Informe de Estructuras Final
Informe de Estructuras Final
Informe de Estructuras Final
INTEGRANTES
BALCÁZAR ROJAS, Reiner
CARRILLO MARTOS. José
CHETILAN RODRIGUEZ, Neimer
HERAS SALAZAR, Kristian Fernando
TARRILLO DIAZ, Einstein
TELLO PEREZ, Wilson
I. INTRODUCCIÓN. ................................................................................................................... 1
II. MARCO TEORICO. ............................................................................................................... 2
III. PROCESO CONSTRUCTIVO DE MUROS PORTÁNTES ............................................ 3
3.1. FUNCIÓN DEL MURO PORTANTE ........................................................................... 3
3.2. FUNCIÓN DE LAS COLUMNAS ................................................................................. 4
3.4. COMPONENTES DE LOS MUROS PORTANTES .................................................. 5
3.4.1. PREPARACIÓN DEL LADRILLO ......................................................................... 6
3.4.2. PREPARACIÓN DEL MORTERO DE ASENTADO........................................... 6
3.4.3. JUNTAS VERTICALES Y HORIZONTALES ...................................................... 7
3.4.4. INTERCONEXIÓN COLUMNA – MURO ............................................................. 8
3.4.5. CONTROL .............................................................................................................. 10
3.4.6. ALTURA MÁXIMA ................................................................................................. 10
3.4.7. INSTALACIONES ELÉCTRICAS / SANITARIAS ............................................. 10
IV. SISTEMA APORTICADO ................................................................................................. 10
4.1. BASE DE PISO............................................................................................................. 12
4.1.1. PROCESO CONSTRUCTIVO ............................................................................. 12
4.2. COLUMNAS .................................................................................................................. 17
4.2.1. PROCESO CONSTRUTIVO................................................................................ 17
4.3. VIGA DE ENTREPISO ................................................................................................ 19
4.3.1. PROCESOS Y TÈCNICAS CONSTRUCTIVAS ............................................... 20
4.4. ZAPATAS ...................................................................................................................... 20
4.4.1. TIPOS DE ZAPATA .............................................................................................. 21
4.5. PORTICOS PRINCIPALES Y SECUNDARIOS. ..................................................... 24
4.6. CRITERIOS PARA UNA BUENA ESTRUCTURACIÓN DE COLUMNAS ......... 24
4.7. CRITERIOS PARA ESTRUCTURACIÓN DE VIGAS ............................................ 26
4.8. CRITERIOS PARA ESTRUCTURACIÓN DE LOSAS ........................................... 27
4.9. CRITERIOS PARA ESTRUCTURACIÓN DE CIMENTACIONES ....................... 27
4.9.1. PREDIMENSIONAMIENTO DE LAS ZAPATAS .............................................. 27
4.10. ESTRUCTURACIÓN Y PREDIMENSIONAMIENTO DE ESTRUCTURAS
APORTICADAS ................................................................................................................... 30
4.10.1. DIMENSIONAMIENTO DEL ALIGERADO ..................................................... 31
4.11. DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS ................................................................ 41
5. SISTEMAS ESTRUCTURALES MÍXTOS ....................................................................... 44
5.1. DEFINICIÓN. ................................................................................................................. 44
5.2. UTILIZACIÓN ................................................................................................................ 44
5.3. ASPECTOS A CONSIDERAR EN ESTRUCTURAS MIXTAS ............................. 45
5.3.1. ASPECTOS ARQUITECTÓNICOS .................................................................... 45
5.3.2. ASPECTOS ECONÓMICOS ............................................................................... 45
5.3.3. FUNCIONALIDAD ................................................................................................. 46
5.3.4. SERVICIO Y FLEXIBILIDAD DE EDIFICACIÓN .............................................. 46
5.3.5. ENSAMBLAJE ....................................................................................................... 46
5.3.6. COMPARACIÓN CON OTROS MÉTODOS ..................................................... 47
5.4. MÉTODOS CONSTRUCTIVOS ................................................................................. 49
5.4.1. MÉTODOS DE ANÁLISIS. ................................................................................... 50
5.5. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES. ....................................................... 52
5.5.1. HORMIGÓN. .......................................................................................................... 52
5.5.2. ACERO DE ARMAR. ............................................................................................ 56
5.5.3. ACERO ESTRUCTURAL. .................................................................................... 57
5.5.4. CONECTORES. ........................................................................................................ 59
