Sistemas Estructurales en Venezuela

Profesor:

Ing. Héctor Márquez

Realizado por:

Giovanna Suniaga.

C.I. 20.875.030

Consideraciones para su implementación.El sistema estructural deriva su carácter único de cierto número de

consideraciones:

Funciones estructurales especificas (resistencia a la compresión, resistencia a latensión; 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.

Existen características para calificar los sistemas disponibles que satisfaganuna función especifica. Como por ejemplo:

Economía.

Necesidades estructurales especiales.

Problemas de diseño.

Problemas de construcción.

Material y limitación de escala.

Parte Primera

Características. Criterio de resistencia, consistente en comprobar

que las tensiones máximas no superen ciertastensiones admisibles para el material del queestá hecho el elemento.

Criterio de rigidez, consistente en que bajo laacción de las fuerzas aplicadas lasdeformaciones o desplazamientos máximoobtenidos no superan ciertos límites admisibles.

Criterios de estabilidad, consistente encomprobar que desviaciones de las fuerzasreales sobre las cargas previstas no ocasionanefectos autoamplificados que puedan producirpérdida de equilibrio mecánico o inestabilidadelástica.

Criterios de funcionalidad, que consiste en unconjunto de condiciones auxiliares relacionadascon los requisitos y solicitaciones que puedenaparecer durante la vida útil o uso del elementoestructural.

Parte Primera

Parte Primera

Clasificación.

Estructuras Macizas: Son aquellas enlas que la resistencia y la estabilidad selogran mediante la masa, aun cuandola estructura no se completamentesólida.

Estructuras Superficiales: Pueden teneralto rendimiento debido a su funcióndoble como estructura y envolvente,pueden ser muy estables y fuertes.

Estructuras Reticulares: Consiste en unared de elementos ensamblados.

Tipos de Estructuras. 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 quecubren el claro. Generalmente son elementos a compresión. Pueden sermonolíticos o entramados ensamblados de muchas piezas. Aunque no se utilizanpara transmisión de carga vertical se utilizan, a menudo, para dar estabilidadlateral.

▫ Elementos para cubrir claros: Funcionan como pisos y techos. Dentro de estos seencuentran una gran variedad de ensambles, desde simples tableros de madera yviguetas hasta unidades de concreto precolado o armaduras de acero.

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, essistema asume un carácter particular. Si todas las juntas son rígidas, es imposiblecargar algunos de los miembros transversalmente sin provocar la flexión de los demás.

Sistemas para cubrir claros planos: Consiste en producir el sistema en dos sentidosdel claro, en vez de uno solo. El máximo beneficio se deriva de una claro endos direcciones si los claros son iguales. Otro factor importante para incrementar elrendimiento es mejorar la característica de la flexión de los elementos que cubren elclaro.

Parte Primera

Tipos de Estructuras. Sistema de postes y vigas: El uso de troncos y árboles en

las culturas primitivas como elementos de construcciónfue el origen de este sistema básico, la cual es técnicaconstructiva importantes del repertorio estructural.

▫ Poste: Es un elemento que trabaja a compresión linealy esta sujeto a aplastamiento o pandeo, dependiendode su esbeltez relativa.

▫ Viga: Básicamente es un elemento lineal sujeto a unacarga transversal; debe generar resistencia interna alos esfuerzos cortantes y de flexión, y resistir deflexiónexcesiva. La estructura de vigas y postes requiere eluso de un sistema estructural secundario de relleno parproducir 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 lasvigas.

Ensanchamiento de los extremos del poste.

Viga continua.

Parte Primera

Tipos de Estructuras. Sistema de Armaduras: Una estructura de elementos lineales conectados mediante

juntas o nudos se puede estabilizar de manera independiente por medio de tirantes opaneles con relleno rígido. Para ser estables internamente o por si misma debe cumplircon las siguientes condiciones:

▫ Uso de juntas rígidas.

▫ Estabilizar una estructura lineal: Por medio de arreglos de los miembrosen patrones rectangulares coplanares o tetraedros espaciales, a este se le llamacelosía.

Cuando le elemento estructural producido es una unidad para claro plano ovoladizo en un plano, se llama armadura. Un elemento completo tiene otraclasificación: arco o torre de celosía.

Sistema de Arco, Bóveda y Cúpula: El concepto básico del arco es tener una estructurapara cubrir claros, mediante el uso de compresión interna solamente. El perfil del arcopuede ser derivado geométricamente de las condiciones de carga y soporte.

Para un arco de un solo claro que no esta fijo en la forma de resistencia amomento, con apoyos en el mismo nivel y con una carga uniformemente distribuidasobre todo el claro, la forma resultante es la de una curva de segundo grado oparábola. La forma básica es la curva convexa hacia abajo, si la carga es gravitacional.

