SISTEMA ESTRUCTURAL A BASE DE PLACAS

SISTEMA ESTRUCTURAL A BASE DE PLACAS

Mediante arreglos verticales (muros) y horizontales (losas) se pueden formar sistemas de diversas características, los que en general se pueden denominar tipo cajón. La sobreposición de placas simplemente apoyadas en una sola dirección y muros, integra un sistema equivalente al poste y el dintel y que tiene limitaciones semejantes. La falta de continuidad en los apoyos lo hace muy vulne-

rable ante acciones accidentales que pueden introducir tensiones verticales o esfuerzos cortantes en la conexión. La principal limitación es la escasa resistencia a cargas laterales que deben ser resistidas por flexión normal al plano de los muros: por los espesores normalmente delgados de los muros, estos resultan débiles a flexión. El sistema fue muy empleado en edificios de varios pisos a base de muros de carga de mampostería en zonas no sísmicas, pero se tenía que recurrir a espesores cada vez más exagerados a medida que crecía el número de pisos.

Si se obtiene la continuidad en las conexiones muro-losa, se logra una acción de marco con la  cual se reducen los momentos y las deflexiones de la losa, pero se introducen flexiones en los muros ante cargas verticales. Esta solución es posible en materiales que presentan resistencia a tensión, como el concreto reforzado o el acero. Ante cargas laterales, la acción de marco proporciona cierta rigidez y resistencia; sin embargo, el sistema resulta en general poco eficiente debido a que los momentos de inercia de los elementos placa son pequeños por su espesor reducido.

El arreglo ideal para elementos placa es un sistema tipo cajón tridimensional. La losa se apoya en su perímetro con lo que su rigidez y resistencia ante cargas verticales aumentan notablemente. La ventaja más importante es que, existen elementos verticales en dos direcciones ortogonales, las  fuerzas laterales en una dirección cualquiera son resistidas por los muros mediante de las fuerzas en su plano, para lo cual poseen gran rigidez y resistencia. Para el funcionamiento en cajón se requiere que la losa forme un diafragma horizontal que tenga alta rigidez para cargas en su plano, de manera que las cargas laterales se puedan transmitir a los muros más rígidos en cada dirección. Las conexiones losa-muro deben ser capaces de resistir fuerzas cortantes y también tensiones en estructuras de altura notable, por los momentos de volteo producidos por las cargas laterales.

Las cargas verticales se transmiten a la cimentación esencialmente por fuerzas axiales en los muros, los momentos flexionantes transmitidos por las losas son en general pequeños por ser estas de claros reducidos y con apoyo en dos direcciones. Las cargas laterales se resisten como se ha dicho  por flexión de los muros en su plano. Si la relación altura a longitud de los muros es pequeña predominan las deformaciones de cortante en el comportamiento de los muros, de lo contrario las deformaciones son debidas principalmente a flexión de los muros, que funcionan como voladizos verticales. El sistema tipo cajón es claramente tridimensional y con frecuencia no se presta a ser dividido en subsistemas bidimensionales, especialmente cuando los muros no son placas rectangulares separadas, sino que tienen geometrías irregulares formando aveces secciones de tipo tubular.

Este tipo de estructuración es el común en los edificios a base de muros de carga alineados en dos direcciones ortogonales. Se emplean muros de mampostería y losa de concreto o muros y losa de concreto, esto último principalmente con elementos prefabricados, para los cuales es particularmente crítico el diseño de las conexiones. En edificaciones de pocos pisos el sistema tipo cajón se integra también con tableros de madera.

PRINCIPALES SISTEMAS ESTRUCTURALES

PRINCIPALES SISTEMAS ESTRUCTURALES

Atendiendo al material de construcción, pueden ser:

Estructuras de aceroEstructuras de hormigón armadoEstructuras de madera

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.





Estructura de acero.

Son elementos prefabricados que se preparan en un taller y se llevan a la obra listas para ser colocadas. 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 conpernos 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.

Estructuras de hormigón armado

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.





Enconfrado de madera para la fundición de estructuras de hormigón.