5.5.5. CHAPA NERVADA. .............................................................................................. 59
6. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 61
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 62
SISTEMAS ESTRUCTURALES
I. INTRODUCCIÓN.
OBJETIVOS.
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Heras Salazar, K
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¿Que es una Estructura? Una estructura es un ensamblaje de elementos que mantienen una
forma y su unidad, teniendo como objetivo resistir las cargas resultantes de su uso y su propio
peso dándole forma a un cuerpo, obra civil o máquina.
Como por ejemplo: puentes, torres, edificios, estadios, techos, barcos, aviones, maquinarias,
presas y hasta el cuerpo humano.
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El muro de albañilería divide o limita espacios al interior de la vivienda; soporta las cargas de
gravedad, es decir, el peso de los materiales, personas, etc. y soporta las cargas sísmicas.
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Las columnas o elementos de confinamiento vertical, tienen como función principal aumentar la
capacidad de deformación o flexión del muro ante la fuerza sísmica.
Diseñando y construyendo las columnas en forma adecuada, el muro tendrá una buena
resistencia para soportar los efectos de un sismo.
Las funciones que se les ha asignado a las vigas soleras y a las vigas de amarre son las
siguientes:
Evitar rajaduras en el muro, impidiendo que éste oscile o vibre libremente en caso de sismo.
En el caso de las vigas soleras, toma y distribuye uniformemente las cargas verticales
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Los muros portantes son elementos estructurales que ayudan a darle a una vivienda la fortaleza
que necesita, especialmente ante la eventualidad de un sismo.
Para que los muros portantes realicen esta imprescindible función, es importante utilizar buenos
materiales y que el proceso constructivo sea el correcto.
a. Ladrillo:
El que se usa comúnmente en obra es el ladrillo de arcilla cocida, siendo el más recomendable
el King Kong de 18 huecos.
No uses ladrillo pandereta en la construcción de un muro portante, porque son muy frágiles y
poco resistentes.
b. Mortero:
Un muro importante puede ser de 15 cm. (soga) o de 25 cm. (cabeza); al ejecutar una obra revisa
en los planos el grosor o espesor que cada uno debe tener.
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Un día antes de construir el muro, debes limpiar los ladrillos y humedecerlos con agua limpia.
Esto evitará que el ladrillo absorba el agua del mortero durante el asentado, y permitirá una
mejor adherencia entre ambos.
El mortero es el material que pega a los ladrillos, por lo tanto su propiedad más importante es su
capacidad adhesiva.
Ten en cuenta que si la calidad del mortero es deficiente, los ladrillos no se pegarán bien. Esto
significa que el muro estará formado por piezas sueltas, lo cual debilitará este importante
elemento estructural.
Para que tu mortero de asentado sea de buena calidad, deberás utilizar arena gruesa limpia (sin
materia orgánica ni sales), cemento fresco y agua potable limpia, según la siguiente dosificación:
El mezclado del cemento con la arena debe realizarse en seco, fuera de la batea, y debes
obtener una mezcla de color uniforme.
Luego añades agua –conforme vayas avanzando el asentado- en una cantidad que
proporcione una masa consistente, pero no líquida.
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Las juntas, tanto verticales como horizontales, no deben ser muy “gruesas”, ya que debilitan al
muro portante.
El espesor o “grosor” de las juntas debe tener como mínimo 1 cm. y como máximo 1.5 cm
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Para que la columna y el muro realicen su trabajo estructural y se unan de manera “sólida”, es
importante tener en cuenta lo siguiente:
- En caso de emplearse una conexión dentada, el ladrillo debe sobresalir como máximo
5cm., y un mínimo de 2.5cm.
