REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINESTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION

SUPERIORINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO SANTIAGO MARIÑO

CÁTEDRA: PROYECTO DE ESTRUCTURASSEDE-BARCELONA

SISTEMAS ESTRUCTURA

LES

Profesor : Héctor Márquez

Bachiller: Karina HernándezC.I 19.674.999

Barcelona, 20Junio de 2016.

INTRODUCCIÓN

Para hablar de sistemas estructurales, es necesario ligar este tema a la creatividad e ingenio humano, al momento de construir. Esto debido a que dichos sistemas se derivan principalmente de esta premisa. Cada sistema estructural cumple una función en armonía directa con un diseño, una forma, la necesidad de estabilizar lo que se construye y que la estructura soporte la carga propia de la edificación y cargas externas bajo las cuales esta estará sometida. Este tema es bastante extenso, y se puede abordar desde distintos enfoques. Sin embargo como autora de este informe, tratare de abordar los aspectos mas relevantes, buscando no redundar en puntos, sino mas bien sintetizar cada punto, el tipo de sistema de sistema, ventajas y desventajas, y materiales de construcción utilizados con mayor frecuencia. A continuación la ampliación del tema de los sistemas estructurales.

SISTEMAS ESTRUCTURALES

Se define como estructura 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 particularidades que caracterizan a los distintos sistemas estructurales son:

1. forma geométrica, diseño y orientación.2. materiales de los elementos. 3. formas de apoyo entre los elementos estructurales. 4. cargas o fuerzas que soporta la estructura.5. Condiciones de uso, forma, función y escala. 6. limitaciones de forma y escala.

CLASIFICACION DE LOS TIPOS DE SISTEMAS ESTRUCTURALES 1. Sistema de Forma Activa: Estructuras que trabajan a tracción o compresión simples, tales como los cables y arcos.

2. Sistemas de Vector Activo: Estructuras en estados simultáneos de esfuerzos de tracción y compresión, tales como las cerchas planas y espaciales.

3. Sistemas de Masa Activa: Estructuras que trabajan a flexión, tales como las vigas, dinteles, pilares y pórticos.

4. Sistemas de Superficie Activa: Estructuras en estado de tensión superficial, tales como las placas, membranas y cáscaras (Orozco, 1999).

SISTEMAS ESTRUCTURALES 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 puede 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.

Un cable no constituye una estructura auto portante a menos que cuente con medios y procedimientos para absorber su empuje. Esto se logra canalizando sobre las torres la tracción del cable y anclando en tierra. Con este tipo de sistema estructural se han construido puentes, en la actualidad el más largo es el Akashi-Kaikio en Japón y tiene una luz de 1900 m.

Arcos Es el elemento constructivo de directriz en forma de poligonal, que salva el espacio abierto entre dos pilares o muros transmitiendo toda la carga que soporta a los apoyos, mediante una fuerza oblicua que se denomina empuje.

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. las formas de arco pueden variar, respondiendo a una necesidad estructural. El arco mas usado en puentes es el arco funicular.

Sistemas de Vector Activo Cerchas Las cerchas o armaduras son uno de los elementos estructurales que forman parte del conjunto de las estructuras de forma activa. La cercha 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

Sistema de Cerchas VENTAJAS

La cercha es uno de los principales tipos de estructuras utilizados en la ingeniería y arquitectura, ya que proporciona una solución práctica y económica debido a la ligereza del peso y gran resistencia.

Con este tipo de estructura lo usual es cubrir hasta luces de 20 m, pero se han logrado mayores luces.

Se pueden construir en madera y acero.

DESVENTAJAS

Aunque el acero es un material incombustible cuando se le somete al fuego directo y continuo, disminuye su resistencia y se deforman los elementos con probables defectos destructivos.

Son estructuras susceptibles a la vibración, lo cual trae como consecuencia una instalación ruidosa.

Su costo de mantenimiento es alto.