Parte Primera

Tipos de Estructuras. Estructuras a tensión: La estructura de suspensión a

tensión fue utilizada ampliamente por algunassociedades primitivas, mediante el uso de líneas cuerdastejidas de fibras o bambú deshebrado. Desde el puntode vista estructural, el cable suspendido es el inverso delarco, tanto en forma como en fuerza interna. La paráboladel arco a compresión se jala para producir el cable atensión. El acero es el principal material para estesistema y el cable es la forma lógica.

Parte Primera

Estructuras de superficies: Son aquellas queconsisten en superficies extensas, delgadas y quefuncionan para resolver solo fuerzas internas dentrode ellas. El muro que resiste la compresión, queestabiliza el edificio al resistir el cortante dentro deun plano y al cubrir claros como una viga, actúacomo una estructura de superficie. La bóveda y lacúpula son ejemplos de este tipo. Las estructurasde superficie más puras son las que estánsometidos a tensión. Las superficies a compresióndeben de ser más rígidas que las que soportantensión, debido a la posibilidad de pandeo.

Tipos de Estructuras. Sistemas Especiales:

▫ Estructuras Infladas: Se utiliza inyección opresión e aire como recurso estructuralen una variedad de formas.

Parte Primera

▫ Estructuras Laminares: Es un sistema paramoldear superficies de arco o bóveda, utilizandouna red de nervaduras perpendiculares queaparecen como diagonales en planta.

▫ Cúpulas Geodésicas: Ideada para formarsuperficies hemisféricas, se basa entriangulación esférica.

▫ Estructuras de Mástil: Existen estructuras similares alos árboles, que tienen piernas únicas para apoyovertical y que soportan una serie de ramas.Requiere bases muy estables, bien anclados contrael efecto del volteo provocado por fuerzashorizontales.

Configuración Estructural.

Se conoce como configuración estructural a la distribución y localización que sele 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 deeste concepto a todos los elementos no estructurales, como la disposición de latabiquería, la geología del sector, clima, reglamentos de diseño urbano, como tambiénsu carga ocupacional.

La configuración estructural puede ser considerada como el aspecto másimportante en todo el proyecto estructural. Ya que un sistema estructural bienseleccionado tiende a ser realmente indulgente de los descuidos del análisis, unmediocre detallado o un pobre proceso constructivo. Estas conclusiones se deducende la experiencia obtenida en pasados eventos sísmicos, donde se muestra que losedificios 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 acomplementarse con un óptimo y razonable criterio en el diseño estructural, laestructura puede comportarse deficientemente ante un terremoto, a pesar de que sehayan realizado métodos de análisis complejos y muy detallados por parte del ingeniero.

Parte Primera

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 delacierto que se haya obtenido en adoptar la estructura esqueletal mas adecuada parauna edificación específica.

En esta etapa de estructuración se seleccionan los materiales que van a constituirla estructura, se define el sistema estructural principal y el arreglo y dimensionespreliminares de los elementos estructurales mas comunes.

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

c) Análisis estructural: Es el procedimiento que lleva la determinación de la respuesta delsistema estructural ante la solicitación de las acciones externas que puedan incidirsobre dicho sistema. La respuesta de una estructura o de un elemento es sucomportamiento bajo una acción determinada; está en función de sus propiascaracterísticas y puede expresarse en función de deformaciones, agrietamiento,vibraciones, esfuerzos, reacciones, etc.

Parte Primera

Armonía Estructural.La Armonía Estructural no es más

que el equilibrio de las proporcionesentre las distintas partes de unaedificación. Este equilibrio estáenmarcado en la relación entre laarquitectura y la ingeniería civil.

La armonía estructural que debereinar entre la arquitectura y la ingenieríacivil presenta dos vertientes muyrelacionadas con el desarrolloestructural:

1. El estudio descriptivo; que sonobservaciones basadas en la práctica.

2. El estudio prescriptivo; que no esmás que transformar estas prácticas ennormas de aplicación. En el caso deproyectos estructurales se reduce a lodescrito en las normas.

Parte Primera

Torres gemelas del Parque Central.

Parte Segunda: Estructura aporticada en Concreto Armado.

En la arquitectura contemporánea deVenezuela destaca el complejo urbanísticoParque Central, en Caracas, formado porun conjunto de edificios en el quedestacan dos torres gemelas, queostentaron hasta 2003 el honroso título deser los rascacielos más altos de AméricaLatina.

La estructura está formada por 40columnas exteriores de hormigón armado,divididas por macrolosas estructurales de3,40 metros de espesor cada una.

Cada torre tiene un peso estimado deunas 250.000 toneladas y cada plantatiene una superficie de 1.400 metros.

Las obras comenzaron en 1978 yterminaron en 1983. Fueron construidas almismo tiempo y la diferencia final entreambas fue de apenas tres meses.

Parque Cristal.

Parte Segunda: Estructura aporticada en Concreto Armado.

Es un edificio minimalista cuyo conceptode torre esta basado en un cuboperforado, que se apoya en variasmezaninas que cierran al norte con unvolumen curvo. Para su momento deconstrucción, fue un edificio de vanguardia,diseñado por el reconocido ArquitectoJimmy Alcock en 1977.