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Antes de vaciar el concreto de la columna de confinamiento debes limpiar todos los “dientes”
(desperdicios de mortero y/o “piedritas” sueltas que pueda haber en ellos).
En caso de emplearse una conexión al ras (sin dientes), debes adicionarle “chicotes” o “mechas”
de anclaje.
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3.4.5. CONTROL
Debes verificar la horizontalidad durante el asentado del ladrillo, utilizando el nivel de mano.
Debes verificar también la verticalidad del muro luego de cada hilada, utilizando la plomada.
Nunca se debe picar los muros portantes para colocar las tuberías de las instalaciones
eléctricas y/o sanitarias, porque esto lo debilita.
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Los elementos porticados, son estructuras de concreto armado con la misma dosificación
columnas - vigas peraltadas, o chatas unidas en zonas de confinamiento donde forman ángulo
de 90º en el fondo, parte superior y lados laterales, los que soportan las cargas muertas, las
ondas sísmicas por estar unidas como su nombre lo indica.
Este sistema es el más difundido en nuestro país y el más antiguo. Basa su éxito en la solidez,
la nobleza y la durabilidad.
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Es el piso base de superficie rugosa, intermedio entre el terreno y otro piso superior, de
preferencia debe ser una losa de concreto que aísle del terreno natural el reto de la estructura
para la base de piso se debe emplear una placa de hormigón de un espesor entre 7.5 cm y 10
cm como máximo. Debe tener una superficie rugosa y de poro abierto, además deberá estar libre
de sustancias que pudieran impedir la adherencia entre la sobrelosa y la losa base
- Antes de vaciar el concreto debe humedecerse la capa de base sobre la que se vaya a
verter el concreto, teniendo el cuidado de no formar charcos.
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- De existir zangas bien sean por tuberías de agua cloacas u otras deben rellenarse y
compactarse en capas de 20 cm, para evitar posteriores rupturas y asentamientos en los
pavimentos.
- Se deben colocar formaletas, la manera más común para construir pisos de concreto es
hacerlo en franjas largas, iniciando la primera a la orilla de la pared y colocando la franja
adyacente después que la primera ha endurecido o construyendo en franjas alternas.
- La altura de las formaletas debe ser igual al espesor de la losa. Si se usan formaletas de
madera su grosor deber ser, al menos, una tercera parte del espesor de la losa.
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- Luego se precede al vaciado del concreto una de las cosas más importantes que hay
que tomar en cuenta al colocar el concreto es evitar la segregación, es decir, evitar que
los agregados gruesos se separen del mortero, compuesto de cemento y arena. Si la
piedra, la arena, el cemento y el agua no se encuentran bien mezclados en el concreto,
la parte que tenga más agua y arena será la más débil y la que se fisurará más.
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4.2. COLUMNAS
Una columna es un soporte vertical de forma alargada que permite sostener el peso de una
estructura, se dice también que es un elemento axial sometido a compresión, lo bastante delgado
con respecto a su longitud
Al realizar el armado de columna, es importante acotar que el acero de la columna de planta baja
se arma directamente con el acero de las fundaciones o las del pedestal. Mientras que a partir
del segundo piso aproximadamente se realizan uniones con las cabillas de los pisos anteriores
ya que las cabillas vienen de 6 metros.
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- Durante el vaciado de concreto se deben controlar todos los factores que puedan generar
segregación (separación de los componentes de la mezcla). Primero debemos colocar
el concreto tan cerca de su posición final como sea posible, segundo empezar a colocar
el concreto desde las equinas de las columnas en la parte de abajo, y por último se deben
vaciar desde alturas inferiores a 1.20m.Cuando no se pueden efectuar se hacen usos de
canaletas o tubos para evitar que la mezcla choque con los refuerzos.