Malla espacial

Es un sistema estructural compuesto por elementos lineales unidos de tal modo que las fuerzas son transferidas de forma tridimensional. Macroscópicamente, una estructura espacial puede tomar forma plana o de superficie curva.Las mallas espaciales son aquellas en las que todos sus elementos son prefabricados y no precisan para el montaje de medios de unión distintos de los puramente mecánicos.Las barras de las mallas espaciales funcionan trabajando a tracción o a compresión, pero no a flexión. De esta manera las mallas espaciales cumplen lo siguiente:• Las fuerzas exteriores sólo se aplican en los nudos.• Los elementos se configuran en el espacio de tal modo que la rigidez de cada unión se puede

considerar despreciable, es decir, cada unión se considera una articulación a efectos de cálculo.

Mallas espaciales VENTAJAS

Reparto de las cargas en todos sus elementos.

Fácil instalación de servicios (eléctricos, aire acondicionado...) debido a la forma de estas estructuras.

Gran robustez. Debido al elevado número de elementos que constituyen las mallas espaciales.

Empleo de componentes prefabricados. Estructuras ligeras. Reducción de gasto de material. Libertad en la localización de los apoyos,

ya que pueden soportarse en cada uno de sus nudos.

Geometría regular, lo que las dota de facilidad en la construcción.

Facilidad de elevación. Pueden cubrir grandes luces, sin

necesidad de apoyos intermedios.

DESVENTAJAS

Coste elevado en comparación con otras estructuras.

Dependiendo del sistema de montaje empleado, puede requerir mucho tiempo.

Baja resistencia frente al fuego.

Alto costo de mantenimiento

SISTEMA DE MASA ACTIVA

Sistema porticado Los elementos porticados, son estructuras de concreto armado con la misma dosificación columnas -vigas 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. Este sistema soporta las cargas muertas, las ondas sísmicas teniendo mucha resistencia y estabilidad. El porticado consiste en el uso de columnas, losas y muros divisorios en ladrillo.Características

Es el sistema de construcción más difundido en nuestro país y el más antiguo. Basa su éxito en la solidez, la nobleza y la durabilidad.

Sistemas porticados VENTAJAS

El sistema porticado tiene la ventaja al permitir ejecutar todas las modificaciones que se quieran al interior de la vivienda, ya que en él los muros, al no soportar peso, tienen la posibilidad de moverse.

Posee la versatilidad que se logra en los espacios y que implica el uso del ladrillo. La gente sigue queriendo el ladrillo, se comenta, y se añade que este material aísla más el ruido de un espacio a otro.

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.

DESVENTAJAS

Este tipo de construcción húmeda es lenta, pesada y por consiguiente más cara. Obliga a realizar marcha y contramarcha en los trabajos. Ejemplo. Se construye la pared y luego se pica parte del muro para hacer las regatas de las tuberías.

Es un sistema que genera muchos residuos en la obra.

El proceso para llegar a los acabados finales es de mucho cuidado y detalles, se lleva tiempo, ya que hay que esperar que seque el cemento, material utilizado en la mayor parte de los trabajos.

SISTEMAS DE SUPERFICIE ACTIVA

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. No obstante la inconsistencia de las membranas respecto a la mayor parte de los estados de tensión, el ingenio humano ha hallado maneras de utilizar membranas para fines estructurales, sobre todo debido a su bajo peso. 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.

Algunas de las razones principales que favorecen el empleo de las cubiertas textiles son las siguientes:

• El peso propio inferior a 1 kp/m2 que, junto con la resistencia y flexibilidad del material, permite obtener cubiertas completas extraordinariamente ligeras, sin correas intermedias, de entre 5 y 10 kp/m2.

• El coeficiente de transmisión de la luz permite el aprovechamiento de la iluminación natural sin necesidad de recurrir al vidrio, cuya rigidez requiere sobredimensionado.

• La puesta en obra es un montaje de elementos prefabricados que se podrán desmontar y reciclar.

