Ensanchamiento de los extremos del poste
>Viga continua

8. MARCOS RÍGIDOS
Cuando los elementos de un marco lineal están sujetos rígidamente, es decir, cuando las
juntas son capaces de transferir flexión entre los miembros, es sistema asume un
carácter particular. Si todas las juntas son rígidas, es imposible cargar algunos de los
miembros transversalmente sin provocar la flexión de los demás.
SISTEMAS PARA CUBRIR CLAROS PLANOS
Consiste en producir el sistema en dos sentidos del claro, en vez de uno solo. El máximo
beneficio se deriva de una claro en dos direcciones si los claros son iguales. Otro factor
importante para incrementar el rendimiento es mejorar la característica de la flexión de
los elementos que cubren el claro.
 SISTEMA DE ARMADURAS
Una estructura de elementos lineales conectados mediante juntas o nudos se puede
estabilizar de manera independiente por medio de tirantes o paneles con relleno rígido.
Para ser estables internamente o por si misma debe cumplir con las siguientes
condiciones:
•Uso de juntas rígidas
•Estabilizar una estructura lineal: Por medio de arreglos de los miembros
en patrones rectangulares coplanares o tetraedros espaciales, a este se le llama celosía.
Cuando le elemento estructural producido es una unidad para claro plano o voladizo en
un plano, se llama armadura. Un elemento completo tiene otra clasificación: arco o torre
de celosía.

9. SISTEMA DE ARCO, BÓVEDA Y CÚPULA:
El concepto básico del arco es tener una estructura para cubrir claros,
mediante el uso de compresión interna solamente. El perfil del arco puede
ser derivado geométricamente de las condiciones de carga y soporte.
Para un arco de un solo claro que no esta fijo en la forma d resistencia a momento,
con apoyos en el mismo nivel y con una carga uniformemente distribuida sobre todo el claro,
la forma resultante es la de una curva de segundo grado o parábola. La forma básica es la
curva convexa hacia abajo, si la carga es gravitacional.
ESTRUCTURAS A TENSIÓN
La estructura de suspensión a tensión fue utilizada ampliamente por algunas sociedades
primitivas, mediante el uso de líneas cuerdas tejidas de fibras o bambú deshebrado.
Desde el punto de vista estructural, el cable suspendido es
el inverso del arco, tanto en forma como en fuerza interna.
La parábola del arco a compresión se jala para producir el cable a tensión.
El acero es el principal material para este sistema y el cable es la forma lógica.
ESTRUCTURAS DE SUPERFICIES
Son aquellas que consisten en superficies extensas, delgadas y que funcionan para
resolver solo fuerzas internas dentro de ellas. El muro que resiste la compresión,
que estabiliza el edificio al resistir el cortante dentro de un plano y al cubrir claros como
una viga, actúa como una estructura de superficie. La bóveda y la cúpula son ejemplos
de este tipo. Las estructuras de superficie más puras son las que están sometidos
a tensión. Las superficies a compresión deben de ser más rígidas que las que soportan
tensión, debido a la posibilidad de pandeo.

10. SISTEMAS ESPECIALES
•ESTRUCTURAS INFLADAS: Se utiliza inyección o presión e aire como recurso
estructural en una variedad de formas.
•ESTRUCTURAS LAMINARES: es un sistema para moldear superficies de arco o bóveda,
utilizando una red de nervaduras perpendiculares que aparecen como diagonales en planta.
•CÚPULAS GEODÉSICAS: ideada para formar superficies hemisféricas, se basa en
triangulación esférica.
•ESTRUCTURAS DE MÁSTIL: existen estructuras similares a los árboles, que tienen
piernas únicas para apoyo vertical y que soportan una serie de ramas. Requiere bases muy
estables, bien anclados contra el efecto del volteo provocado por fuerzas horizontales.

11. 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.
La configuración estructural puede ser considerada como el aspecto
más importante en todo el proyecto estructural. Ya que un sistema
estructural bien seleccionado tiende a ser realmente indulgente de los
descuidos del análisis, un mediocre detallado o un pobre proceso
constructivo. Estas conclusiones se deducen de la experiencia obtenida en
pasados eventos sísmicos, donde se muestra que los edificios bien
estructurados y detallados han tenido un comportamiento satisfactorio, aun sin
haber sido objeto de análisis y cálculos profundos.
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.

12. Desarrollo estructural
a)Etapa de estructuración
Es probable la etapa mas importante del diseño
estructural pues, la optimización del resultado final del
diseño depende de gran medida del acierto que se
haya obtenido en adoptar la estructura esqueletal
mas adecuada para una edificación específica.
En esta etapa de estructuración se seleccionan
los materiales que van a constituir la estructura, se
define el sistema estructural principal y el arreglo y
dimensiones preliminares de los elementos
estructurales mas comunes. El objetivo debe ser el de
adoptar la solución optima dentro de un conjunto de
posibles opciones de estructuración.

13. b)Estimación de las solicitaciones o acciones
En esta segunda etapa del proyecto, se identifican
las acciones que se consideran que van a incidir o que
tienen posibilidad de actuar sobre el sistema estructural
durante su vida útil. Entre estas acciones se encuentra,
por ejemplo, las acciones permanentes como la carga
muerta, acciones variables como la carga viva. Acciones
accidentales como el viento y el sismo. Cuando se sabe de
antemano que en el diseño se tienen que considerar las
acciones accidentales es posible seleccionar en base a la
experiencia la estructuración mas adecuada para absorber
dichas acciones.