Una viga puede definirse como un miembro estructural que descansa sobre apoyos situados en
su extremo, soporta cargas transversales, dichas cargas sumadas a un peso propio tiende a
flexionarla más que alargarla. También es un elemento estructural muy resistente empleado en
las construcciones para dar soporte y asegurar las estructuras, existen diferentes tipos de vigas
entre ellas están vigas de madera, vigas de acero, vigas de concreto y otras En el caso particular
son los elementos horizontales que sostienen el piso y transmiten las cargas de la edificación a
las columnas.
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- La mano de obra requiere de un oficial y dos ayudantes Colocación del refuerzo de vigas:
Es el hierro utilizado para armar las vigas aéreas en concreto. Para flejes es refuerzo A-
37 y para refuerzo longitudinal hierro PDR-60. Su unidad de medida es Kg ó Ton.
- Encofrado: Formaleta: puede ser en madera o metálica. Se deben untar con aceite
quemado o con parafina con ACPM los testeros de la formaleta para que el concreto no
se pegue del encofrado.
- Se procede a localizar la formaleta teniendo como guía los ejes de la viga, se colocan a
plomo los tableros o testeros en las orillas, y se clavan listones en la parte superior para
que el ancho de la viga se mantenga uniforme Viga de entrepiso
- Es necesario colocar riostras o diagonales clavadas en las orillas para que resistan el
empuje lateral del hormigón durante al vaciarlo.
- La canasta se levanta sobre unas piedras o panelas para que quede separada del fondo
y completamente embebida en el concreto. Se marcan los niveles, estableciendo la altura
de la viga y se fijan unos clavos para enrasar la corona del cimiento
4.4. ZAPATAS
Una zapata es un tipo de cimentación superficial (normalmente aislada), que puede ser
empleada en terrenos razonablemente homogéneos y de resistencias a compresión medias o
altas. Consisten en un ancho prisma de hormigón (concreto) situado bajo los pilares de la
estructura.
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Son utilizadas para la creación de pilares singulares. Son ideales en terrenos buenos y para la
realización de estructuras que generarán una carga moderada. Estas recaen en un solo pilar,
llegando a transmitir las cargas y tensiones en el terreno. Este tipo de zapata es la que se emplea
en edificaciones y demás obras que contienen juntas de dilatación.
- Zapatas cuadradas: son las que presentan sus lados iguales.Zapatas circulares: su
forma es circular.
- Zapatas rectangulares: distingue a las zapatas donde todos sus lados son desiguales.
- Zapatas flexibles: En estas zapatas el canto siempre será menor que el vuelo de las
dos direcciones de la zapata. Esta soporta las fuerzas de tracción y de compresión de
la estructura.
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Se trata de las zapatas empleadas para dos o más pilares cercanos. Estas se utiliza en
medianerías con el objetivo de evitar excéntricas cargas en la última zapata, también se emplean
cuando más de dos pilares están cerca. También se le conocen como zapatas colindantes, en
estas el pilar nunca se apoya en su centro, más bien lo hacen de forma excéntrica, como pasa
en los pilares perimetrales.
Esta se suele combinar con vigas de atado, lo cual evita que la zapata o la cimentación se
vuelque o se gire.
Distingue a las zapatas empleadas en hileras de muros y pilales. También se le suele conocer
como zapatas continuas. Estas sostienen los muros de carga que están alineados muy cerca
sobre un terreno de resistencia alta, media o baja. En pocas palabras, son empleadas para
sostener pilares alineados o muros de carga que están cerca.
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A diferencia de los muros portantes, los "no portantes", estas paredes o tabiques sólo actúan
como cerramiento y divisiones. Estos muros no soportan cargas debido al material con el cual
son construidos. Son construidos con diferentes materiales, como ladrillos huecos, realizando
paredes de 8 cm., madera y el más utilizado en los últimos tiempos, son los tabiques de placas
de yeso.
Entonces, para finalizar, los muros portantes, son los que funcionan como elemento estructural
y soportan cargas, mientras que los muros no portantes, sólo funcionan como cerramientos y
divisiones.