Hoy en día, las estructuras textiles se encuentran en casi todas las zonas climáticas del mundo y sirven para una gran variedad de funciones. Los materiales que se usan para fabricar estas membranas han cambiado mucho desde sus comienzos, ya se pueden encontrar tejidos altamente tecnológicos.

De los sistemas mencionados anteriormente, en Venezuela, han sido muy explorados y aplicados 5 sistemas estructurales principales, estos son:

1. sistemas porticados2. Cerchas3. Concreto Armado4. Arcos5. Tridilosas o mallas espaciales.

Losacero

Es una lámina corrugada de acero galvanizado estructural, perfilada para que se produzca un efectivo ajuste mecánico con el concreto, gracias a las muescas especiales que además sustituyen el acero a la tracción de la placa.Ventajas:• El galvanizado de la lámina le garantiza una larga vida útil en cualquier

condición ambiental• En la mayoría de los proyectos se elimina el uso de puntales, reduciendo

costos de instalación• Se obtienen placas más livianas ( 8 a 10 cm de espesor )• Se instala de forma rápida y limpia.

Usos:El losacero encuentra sus aplicaciones más importantes en la realización de entrepisos para edificaciones, ampliaciones y mezzaninas, puentes, estacionamientos, techos para viviendas unifamiliares.

ESTRUCTURA DE PERFILES METÁLICOS

Las Estructuras Metálicas constituyen un sistema constructivo muy difundido en varios países, cuyo empleo suele crecer en función de la industrialización alcanzada en la región o país donde se utiliza. Se lo elige por sus ventajas en plazos de obra, relación coste de mano de obra – coste de materiales, financiación, etc.

Las estructuras metálicas poseen una gran capacidad resistente por el empleo de acero. Esto le confiere la posibilidad de lograr soluciones de gran envergadura, como cubrir grandes luces, cargas importantes.Al ser sus piezas prefabricadas, y con medios de unión de gran flexibilidad, se acortan los plazos de obras Significativamente.

La estructura característica es la de entramados con nudos articulados, con vigas apoyadas o continuas, con complementos singulares de celosía para arriostrar el conjunto.En algunos casos particulares se emplean esquemas de nudos rígidos, pues la reducción de material conlleva un mayor coste unitario y plazos y controles de ejecución más amplios. Las soluciones de nudos rígidos cada vez van empleándose más conforme la tecnificación avanza, y el empleo de tornillería para uniones, combinados a veces con resinas.

TIPOS DE PERFILES DE ACERO

CARPINTERÍA METÁLICA

El término de carpintería metálica es muy reciente y suele aplicarse a las empresas que se dedican a la fabricación y comercialización de productos de acero, hierro, aluminio, cobre, latón, bronce, cristal y plástico principalmente.

Perfiles especiales en la carpintería metálica: Tubos. algunos o perfiles en L. Pletinas-perfiles en U. �Perfiles en T. Perfiles en H. Cuadradillos. También se consideran empresas de carpintería metálica las que realizan trabajos de puertas y rejas de hierro, mamparas, cerramientos, escaleras, barandillas, celosías, ventanas, toldos, persianas y marquesinas y forjado artístico utilizándose cada vez más en el acondicionamiento de hogares y oficinas.

Las carpinterías metálicas también realizan trabajos como construcción de estructuras metálicas y naves industriales. Los principales clientes de los carpinteros metálicos son la construcción, industria, sector agrario, decoración y hogar a los que se suele realizar trabajos como cerramiento integral de la vivienda, persianas enrollables laminadas o extrusionadas de seguridad, cajones de registro laminados, extrusionados, PVC y de rotura térmica, contraventanas de lamas orientables, mosquiteras, accesorios de accionamiento, etc.

CONCRETO ARMADO

La técnica constructiva del hormigón armado, concreto armado o concreto reforzado consiste en la utilización de hormigón o concreto reforzado con barras o mallas de acero, llamadas armaduras. También se puede armar con fibras, tales como 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. El hormigón armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obras industriales. La utilización de fibras es muy común en la aplicación de hormigón proyectado o shotcrete, especialmente en túneles y obras civiles en general.

