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Sistemas estructurales en venezuela

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Sistemas estructurales en venezuela

  1. 1. Puente General Rafael Urdaneta Estado Zulia
  2. 2. República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación. Instituto Universitario Politécnico «Santiago Mariño» Barinas estado Barinas Alumna: Ana Tablante 23.039.141 Profesora: Zhedily Guedez Proyecto de Estructuras Sección Z1 Escuela 41Barinas, agosto del 2015
  3. 3. Marshall y Nelson, 1995 definen como estructuras a los cuerpos capaces de resistir cargas sin que exista una deformación excesiva de una de las partes con respecto a otra. Por ello la función de una estructura consiste en trasmitir las fuerzas de un punto a otro en el espacio, resistiendo su aplicación sin perder la estabilidad. Las Estructuras soportan cargas externas que deben ser resistidas sin que se observen cambios apreciables en su forma o geometría, para tal fin las estructuras generan cargas internas de equilibrio. Estas cargas internas son aquellas que actúan dentro de un elemento estructural y son necesarias para mantener unido a las partículas o moléculas del elemento estructural cuando la estructura global se encuentra sometida a cargas externas. Su determinación es la esencia del análisis estructural. Para obtenerlas se hace uso del método de las secciones cuando la estructura es isostática, basada en un principio estructural fundamental. Cuando la estructura es hiperestática, esas cargas internas se calculan usando los métodos de análisis estructural. Estructuras Isostáticas: Son aquellos sistemas estables y para calcularlos se recurren a las ecuaciones de equilibrio estático. Matemáticamente una estructura es isostática cuando el número de incógnitas es igual al número de ecuaciones, por tanto el valor obtenido en la ecuación de grado de indeterminación es igual a cero. Estructuras Hiperestáticas: Son aquellos sistemas estables, para calcularlos se recurren a diversos métodos motivado a que la estructura es estáticamente indeterminada. Matemáticamente una estructura es hiperestática cuando el número de incógnitas es mayor que el número de ecuaciones, por tanto el valor obtenido en la ecuación de grado de hiperestaticidad es mayor que cero. SISTEMAS ESTRUCTURALES
  4. 4. CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES -Funciones estructurales específicas como: resistencia a la compresión o tensión, para cubrir claros horizontales, verticales, etc. -Forma geométrica u orientación. -Materiales de los Elementos. -Forma de unión de los elementos. -Forma de apoyo de la estructura. -Cargas o fuerzas que soporta la estructura. -Condiciones de uso, función, forma y escala. -Limitaciones de Forma y escala.
  5. 5. VENTAJAS DE ESTRUCTURAS HIPERESTÁTICAS SOBRE ESTRUCTURAS ISOSTÁTICAS. - Mayor Rigidez: Son más rígidas aquellas estructuras en las que el hiperestatismo introduce un mayor número de condiciones de compatibilidad. Así, una viga biempotrada bajo carga lateral uniforme exhibe flechas mucho menores que una carga biapoyada de la misma luz y con la misma carga. La condición de giro nulo en los apoyos resulta en una rigidez a flexión superior. - Ahorro de Material: Un número más elevado de condiciones de continuidad y equilibrio en los nudos suele conducir a una mejor distribución de las cargas y a leyes de esfuerzos con valores máximos menores. Así, una viga biempotrada bajo carga lateral uniforme soporta flectores (positivos y negativos) menores que los que aparecen (siempre positivos) en una viga biapoyada de la misma luz y con la misma carga. - Mayor seguridad: El hecho de ser hiperestática le proporciona a la estructura una reserva de resistencia y una relativa capacidad de redistribución de esfuerzos en situaciones excepcionales. Así, si una viga biempotrada bajo carga lateral uniforme sufre un grado de fisuración que llega a partirla en dos partes, cada una de estas es isostática y mantiene su capacidad de soportar cargas.