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Los pórticos principales soportan el peso de las losas, es decir las vigas de estos pórticos reciben
las cargas y se la transmiten a las columnas y estas a las zapatas las cuales finalmente
transmiten las cargas al suelo.
En la figura mostrada, los pórticos principales son A-A , B-B, C-C debido a que estos soportan el
peso de la losa.
Para el metrado de cargas se tendrá en cuenta el ancho tributario de la losa que reciban las vigas
principales así como el peso propio de la misma, más las cargas vivas. Estas vigas son por lo
general de gran peralte y tienen función estructural.
Los pórticos secundarios no soportan el peso de las losas y en la figura a , están constituidas por
los ejes 1-1 y 2-2.
Si la losa se arma como en la figura b los pórticos principales serán los ejes 1-1 ,2-2 y los
secundarios serán A-A, B-B y C-C.
Este tipo de pórticos conocidos como pórticos simples es uno de los más sencillos. Tiene la
ventaja que permiten usar los espacios libremente. Se utiliza para estructuras no muy altas ya
que en caso contrario las dimensiones de las columnas aumentan considerablemente.
Los pórticos van cada 4 o 5 metros. El espaciamiento de estos estará en función de los peraltes
de la losa y vigas. Si el espaciamiento es muy grande entre los pórticos entonces los peraltes
serán mayores.
Al estructurar se buscara que la ubicación de las columnas y vigas tengan la mayor rigidez
posible, de modo que el sismo al atacar, estas soporten dichas fuerzas sin alterar la estructura.
Así por ejemplo en la estructura mostrada las columnas son de 0.40 x 0.80 y las vigas son de
0.40 x 1.00 m2.
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Figura 34. Criterios para una buena estructuración de columnas (Delgado 2011)
Matemáticamente hablando:
Al trabajar con el momento de inercia yy la rigidez de la columna será mayor porque esta es
función del momento de inercia; debido a la rigidez de la columna viene dada por:
En general (mas halla de las estructuras aporticadas) debe alternarse la orientación de los
elementos verticales, para que las rigideces laterales sean similares. Cuando la menor dimensión
de todas o la mayoría de las columnas rectangulares de una edificación se encuentran orientadas
en la misma dirección, ésta es poco resistente a fuerzas horizontales debido a sismo
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Figura 36. Rigideces laterales similares. Figura 37. Rigideces laterales distintas.
Dos planos resistentes a sismo. Un solo plano resistente a sismo.
En el caso de las vigas se colocarán buscando que la viga repose sobre su menor dimensión.
La viga resistirá más si la colocamos en la forma (a) que (b) ya que en la primera su momento
de inercia es mayor en la segunda.
El momento de inercia en “a” es mayor que en “b” por consiguiente su rigidez es mayor y colocada
de esta manera resiste más.
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SISTEMAS ESTRUCTURALES
Según el reglamento Peruano de Concreto Armado el espesor de la losa será 𝑙/25 donde 𝑙 es la
luz libre entre ejes.
Las estructuras aporticadas se caracterizan porque las columnas reposan sobre zapatas. Las
zapatas aparecen cuando la capacidad de resistencia de la columna no soporta el peso que
recibe y es necesario ensanchar la base para que las cargas se transmitan al suelo.
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Las zapatas pueden ser aisladas si solo reciben una columna o combinadas, en este caso
reciben dos columnas.
Una vez levantado los pórticos los espacios vacíos se cubren con muros no portantes,
denominados así, por que estos no tienen función estructural. Estos muros se apoyan sobre una
cimentación corrida de concreto ciclópeo.
La figura siguiente es el caso de zapatas aisladas con cimentación corrida, los primeros soportan
el peso de losas, vigas, columnas, cargas vivas, etc. y la última soporta el peso de los muros no
portantes.
La siguiente figura es el caso de zapatas aisladas y combinadas y cimentación corrida para los
muros no portantes.