• El concreto reforzado obtiene sus ventajas al combinar características del concreto y el acero y compensar las carencias de uno con el otro. Una de las características que ha permitido la combinación del concreto y el acero es su similitud en el coeficiente de expansión térmica, lo que evita los desplazamientos relativos entre el acero y el concreto circundante por cambios de temperatura. La ventaja de combinar dos materiales es aprovechar las ventajas de ambos y tratar que compensar las carencias o debilidades del otro,

MUROS PORTANTES

Se denomina muro de carga o muro portante a las paredes de una edificación que poseen función estructural; es decir, aquellas que soportan otros elementos estructurales del edificio, como arcos, bóvedas, vigas o viguetas de forjados o de la cubierta.

Las Estructuras con Muros Portantes incluyen un tipo de estructuras donde los elementos verticales resistentes son los muros, y no los pilares como en el caso de las Estructuras de Hormigón Armado; es decir que el elemento que recibe las cargas posee una de sus dimensiones de un grosor muy inferior a la longitud y la altura.

Dentro de este tipo de estructura, podemos diferenciar a aquellas que no poseen armaduras, y por lo tanto tienen baja resistencia a la flexión y las que disponen de armadura, que las asemeja a las estructuras de hormigón armado.

LA MADERA COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL USOS EN LA CONSTRUCCIÓN La utilización de la madera como sistema constructivo o como elemento estructural ha acompañado al hombre a lo largo de toda la historia. Al principio, junto a la piedra, era el principal elemento constructivo. Posteriormente aparecieron nuevos materiales que relegaron su utilización. Actualmente la evolución de su tecnología permite obtener productos estructurales más fiables y económicos, y su mejor conocimiento, tanto desde el punto de vista estructural como ecológico y medioambiental, la permite competir con el resto de los materiales estructurales. Desde el punto de vista ecológico, la energía necesaria para la fabricación de la madera es nula (el árbol utiliza la energía solar) y la energía consumida en el proceso de su transformación es muy inferior a la requerida por otros materiales.

Si se comparan las propiedades de la madera como material estructural con las del acero o el hormigón, se pueden extraer las siguientes conclusiones:

a) Elevada resistencia a la flexión, sobre todo en relación a su peso propio (la relación resistencia/peso es 1,3 veces superior a la del acero y 10 veces la del hormigón).

b) Alta capacidad de resistencia a tracción y compresión en dirección paralela a la fibra.

c) Escasa resistencia a cortante. Esta limitación se presenta también en el hormigón pero no en el acero.

d) Escasa resistencia a compresión y a tracción en dirección perpendicular a la fibra. Sobre todo en tracción, lo que supone una característica muy particular frente a los otros materiales.

e) Bajo módulo de elasticidad, mitad que el del hormigón y veinte veces menor que el del acero. Los valores alcanzados por el módulo de elasticidad inciden sustancialmente sobre la deformación de los elementos resistentes y sus posibilidades de pandeo. Este valor neutraliza parte de la buena resistencia a la compresión paralela a la cual se ha hecho referencia anteriormente. f) Buen comportamiento en situación de incendio.

CONCLUSIONES

Según los criterios y aspectos sobre los sistemas estructurales abordados en este informe, puedo destacar, que los diversos sistemas estructurales representan soluciones muy diferentes entre si, bien es cierto que existe puntos comunes entre estos sistemas, sin embargo cada solución aporta en particular una característica especial.

En lo que respecta a nuestro arte, de la construcción, cada sistema representa un elemento en nuestro abanico de opciones a la hora de proponer un proyecto, sin dejar de lado la idea de que no hay límites, podemos combinar los diferentes sistemas reinventarlos, y hasta ir mas allá tomando ejemplo de los comportamientos estructurales para crear algo novedoso.

Estamos es constante aprendizaje, cada proyecto representa un reto, y es único en si mismo.