  6. 6. DESVENTAJAS DE ESTRUCTURAS HIPERESTÁTICAS SOBRE LAS ISOSTÁTICAS • Sensibilidad ante desplazamientos de vínculos (Ataduras), por lo que pueden acarrear problemas severos cuando las condiciones de cimentación de la estructura son impropias, o se presentan asentamientos del terreno. • Las variaciones de temperatura, fabricación deficiente o desajustes de colocación, generan deformaciones inducidas de importancia. • Usualmente se requiere secciones reforzadas por cambios de signo de momentos flectores, en las cercanías a un nudo rígido. • Puede resultar muy elaborada la resolución del hiperestático dependiendo de la cantidad de incógnitas hiperestáticas que se presenten. Este último aspecto es lo suficientemente subjetivo como para ser eliminado teniendo en cuenta las herramientas informáticas contemporáneas, los métodos de cálculo modernos (matriciales) y el poder de simplificación de quien calcula.
  7. 7. TIPOS DE CARGAS TRACCIÓN FLEXIÓN CORTE TORSIÓN COMPRESIÓN
  8. 8. TIPOS DE SISTEMAS ESTRUCTURALES Sistema de Forma Activa: Estructuras que trabajan a tracción o compresión simples, son portantes de un material no rígido y flexible, en los que la transmisión de las cargas es a través de la forma ejemplo los cables y arcos. Sistemas de Vector Activo: Estructuras en estados simultáneos de esfuerzos de tracción y compresión, son portantes de elementos lineales (barras), donde la transmisión de las fuerzas se realiza por descomposición vectorial por ejemplo las cerchas planas y espaciales.
  9. 9. Sistemas de Masa Activa: Estructuras que trabajan a flexión, compuestos de uno o varios elementos lineales rectos y fijos en su longitud constituyen medios geométricos para definir planos y establecer relaciones tridimensionales mediante su posición en el espacio; estos componentes pueden realizar funciones estructurales. Con resistencia a compresión y a tracción por ejemplo los pilares y pórticos. Sistemas de Superficie Activa: Estructuras en estado de tensión superficial son continuidad constructiva y pueden combinarse para formar mecanismos que transmitan fuerzas, por ejemplo placas, membranas y cáscaras. El uso de pliegues o curvaturas permiten conciliar la lucha entre una eficacia vertical para la resistencia frente a fuerzas gravitacionales.
  10. 10. SISTEMAS DE FORMA ACTIVA CABLES Los cables son estructuras flexibles debido a la pequeña sección transversal en relación con la longitud. Esta flexibilidad indica una limitada resistencia a la flexión, por lo que la carga se transforma en tracción y también hace que el cable cambie su forma según la carga que se aplique. Las formas que pueden adoptar el cable son: 1.- Polígono Funicular, es la forma que adopta el cable ante fuerzas puntuales 2.- Parábola, es la curva que adquiere el cable ante una carga horizontal uniformemente repartida. 3.- Catenaria, es la figura que forma el cable ante el peso propio del mismo. Con este tipo de sistema estructural se han construido puentes que en la actualidad el más largo es el Akashi-Kaikio en Japón y tiene una luz de 1900m (Avalos, 1998; Salvadori, 1998).
  11. 11. ARCOS Si se invierte la forma parabólica que toma un cable, sobre el cual actúan cargas uniformemente distribuidas según una horizontal, se obtiene la forma ideal de un arco que sometido a ese tipo de carga desarrolla sólo fuerzas de compresión. El arco es en esencia una estructura de compresión utilizado para cubrir grandes luces. En gran diversidad de formas, el arco se utiliza también para cubrir luces pequeñas, y puede considerarse como uno de los elementos estructurales básicos en todo tipo de arquitectura. La forma ideal de un arco capaz de resistir cargas determinadas por un estado de compresión simple, puede hallarse siempre con la forma del polígono funicular correspondiente invertido. Por medio de este método, determinó el arquitecto español Gaudí, la forma de los arcos para la iglesia la Sagrada Familia, en Barcelona. Los arcos generan fuerzas horizontales que se deben absorber en los apoyos mediante contrafuertes o tensores enterrados. Cuando el material de los cimientos no es apropiado el empuje del arco hacia afuera se absorbe mediante un tensor.