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La losa aligerada estará armada en la dirección de la menor luz, por lo que el espesor del
aligerado quedara definido por la fórmula:
𝑙 6
= = 0.24 𝑚 = 24 𝑐𝑚
25 25
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Debido a que la sobrecarga que soporta la losa del primer piso es mucho mayor a la soportada
por los otros niveles, se dimensionara por separado las vigas del primer nivel.
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SISTEMAS ESTRUCTURALES
Ejes A y F
Son vigas perimetrales, además de soportar la carga del piso, soportan una carga adicional
proveniente del muro.
𝑩𝑻 = 𝟑. 𝟐𝟓 + 𝟎. 𝟓𝟗 = 𝟑. 𝟖𝟒 𝒎
Entonces:
Eje B
Eje D
4.50m
Eje C y E
Ejes 1 y 6
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SISTEMAS ESTRUCTURALES
𝟏𝒎
𝒃= = 𝟎. 𝟎𝟓 𝒎 = 𝟓 𝒄𝒎
𝟐𝟎
𝟓𝟓𝟎
𝒉= = 𝟔𝟓. 𝟓𝟓 𝒄𝒎
𝟖. 𝟑𝟗
𝟓 𝒙 (𝟔𝟓. 𝟓𝟓)𝟐 = 𝟐𝟓 𝒙 𝒉𝟐
𝒉 = √𝟖𝟓𝟗. 𝟑𝟔 = 𝟐𝟗. 𝟑𝟏
EJES 2, 3,4, 5
𝟐𝒎
𝒃= = 𝟎. 𝟏 𝒎 = 𝟏𝟎 𝒄𝒎
𝟐𝟎
𝟓𝟓𝟎
𝒉= = 𝟔𝟓. 𝟓𝟓 𝒄𝒎
𝟖. 𝟑𝟗
𝒉 = √𝟏𝟕𝟏𝟖. 𝟕𝟐 = 𝟒𝟏. 𝟒𝟔 𝒄𝒎
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VIGAS PRINCIPALES
Eje A y F
𝑨𝒏𝒄𝒉𝒐 𝒕𝒓𝒊𝒃𝒖𝒕𝒂𝒓𝒊𝒐 𝑩𝒓 = 𝑩 + 𝑩𝒂𝒅𝒄
𝑾𝒂𝒅𝒄 𝟎. 𝟏𝟓 𝒎 𝒙 𝟑. 𝟐 𝒎 𝒙 𝟏 𝟖𝟎𝟎 𝑲𝒈/𝒎𝟑 𝟖𝟔𝟒 𝑲𝒈/𝒎
𝑩𝒂𝒅𝒄 = = 𝟐
= = 𝟏. 𝟎𝟐 𝒎
𝑾𝒑𝒊𝒔𝒐 𝟖𝟓𝟎 𝑲𝒈/𝒎 𝟖𝟓𝟎 𝑲𝒈/𝒎𝟐
𝑩𝑻 = 𝟑. 𝟐𝟓 + 𝟏. 𝟎𝟐 = 𝟒. 𝟐𝟕 𝒎
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SISTEMAS ESTRUCTURALES
𝐵𝑇 427 𝑐𝑚
𝑏0 = = = 21.35 𝑐𝑚
20 20
𝑙𝑛 650 𝑚
ℎ0 = = = 57.68 𝑐𝑚
8.39 11.27
Cambio de dimensiones:
Ejes B
Ejes D
Ejes C y E
Cambio de dimensiones:
h =42.44 cm
Usaríamos una viga de 0.30 x 0.45 m
VIGAS SECUNDARIAS
Ejes 1 y 6
𝟏𝒎
𝒃= = 𝟎. 𝟎𝟓 𝒎 = 𝟓 𝒄𝒎
𝟐𝟎
𝟓𝟓𝟎
𝒉= = 𝟒𝟖. 𝟖𝟎 𝒄𝒎
𝟏𝟏. 𝟐𝟕
𝟓 𝒙 (𝟒𝟖. 𝟖𝟎)𝟐 = 𝟐𝟓 𝒙 𝒉𝟐
𝟓𝟓𝟎
𝒉= = 𝟒𝟖. 𝟖𝟎 𝒄𝒎
𝟏𝟏. 𝟐𝟕
𝟏𝟎 𝒙 (𝟒𝟖. 𝟖𝟎)𝟐 = 𝟐𝟓 𝒙 𝒉𝟐
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SISTEMAS ESTRUCTURALES
Debido a que se ha considera una zona medianamente sísmica podemos usar el método del Dr.