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

LigerezaEconomíaFacilidad de elaboración

Desventajas

CombustibilidadMantenimiento

ELEMENTOS ESTRUCTURALES PLANOS

ELEMENTOS ESTRUCTURALES PLANOS

Un grupo importante de elementos estructurales básicos se caracteriza por tener una dimensión muy pequeña con respecto a las otras dos y una superficie media plana. Estos elementos se identifican con el nombre genérico de placas, aunque adquieren nombres más específicos según la función estructural principal que desempeñan. Las placas sujetas a cargas normales a su plano y apoyadas en sus bordes o en algunos puntos son típicas de los sistemas de piso y techo, aunque cumplen un gran número de otras funciones en diferentes estructuras. Cuando son de concreto, o de piedra o de construcción compuesta con estos materiales, se denominan losas. Una placa apoyada solamente en dos de sus bordes en una misma dirección, funciona esencialmente como una viga ancha, ya que transmite la carga a los apoyos por medio de flexión es una dirección. Cuando la carga es uniforme es válido considerar una franja de losa de ancho unitario y diseñarla como viga. En realidad el comportamiento es ligeramente distinto debido a las restricciones que existen a las deformaciones que se originan en dirección transversal por efecto de Poisson. La placa sobre apoyos regidos en todo su perímetro se flexiona con doble curvatura y su comportamiento puede visualmente considerando que una fracción de la carga se transmite por flexión en una dirección y el resto por flexión en la otra. De esta forma la eficiencia es muy superior a la de la placa que trabaja en una sola dirección. La porción de la carga que transmite en cada dirección depende de la relación de claros. En las placas muy alargadas domina la flexión en la corta dirección, así que estas se analizan como apoyadas en una sola dirección. La placa sobre apoyos flexibles se flexiona también en dos direcciones, pero la parte de la carga que es transmitida por flexión de la losa en dirección X debe ser transmitida por flexión en la dirección y por las vigas de apoyo. De la misma forma, la fracción de la carga que es resistida por la losa por flexión en dirección Y es recibida por las vigas de apoyo y debe ser por estas transmitida a las columnas por flexión en dirección X.  Por consiguiente el total de la carga debe ser resistido por flexión tanto en dirección X como en Y, sea por la losa misma o por los elementos de apoyo, por lo cual conviene considerar la losa y sus elementos de apoyo como un solo sistema que debe ser capaz de resistir la flexión generada en ambas direcciones por la totalidad de la carga. En la placa apoyada sobre columnas, el total de la carga produce flexión en dirección X Y en dirección Y. En este caso las franjas de la losa que se encuentran sobre columnas pueden visualmente como vigas que toman la mayor parte de la flexión. De lo que se aprecia que el funcionamiento es similar al del caso anterior. La flexión es la fuerza interna dominante en las placas con cargas normales a su plano. La fuerza cortante a veces llega a regir el diseño. Para la distribución de los momentos flexionantes y de las reacciones en los apoyos existen soluciones analíticas cerradas para un gran número de condiciones de carga y de apoyo, así como de formas de la losa bajo la hipótesis de comportamiento elástico-lineal. Para condiciones irregulares de forma, de carga o de apoyo, no es posible resolver la ecuación diferencial de la placa y es necesario recurrir a métodos numéricos, de elementos finitos por ejemplo, o procedimientos aproximados. Una placa es un elemento altamente hiperestático. Para los materiales usuales que forman estos elementos (acero o concreto reforzado con bajas cuantías de refuerzo), se tiene un comportamiento muy dúctil que permite grandes redistribuciones de momentos. La distribución de momentos obtenida de la teoría elástica se altera sustancialmente en cuanto se produce agrietamiento en el concreto y más aún cuando se alcanza el momento de fluencia en las secciones críticas.

ELEMENTOS ESTRUCTURALES BASICOS

ELEMENTOS FUNDAMENTALES DE LAS ESTRUCTURAS.

    Llegados a este punto del tema, ya debes saber más o menos las partes fundamentales de una estructura, en el capítulo dos veíamos algunas de ellas, hagamos un recordatorio ahora.

Pilares y columnas: es una barra apoyada verticalmente, cuya función es la de soportar cargas o el peso de otras partes de la estructura. Los principales esfuerzos que soporta son de compresión y pandeo. También se le denomina poste, columna, etc. Los materiales de los que está construido son muy diversos, desde la madera al hormigón armado, pasando por el acero, ladrillos, mármol, etc. Suelen ser de forma geométrica regular (cuadrada o rectangular) y las columnas suelen ser de sección circular.

Vigas y viguetas:  es una pieza o barra horizontal, con una determinada forma en función del esfuerzo que soporta. Forma parte de los forjados de las construcciones. Están sometidas a esfuerzos de flexión.



Forjado: es la estructura horizontal (o con una pequeña inclinación), formada por el conjunto vigas, viguetas, bovedillas, hormigón y solería, que nos sirve de techo (si hay una planta superior), y de suelo.

Cimientos: es el elemento encargado de soportar y repartir en la tierra todo el paso de la estructura, impidiendo que ésta sufra movimientos importantes. Normalmente soporta esfuerzos de compresión. los materiales de los que se compone son hormigón armado, hierro, acero, etc.





Las cimentaciones a su vez son de muchos tipos (planas, profundas, con pilotes...) y tienen muchas partes diferentes (zapatas, pozos, pilotes, bancadas,...), que por ahora no vamos a entrar en ellas.

Tirantes: es un elemento constructivo que está sometido principalmente a esfuerzos  de tracción. Otras denominaciones que recibe según las aplicaciones son: riostra, cable, tornapunta y tensor. Algunos materiales que se usan para fabricarlos son cuerdas, cables de acero, cadenas, listones de madera...