  12. 12. SISTEMAS DE VECTOR ACTIVO CERCHAS Considérese ahora la estructura obtenida volcando el cable hacia arriba y reforzando sus tramos rectos con el fin de conferirles resistencia a la compresión. La «flecha negativa» o elevación modifica la dirección de todas las tensiones y el cable invertido se convierte entonces en una estructura de compresión pura. Las barras comprimidas transmiten a los soportes la carga aplicada a la parte superior de la armadura, sobre los apoyos actúan fuerzas verticales iguales a la mitad de la carga y los empujes dirigidos hacia afuera. El empuje puede absorberse por medio de contrafuertes de material resistente a la compresión como la mampostería, o un elemento de tracción tal como un tensor de acero. Estas armaduras elementales de madera con tensores de hierro, se construyeron en la Edad Media para sostener los techos de pequeñas casas e iglesias. Las barras de una armadura no van más allá de los puntos de unión. Esta se realiza por medio de remaches, pernos o soldadura a una “cartela” dispuesta en la intersección de las barras.
  13. 13. SISTEMAS DE MASA ACTIVA VIGAS Las vigas figuran entre los elementos estructurales más comunes, dado que la mayor parte de las cargas son verticales y la mayoría de la superficies utilizables son horizontales. Por consiguiente las vigas transmiten en dirección horizontal las cargas verticales, lo que implica una acción de flexión y corte. Los arcos funiculares ocupan un extremo de la escala de tensiones, con ausencia de flexión; las vigas ocupan el extremo opuesto, trabajando sólo a la flexión. En las vigas simplemente apoyadas, una carga aplicada en el punto medio se transmite por mitades a ambos apoyos. En las vigas de volado esta se transmite al extremo apoyado. Las máximas luces que se pueden conseguir en vigas varían según el material y la forma de la sección transversal. Viga Simplemente apoyada. Viga en volado.
  14. 14. DINTELES Y PILARES El sistema de pilar y dintel pueden construirse uno sobre otro para levantar edificios de muchos pisos. En este caso, los dinteles se apoyan en pilares o en paredes de altura igual a la del edificio. Si bien la construcción de este tipo puede resistir cargas verticales, no ocurre lo mismo con las horizontales, así los vientos huracanados y terremotos dañan con facilidad este sistema, pues la mampostería y los elementos de piedra poseen escasa resistencia a la flexión y no se establece una conexión fuerte entre los dinteles y pilares. Pilar y dintel.PÓRTICOS La acción del sistema de pilar y dintel se modifica en grado sustancial si se desarrolla una unión rígida entre el dintel y el pilar llamándose ahora viga y columna. Esta nueva estructura, denominada el pórtico rígido simple o de una nave, se comporta de manera monolítica y es más resistente tanto a las cargas verticales como a las horizontales. A medida que aumentan el ancho y la altura del edificio, resulta práctico aumentar el número de naves, reduciendo así la luz de las vigas y absorbiendo las cargas horizontales de manera más económica. La estructura resistente del edificio se convierte de este modo en un pórtico con una serie de mallas rectangulares que permiten la libre circulación en el interior, y es capaz de resistir tanto cargas horizontales como verticales Pórtico Tridimensional.
  15. 15. SISTEMAS DE SUPERFICIE ACTIVA PLACAS Los sistemas de entramado son particularmente eficientes para transferir cargas concentradas y para lograr que toda la estructura participe en la acción portante. Esta eficiencia se refleja no sólo en la mejor distribución de las cargas sobre los apoyos, sino en la menor relación espesor a luz de los entramados rectangulares. La relación espesor a luz en los sistemas de vigas paralelas empleados en la construcción corriente varía entre [1/10,1/24], según el material de las vigas. Acción de Placa En el proyecto moderno de edificios de oficinas, es común apoyar las placas de piso sobre una pared exterior o sobre una serie de columnas y en el “núcleo” interno, dentro del cual se disponen los ascensores, conductos de aire acondicionado y otros elementos del sistema mecánico, eléctrico y sanitario. De esa manera se obtiene una zona de piso totalmente libre Placa de piso con núcleo interno.