Yamashiro para predimensionamiento de columnas.
Los factores que afectan la dimensión bt de las columnas son: El Área, Tributaria acumulada, Intensidad
de las cargas, Ubicación de las columnas, Longitud de las columnas, arrastramiento contra el
desplazamiento lateral, cargas laterales, rigidez de las vigas.
𝐴𝐶 = 𝑘𝐴𝑡
Donde:
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Heras Salazar, K
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Tello Perez, W
SISTEMAS ESTRUCTURALES
Procedemos a aplicar las fórmulas para determinar el área de la sección transversal de la columna en
el ejemplo planteado.
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Chetillan Rodriguez, N
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0.62
0.42
0.49
0.38
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5.1. DEFINICIÓN.
Se tiene la definición de Elemento mixto como “elemento estructural compuesto por hormigón y acero
estructural o conformado en frío, interconectados por conectadores para limitar el desplazamiento
longitudinal entre el hormigón y acero; y el despegue de un componente del otro”.
La diferencia radica en el modo de conseguir la unión; lo que nos lleva a definir el conector, que es
“unión entre el acero y él hormigón de un elemento mixto que tiene la suficiente resistencia y rigidez
para permitir que ambos componentes sean calculados como parte es de un único elemento
estructural”.
Este elemento es el que diferencia a las estructuras de acero y hormigón de las estructuras mixtas.
En términos estructurales, las estructuras mixtas permiten optimizar el trabajo de cada uno de los
componentes (el acero a tracción o compresión, y el hormigón a compresión), logrando atractivas
soluciones tanto desde el punto de vista de la estructura como del diseño. Comentaremos más adelante
algunos ejemplos de soluciones para distintos componentes de un edificio.
5.2. UTILIZACIÓN
El general, esta combinación no afecta sustancialmente al análisis de la estructura, puesto que para
ello se descompone en partes homogéneas y la terminología habitual de estructuras de acero y
hormigón armado, con sus correspondientes criterios de diseño y cálculo, resulta aceptable. Pero en
otras ocasiones, la integración es más estrecha afectando a los elementos básicos que la constituyen
y no es posible el análisis aislado de los materiales; a este tipo se va a referir en este proyecto, las
estructuras mixtas de hormigón y acero, que se pueden justificar por la optimización en el
comportamiento de componentes
A pesar de ser muy diferentes en su naturaleza, estos dos materiales se complementan dado que:
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El diseño integral de una estructura implica no sólo la optimización de la resistencia para las cargas
máximas, su rigidez y su ductilidad, sino también la consideración de aspectos como los de tipo
arquitectónico, económico, constructivo o de utilización de las vigas, losas y pilares.
Diseñar con estructuras mixtas ofrece muchas variaciones arquitectónicas pudiendo combinar
diferentes tipos de elementos mixtos. Además de reducciones en las dimensiones de las vigas, se
consiguen:
- Mayores vanos
- Losas más delgadas
- Pilares más esbeltos y ofrecen flexibilidad y más oportunidades para el diseño.
Como consecuencia de poder disponer de menores dimensiones en las piezas (una mayor rigidez
implica menores deformaciones, mayores vanos y menor peso global), y de poder llevar a cabo un
montaje más rápido, el potencial de ahorro económico es enorme.
- Una reducción del canto del forjado reduce la altura total del edificio. Disminución de la
superficie de revestimiento del edificio.
- Vanos mayores para un mismo canto (comparado con otros métodos constructivos).
- Espacios con menos columnas presentan mayor flexibilidad de utilización.