ARCOS. es un elemento que se emplea mucho en las estructuras para dar solides ...distancia

ELEMENTOS DE SUPERFICIE CURVA

elementos de superficie curva


 EN incisos anteriores se vio como puede aprovecharse la forma de un elemento lineal para transferir cargas transversales a los apoyos de la manera más eficiente. Este toma la forma de un cable para equilibrar las cargas exteriores mediante tensión axial o de un arco para hacerlo por medio de compresión. De manera semejante un elemento placa puede tomar la curvatura más adecuada para transmitir cargas por medio de esfuerzos axiales. La membrana es un elemento superficial de espesor pequeño que colgándose de sus apoyos, toma la forma que le permite eliminar la flexión y transformar en tensión las cargas transversales aplicadas. Es el equivalente en el espacio del cable colgante que adquiere bajo una condición de carga dada se denomina, en forma semejante a lo que se hacía para el cable, superficie funicular. Sus características de funcionamiento estructural son también similares a las del cable; gran eficiencia estructural con mínimo peso propio de la estructura; rigidez transversal despreciable que lleva a la necesidad de cambiar de forma para soportar cada estado de fuerzas diferente; transmisión de elevadas fuerzas de anclaje concentradas en algunos puntos y con dirección inclinada que exigen una estructura de soporte que puede resultar particularmente costosa. La rigidez de una membrana se incrementa notablemente si se aplican tensiones en sus extremos para que quede reesforzada antes de la carga. De esta manera la membrana sufre sólo pequeños cambios de forma al pasar de un estado de carga a otro. Una forma muy conveniente de lograr buena rigidez es una membrana es asociando una doble curvatura con preesfuerzo. El material ideal para membrana es el acero, por su alta resistencia en tensión; este se utiliza ya sea en superficies continuas, como en el caso de paredes de recipientes a tensión, o en redes de cables, como en las cubiertas colgantes. Las lonas de fibras naturales o artificiales han sido también empleadas en cubiertas colgantes y resultan muy eficientes. La acción de membrana se desarrolla también como un mecanismo secundario para resistir fuerzas en elementos planos de espesor no despreciable que transmiten las cargas por flexión. Si estos llegan a tener flechas muy elevadas en relación a su espesor, comienzan a resistir las cargas por efecto de membrana al colgarse de sus apoyos. El cascarón es un elemento de superficie curva que resiste cargas esencialmente por esfuerzos de compresión. El cascarón es la membrana como el arco es el cobre: para que esté sujeto a compresión pura su forma debe ser el inverso del funicular de cargas. Esto es que deben considerarse en el diseño. Por lo cual, la transmisión de cargas implica casi siempre la aparición de tensiones, de cortantes y ocasionalmente de flexiones cuya magnitud debe tratarse de mantener mínima por medio de la adopción de la forma más eficiente y, especialmente, con el aprovechamiento de la doble curvatura. Por otra parte, debido a los pequeños espesores que se logran en los cascarones por la gran eficiencia estructural de su forma, la resistencia puede estar regida por pandeo local de la superficie. También, por la misma razón, la resistencia del cascarón ante flexiones es reducida, por lo que su capacidad para soportar cargas concentradas es pequeña, excepto en zonas donde las curvaturas sean muy grandes. Otro aspecto que debe tomarse en cuenta son las concentraciones de esfuerzos que suelen presentarse en los apoyos y en los bordes, las que requieren frecuentemente de engrosamientos locales o de elementos de rigidización

SISTEMAS ESTRUCTURAL DE PISO

SISTEMAS ESTRUCTURAL DE PISO

En la mayoría de las construcciones, y principalmente en los edificios, pueden identificarse dos subsistemas estructurales acerca de los cuales pueden tomarse algunas decisiones independientes, relativas a la solución más conveniente, antes de proceder al análisis de la estructura completa.

TIPOS DE ESTRUCTURAS ARQUITECTONICAS

TIPOS DE ESTRUCTURAS ARQUITECTONICA



las estructuras arquitectónicas pueden dividirse por tipos según su: forma, función y  diseño.
Los tipos de estructuras arquitectónicas que se ordenan por forma, donde encontramosestructuras esféricas o redondas, estructuras tridimensionales, estructuras pirámidales,estructuras arquitectónicas abiertas (como estadios de fútbol o puentes) estructuras elevadas (rascacielos).

Por otro lado en cuanto a la función encontrarmos estructuras de tránsito permanentecomo carreteras, autovías, calles y puentes, estructuras habitables como casas y edificios y estructuras públicas que son edificios públicos o templos que requieren otras características con respecto a las estructuras de tránisito o habitables, como puede ser un Parlamento.
En cuanto al diseño encontramos estructuras diferenciadas por tipo o estilo de diseño; vanguardista, barroco, clásico, griego, futurista, moderno, tardomoderno, entre otros.