14. c) Análisis estructural
Procedimiento que lleva la determinación de la respuesta
del sistema estructural ante la solicitación de las acciones
externas que puedan incidir sobre dicho sistema. La
respuesta de una estructura o de un elemento es su
comportamiento bajo una acción determinada; está en
función de sus propias características y puede expresarse
en función de deformaciones, agrietamiento, vibraciones,
esfuerzos, reacciones, etc.

15. Para obtener dicha respuesta requerimos considerar los siguientes
aspectos:
Idealización de la estructura.
Seleccionar un modelo teórico y analítico factible de ser analizado con
los procedimientos de calculo disponible. La selección del modelo
analítico de la estructura puede estar integrado de las siguientes partes:
I.- Modelo geométrico. Esquema que representa las principales
características geométricas de la estructura.
II.- Modelo de las condiciones de continuidad en las fronteras. Debe
establecerse como cada elemento esta conectado a sus adyacentes y
cuales son las condiciones de apoyo de la estructura.
III.- Modelo del comportamiento de los materiales. Debe suponerse una
relación acción - respuesta o esfuerzo - deformación del material que
compone la estructura.
IV.- Modelo de las acciones impuestas. Las acciones que afectan la
estructura para una condición dada de funcionamiento se representan
por fuerzas o deformaciones impuestas.

16. Determinar las acciones de diseño
En muchas situaciones las cargas y otras acciones que
introducen esfuerzos en la estructura están definidos por los
reglamentos de las construcciones y es obligación del
proyectista sujetarse a ellos.
Determinar la respuesta de las acciones de diseño en el modelo
elegido para la estructura.
Es necesario obtener los elementos mecánicos y los
desplazamientos en el sistema estructural.
Dimensionamiento
En esta etapa se define a detalle la estructura y se revisa si se
cumple con los requisitos de seguridad adoptados.

17. ESTRUCTURAS APORTICADAS EN
ACERO EN LAS TORRES PETRONAS
El sistema de tubo en tubo combina la
«fachada resistente», con un núcleo
rígido de concreto reforzado (ver
figura); los dos sistemas se unen
mediante un conjunto de vigas en
cada piso; la planta básica de cada
una de las Torres Patronas en Malasia,
tienen este sistema en concreto
reforzado de gran resistencia
conformado con diez y seis columnas
circulares de concreto reforzado de
alta resistencia ubicadas en el
polígono cerrado exterior que se
muestra en la figura , unidas al núcleo
central por donde se disponen los
ascensores y escaleras de las torres.

18. Los sistemas de tubo se basan en crear una estructura con columnas en la
fachada poco separadas que se unen con las vigas en cada piso. Los
elementos arquitectónicos de tipo vertical se vuelven estructurales,
creando un sistema que actúa como un tubo perforado o una caja rígida
que se proyecta en voladizo desde el suelo, bajo la acción de las fuerzas
horizontales. Este sistema es denominado también de fachada resistente.
Las columnas trabajarán básicamente a tensión o compresión,
suministrando la capacidad a volcamiento de la estructura, sin momentos
flectores. Las torres del comercio en Nueva York de 102 pisos, tenían este
sistema en acero estructural.
ESTRUCTURAS APORTICADAS EN ACERO
WORLD TRADE CENTER

19. ESTRUCTURAS APORTICADAS EN ACERO
TORRE JOHN HANCOCK CENTER EN
CHICAGO
En las estructuras de acero las
columnas se pueden colocar más
separadas que en los sistemas en tubo,
pero conectándolas con miembros
diagonales en la fachada, para hacer
que trabajen en conjunto (edificio
John Hancock Center, de 100 pisos, en
Chicago)

20. El sistema de los tubos en paquete
permite aprovechar las columnas
interiores, que en el caso de sistemas
de tubo con grandes áreas de piso
serían poco eficaces; se disponen las
columnas cercanas en módulos
tubulares para mejorar su
funcionamiento bajo fuerzas
horizontales como las de viento. El
edificio Sears de Chicago, con sus 110
piso es en la actualidad el edificio más
alto en las Américas con este sistema
Torre Sears en Chicago

21. La altura de la aguja ha sido polémica entre las
organizaciones que no tienen en cuenta la altura de
las antenas, agujas o elementos de decoración para
medir la altura de los rascacielos. Para ellos, la “Torre
de Taipei” no sería el edificio más alto de mundo en
la actualidad y tal vez lo sería el edificio Sears en
Chicago, cuyo último piso está a 443 m. Esta torre
destinada a oficinas, locales comerciales y
parqueaderos es construida en acero estructural, con
columnas tubulares de acero de 80 mm de espesor y
rellenas de concreto de alta resistencia (10.000 psi), y
tiene un dispositivo de amortiguación, con una esfera
de acero de 800 t de peso, en el piso 88, que le
permite controlar las oscilaciones normales del
edificio; el efecto causado por los grandes sismos que
afectan a la isla de Taiwan, no es atendido por este
sistema.
Torre de Taipei