  16. 16. MEMBRANAS Una membrana es una hoja de material tan delgada que para todo fin práctico, puede desarrollar solamente tracción. Algunos ejemplos de membrana constituyen un trozo de tela o de caucho. En general, las membranas deben estabilizarse por medio de un esqueleto interno o por pre-tensión producido por fuerzas externas o presión interna. El pretensado permite que una membrana cargada desarrolle tensiones de compresión hasta valores capaces de equilibrar las tensiones de tracción incorporadas a ellas. La carpa del circo es una membrana capaz de cubrir decenas de metros, siempre que la tela cuente con adecuado sostén en parantes de compresión, estabilizados por riendas de tracción. Carpa de Circo CÁSCARAS Se denominan estructuras resistentes por la forma a aquéllas cuya resistencia se obtiene dando forma al material según las cargas que deben soportar. Una membrana invertida y sometida a las mismas cargas para las cuales se le dio forma originariamente, seria una estructura de este tipo y desarrollaría sólo compresión, es decir, constituiría el antífunicular bidimensional de esas cargas. Su movilidad e incapacidad para resistir tensiones de corte o de compresión, restringen el uso de las membranas. Todas las desventajas de la acción de membrana se evitan conservando al mismo tiempo la mayor parte de sus ventajas en las cáscaras delgadas. Cáscara. Forma de Cáscara
  17. 17. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES DE SUPERFICIE ACTIVA VENTAJAS: -Libertad de forma al diseñar, ya que puede ser materializada. -Uso de superficies regladas, lo que redunda en economía de mano de obra y recursos tecnológicos (encofrados simples) -Uso de estructuras neumáticas como encofrado recuperable -Prefabricación de la totalidad o sectores DESVENTAJAS: -Impermeabilización más compleja -Aislación acústica y térmica debido a su reducido espesor -Condensación de la humedad -Costo de mano de obra y recursos tecnológicos renovables -Limitación de las luces debido a deformaciones por dilatación (cargas térmicas)
  18. 18. PERFILES METÁLICOS ESTRUCTURALES Y DE CARPINTERÍA METÁLICA Los perfiles metálicos son aquellos productos laminados, fabricados usualmente para su empleo en estructuras de edificación, o de obra civil. Presentan diferentes características según su forma y dimensiones y se deben utilizar específicamente para una función concreta, ya sean vigas o pilares. La carpintería metálica: Es un oficio en el que se utilizan metales para la fabricación de estructuras metálicas o artefactos para el cerramiento de viviendas u otros lugares como locales comerciales, tales como puertas, ventanas, muebles, accesorios, persianas, barandas, pasamanos, escaleras, entre otros. En los trabajos más habituales de carpintería metálica se utilizan el acero (aceros al carbono, aleados, de baja aleación ultra-resistentes, inoxidables, de herramientas), hierro, aluminio, cobre, latón, bronce, cristal, plástico. Los perfiles especiales en carpintería metálica son: Tubos, Ángulos o perfiles en L., Pletinas-perfiles en U., Perfiles en T., Perfiles en H. Cuadradillos.
  19. 19. CERCHAS METÁLICAS Y MALLAS ESPACIALES La Cercha Metálica es una composición de barras rectas unidas entre sí en sus extremos para constituir una armazón rígida de forma triangular, capaz de soportar cargas en su plano, particularmente aplicadas sobre las uniones denominada nodos, en consecuencia, todos los elementos se encuentran trabajando a tracción o compresión sin la presencia de flexión y corte. Son utilizadas para reforzar losas y placas de concreto armado. Elaboradas con un alambre superior liso o con resaltes, uno o más alambres inferiores con resalte, y por alambre diagonales lisas, continuas o discontinuas, unidas al alambre superior y a los inferiores por electrosoldadura. Es uno de los principales tipos de estructuras empleados en la ingeniería, ya que proporciona una solución practica y económica debido a la ligereza de peso y la gran resistencia, se pueden construir de madera y de acero. Se utilizan principalmente en construcciones con luces grandes, como techos de bodegas, almacenes, iglesias y en general edificaciones con grandes espacios en su interior. La Malla espacial es una estructura elaborada de barras de madera (laminada, aserrada o en rollo) verticales, horizontales e inclinadas interconectadas mediante nudos. El calificativo espacial se refiere a que es una estructura difusa en el espacio, es decir, que en vez de situarse en un mismo plano, como ocurre con las mallas reticulares, se dispersa en muchos elementos ligeros orientados en las tres dimensiones del espacio. Pueden considerarse también mallas de doble o triple mallas paralelas, donde la distribución de esfuerzos se realiza en los tres ejes del espacio. También se le conoce como, estructuras tridimensionales, estructuras espaciales, estructuras articuladas o estructuras estéreas. Funcionan trabajando a tracción o a compresión, pero nunca a flexión. Este tipo de estructura es adecuada tanto para pequeñas marquesinas ornamentales por su valor estético como para instalaciones de grandes luces por su capacidad resistente.