ESTRUCTURAS ARQUITECTONICAS

ESTRUCTURAS ARQUITECTONICAS

 en el mundo, todas las cosas que nos rodean no son iguales, podrán ser parecidas pero hay detalles que marcan la diferencia entre una obra y otra. El concepto es el modo de sobresalir entre el resto de las obras, y convertirse en única y diferente.

Al hablar de concepto, se habla de la síntesis y transición de una idea pura y el desarrollo de la misma para lograr su materialización, por medio de los materiales y sistemas constructivos adecuados, que en ocasiones resulta complicado decidir. Podemos decir que todo concepto contiene contenido y por tanto la forma implícita de la obra; debido a que la forma de una obra siempre está ligada y coexiste a partir de un contenido, si careciera de significado se convertiría en una entidad abstracta, razón por la que se requiere de un concepto.

Sin lugar a duda, el concepto arquitectónico es indispensable en cualquier proyecto diseñado por un arquitecto , ya que es la esencia del diseño. El diseñar en ocasiones se vuelve una tarea difícil de determinar, ya que se debe tener una buena visión para saber cómo quedará finalmente proyectada esa idea y como se deben de planear los espacios, para el buen funcionamiento logrando proyectar la estética plástica querida.

En sí el diseño arquitectónico, no se puede proyectar sin pensar en la estructura que lo sostendrá o le dará forma a la obra. Las relaciones concepto-forma y diseño-estructura dan como resultante una importante relación, concepto-estructura. Es imposible diseñar la forma sin diseñar la estructura.

Ya sea proyectando una metáfora, o fundamentada en el historicismo o simplemente el imitar las formas de la naturaleza y el cuerpo humano, como lo hace el arquitecto Santiago Calatrava en algunas de sus obras y estructuras, utilizando las proyecciones con relación a la geometría en sus diferentes momentos y con la co-relación de las secciones del cuerpo humano, la naturaleza, el esqueleto animal, el horizonte, la verticalidad, la simetría y  el equilibrio, que dan respuesta a arquitectura de momentos y movimientos. Esta conceptualización estructural se puede ver en obras como,  L´Hemisfèric en la Ciudad de las Artes y de las Ciencias en Valencia, España, donde utiliza el espejo de agua para reflejar la estructura de la obra y asimilar un ojo humano, o en el Turning Torso en Malmö, Suecia, donde utiliza el movimiento de la estructura de cubos geométricos para asimilar el torso humano girando.

    



Al hablar de conceptualismo estructural, no podemos dejar de mencionar al arquitecto modernista alemán Mies Van der Rohe, quien al igual que Calatrava, basa el diseño de sus obras arquitectónicas en la estructuración de la misma, utilizando la estructura como elemento principal en el lenguaje arquitectónico, dejándola siempre visible.

La arquitectura funcionalista y minimalista de Mies se ha convertido en modelo para los arquitectos del siglo. Su influencia se podría resumir en una frase que él mismo dictó, y que se a convertido en el paradigma ideológico de la arquitectura del movimiento moderno, “menos es mas”

Sus obras cumplen con la característica principal de “doble-función” de la que habla Robert Venturi, quien expresa que una obra arquitectónica puede desempeñar un doble papel, es decir, ser un espacio arquitectónico multifuncional, considerado como todo espacio flexible diseñado, el cual pueda ser utilizado para diferentes funciones.

El sello característico de la obra de Mies radica en una sencillez esencialista, la sinceridad expresiva de sus elementos estructurales, la ausencia total de elementos ornamentales, el manejo de las proporciones y la elegancia de la utilización de los materiales. Visible a lo largo del tiempo en sus proyectos de la Galería Nacional en Berlín, el edificio Crown Hall en Chicago, La Casa Farnsworth en Illinois, y muchos más….

El Restaurante Cantor Drive-In diseñado en 1946-1948 en Indianápolis, Estados Unidos,  es un ejemplo de la composición de muchas de sus obras. El edificio de cuerpo geométrico rectangular, utiliza una estructura de pequeños pilares metálicos enlazados por una armadura que carga la losa, liberando el área de la planta, delimitado el espacio por grandes cristaleras que van de piso a la losa, ocupando toda la altura, y el manejo de las proporciones en todos los elementos compositivos de dicha obra, al igual que en los materiales utilizados, rematados con gran precisión en los detalles.
PLANTA.

CORTES

RENDERS



En fin, toda obra arquitectónica requiere de un concepto para su diseño y éste debe ser pensado simultáneamente con la estructura, sin estructura no hay forma, sin forma no hay estructura, ya que es el esqueleto de la obra propia, y dependerá de ésta el soporte de cargas y las dimensiones de los espacios.