Sus fachadas acristaladas reflejan al sur,el Parque del Este, las nubes y la ciudad, alnorte el Ávila y la Urbanización Los PalosGrandes. Las fachadas este y oeste seencuentran protegidas con aleros solares.

Tiene en sus mezaninas públicas unespacio verde central, a nivel del área decomida. El uso principal de este edificio esde comercios, Bancos, oficinas yservicios médicos, se encuentra en unazona privilegiada de la ciudad, con entradadirecta al metro.

Torres Petronas.

Parte Segunda: Estructura aporticada en Concreto Armado.

Las Torres Petronas, situadas en KualaLumpur, capital de Malasia, fueron losedificios más altos del mundo entre 1998 y2003.

La estructura central se basa en unnúcleo cuadrado, 23x23m, básicamente dehormigón armado unido a un anilloperimetral con 16 columnas también dehormigón. El sistema de piso compuestode acero estructural convencional tienenvigas de acero laminado de 457 mm deperalte, espaciadas aproximadamente a2.8 m en el centro. Las torres descansansobre una losa de hormigón compartida,que a su vez está situada sobre un“bosque” subterráneo de pilares dehormigón y acero. En el desarrollo enaltura, las dos torres se van estrechando yescalonando hasta ser coronadas por unpináculo cónico, de 73,5 m de altura.

Central Plaza.

Parte Segunda: Estructura aporticada en Concreto Armado.

Central Plaza es un rascacielos de 78plantas y 374 m de altura completado en 1992en el 18 de Harbour Road, en Wan Chai, Isla deHong Kong en Hong Kong, China. Es el tercerrascacielos más alto de la ciudad. Fue eledificio más alto de Asia desde 1992 hasta1996.

El edificio tiene una planta triangular. En laparte superior de la torre hay un reloj de neón ytambién tiene la iglesia más alta del mundodentro de un rascacielos, Sky City Church.

En el proyecto se usaron columnas a 4,6 mde distancia entre centros y vigas de 1,1 m deprofundidad para sustituir las grandescolumnas de acero de las esquinas. Enconstrucción se utilizó el encofradoautotrepante y mesas de encofrado. Debido ala eficiencia en la construcción, la estructurade hormigón armado no tardó más enconstruirse que lo que se hubiera tardado la deacero, y por un costo mucho menor.

Shanghai World Financial Center.

Parte Segunda: Estructura aporticada en Concreto Armado.

La Torre de Shanghái es unrascacielos ubicado en el distritode Pudong en Shanghái. El edificio se eleva632 metros, con 128 pisos y una superficiede 420 000 m². Es actualmente el edificiomás alto de China y el segundo rascacielosmás alto del mundo.

El edificio tiene una estructura mixta dehormigón armado y acero, que han tenidouna apariencia espectacular durante suejecución. Pasa de una planta cuadrada auna planta rectangular, girando en altura. Elresultado es una forma muy elegante,esbelta y que da sensación de ligereza ydinamismo. Está envuelto en un murocortina de vidrio laminado que le da unaspecto plateado desde el exterior pero quedesde el interior es altamente trasparente.

Taipei 101.

Parte Segunda: Estructura aporticada en Concreto Armado.

Taipei 101, es un rascacielos de 106 plantascon una altura total de 508 metros localizadoen el Distrito Xinyi de Taipéi, en Taiwán.

La torre Taipei 101, construida sobre unterreno de 30.277 m², cuenta con unaestructura dividida en 8 segmentos de 8 pisos(el número de la suerte chino) desde el podio,compuesta por un total de 5 pisossubterráneos y 101 por encima del nivel delsuelo. Toda la estructura se asemeja a unbambú que crece en altura, simbolizando elprogreso ascendente y la fortaleza eterna de lacultura china.

La torre ha sido erigida en 380 pilotes dehormigón hundidos cada 80 metros bajo tierra.Un total de 36 columnas, incluyendo ochomega-columnas alrededor del perímetro,proporcionan el soporte vertical. La utilizacióndel Moment Frame System une las columnas entodas las plantas reforzando el total de laestructura.

Burj Khalifa.

Parte Segunda: Estructura aporticada en Concreto Armado.

El Burj Khalifa es un rascacielos ubicadoen Dubái (Emiratos Árabes Unidos). Con828 metros de altura, es la estructura más altade la que se tiene registro en la historia.

La cimentación de este edificio es la másgrande jamás construida. Se compone por uninnovador concepto basado en estudiosgeotécnicos y sísmicos: el edificio essoportado en primera instancia por una placainmensa de hormigón armado de casi 4 m degrosor, sumando 12 500 m³. Esta placa a suvez es soportada por un sistema compuestopor 192 pilotes de 1,5 m de diámetro en subase por 43 m de profundidad.

La estructura del edificio está compuestapor hormigón armado hasta la planta 156 (586m de altura). Desde el piso 156, las plantasestán hechas de acero, lo que las hace másligeras.