  20. 20. LOSA ACERO La Losa acero es aquella en que se utilizan chapas de acero o láminas de acero como encofrado colaborante o encofrado perdido, que sea capaz de soportar el hormigón vertido, la armadura metálica y las cargas de ejecución. Actúa como el acero de refuerzo positivo. Una vez fraguado el concreto, la lámina actúa conjuntamente con el concreto para resistir sobrecalentamiento debido a que las muecas que presenta, garantizan la adherencia entre ambos materiales. Estas láminas de acero se combinan estructuralmente con el hormigón ya endurecido y actúa como armadura a tracción y se comporta como un elemento estructural mixto, se utiliza en entrepisos y techos. Ventajas • Menor peso • Diseño optimizado con ahorro de concreto debido a su geometría. • Facilidad de transporte • Rapidez de montaje • Seguridad y facilidad de instalación • Facilita trabajos en pisos inferiores a los del vaciado del hormigón • Reducción de Plazos de construcción • Funciona como una efectiva plataforma de trabajo durante su instalación • Reduce encofrados de losas Maya de acero Concreto Lamina de acero
  21. 21. MEMBRANAS Las Membranas son materiales impermeables, flexibles que protegen de la luz solar y temperaturas extremas. Ofrecen nuevas oportunidades en el mundo de la construcción y son cada ves mas populares. Por la libertad que ofrece se utiliza para cubrir luces grandes en espacios abiertos. Su flexibilidad, transparencia y la ligereza de los materiales es el atractivo que esta innovando actualmente siendo cada ves mas utilizado. Las membranas arquitectónicas tienen muchas cualidades técnicas y estéticas: • Permiten ilimitadas posibilidades de diseño. • Se pueden instalar en todos los climas • Producen ahorros en cimentación y estructura porque son muy livianas. • Son de larga duración y fácil mantenimiento. • No se manchan fácilmente. • La iluminación interna genera reflejos nocturnos muy especiales. • Evitan que pase el calor y mantienen ambientes confortables en clima cálido. • Permiten ahorros de energía en iluminación y climatización.
  22. 22. Concreto Armado La combinación de Concreto reforzado con cabillas o mallas de acero (Armaduras), es lo que se conoce como Concreto Armado. También se puede armar con fibras plásticas, fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras de acero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estará sometido. Se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obras industriales. CONCRETO ARMADO Y MUROS PORTANTES Los Muros Portantes, son los que soportan una gran parte del peso de una edificación. Los muros portantes tienen que transmitir las cargas al terreno, estos a su vez deben de estar dotados de cimentación, para que el muro no se clave en el terreno. La cimentación donde se encuentran los muros de carga es conocida como zapata lineal o corrida. Los muros son superficies continuas, a los que hay que realizarles aberturas, ya sea para ventanas o puertas, con la finalidad de iluminar, comunicar espacios y ventilar. Es por esto necesario utilizar el dintel o el arco. Otro material que se une a la construcción es la madera, por permitir realizar huecos amplios.
  23. 23. MADERA COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL La madera es un material natural, de poco peso y buena resistencia, pero de propiedades mecánicas muy variables. Aunque es combustible, sus propiedades mecánicas no se afectan con el fuego, como sí ocurre con los materiales metálicos como el acero y el aluminio. Es muy susceptible a los cambios de humedad y al ataque de insectos; sin embargo esta desventaja puede eliminarse con tratamientos químicos adecuados mediante el proceso de inmunización. Se puede utilizar en estructuras de gran complejidad tales como: cubiertas espaciales, puentes, teatros, auditorios, etc." Así como en estructuras habitacionales de solución sencilla. Uniones Eficientes: La madera se puede ensamblar y pegar con adhesivos apropiados, unir con clavos, tornillos, pernos y conectores especiales, utilizando herramientas sencillas y produciendo uniones limpias resistentes y durables. La Madera como elemento estructural. La uniformidad de dimensiones de los elementos de madera disponibles para la construcción lleva por economía al uso de elementos modulares, y esto debe reflejarse en un diseño basado en sistemas constructivos coherentes. Hay que tener en cuenta las tolerancias del material para su uso adecuado.

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