- Plantas adicionales con una misma altura total del edificio.
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- Las estructuras mixtas son fáciles de montar y precisan menores tiempos de construcción
- Ahorro de costes, conclusión más rápida del edificio.
- Menores costes de financiación.
- Listos antes para su utilización aumentando su rentabilidad.
5.3.3. FUNCIONALIDAD
Las estructuras de acero convencionales emplean sistemas de protección contra el fuego para aislar el
acero del calor del fuego. Por su parte las estructuras mixtas alcanzan su resistencia al fuego igual que
las estructuras de hormigón armado en las que el hormigón protege al acero debido a su mayor masa
y relativamente inferior conductividad térmica.
Lo mismo que las losas mixtas pueden resistir el fuego, las vigas mixtas pueden emplearse con alas
desprotegidas.
En este caso el espacio entre las alas deberá de rellenarse con hormigón y armadura de refuerzo
adicional. Esto no solo mantiene las temperaturas relativamente bajas en el alma y el ala superior, sino
que también proporciona resistencia a flexión, compensando la reducción que se produce en la
contribución a la resistencia por parte del ala inferior caliente.
Las estructuras mixtas son adaptables. Pueden modificarse durante la vida del edificio. Esto es
especialmente cierto cuando la losa se utiliza con estructuras porticadas.
En ese caso siempre es posible crear una nueva caja de escalera entre dos plantas simplemente
añadiendo el entramado necesario de vigas.
Recientes desarrollos y cambios en las comunicaciones y las tecnologías de la información han puesto
de manifiesto la importancia de ser capaces de modificar rápidamente la disposición de los servicios del
edificio.
5.3.5. ENSAMBLAJE
Los forjados mixtos son hoy en día la propuesta preferida para un amplio rango de estructuras,
proporcionando al diseñador y clientes las siguientes ventajas:
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Superficie de trabajo: Antes de hormigonar, la superficie metálica proporciona una superficie de trabajo
segura, que permite acelerar el proceso constructivo en su conjunto.
Encofrado permanente: La superficie metálica que discurre de viga a viga, constituye un encofrado
permanente para el hormigón, habitualmente no son necesarios los apuntalamientos. Dicha superficie
constituye además una buena barrera para el vapor. La parte inferior de la losa permanece limpia
después del hormigonado y el uso de chapas metálicas con capas de color puede proporcionar un
aspecto estético atractivo para el techo, aunque la pintura puede dar lugar a problemas con los
conectores soldados.
Velocidad y simplicidad de construcción: Las propiedades que presentan los paneles de acero para
construir el piso soporte combinando elevada rigidez y bajo peso, facilitan considerablemente el
transporte y almacenaje del material en el lugar de montaje. A menudo un camión es capaz de
transportar hasta 1500 m2 de paneles. Un equipo de cuatro personas puede colocar hasta 400 m2 de
piso por día. Los paneles son elementos prefabricados ligeros fácilmente transportados y colocados por
dos o tres personas.
Productos de calidad controlada: Los componentes de acero de las estructuras mixtas son
elaborados bajo condiciones controladas de fábrica. Esto permite el establecimiento de procedimientos
más estrictos de calidad, lo que conduce a una mayor precisión y calidad en la construcción.
Es necesario emplear piezas mixtas en el diseño, para beneficiarse de las ventajas disponibles. Así las
estructuras mixtas presentan una mayor rigidez y capacidad de carga para las mismas dimensiones
comparadas con el acero solo.
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En la tabla anterior se compara una viga mixta con dos tipos de vigas de acero sin conexión de rasante
alguna a la losa de hormigón. La capacidad de carga es prácticamente la misma, pero se aprecian
diferencias en la rigidez y la altura constructiva.
Generalmente las dimensiones de la sección transversal de los elementos de estructuras mixtas son
mucho menores que en hormigón armado o en acero estructural solo.
La tabla siguiente, por ejemplo, compara las dimensiones de pilares y vigas mixtas de cierta
envergadura con piezas equivalentes en hormigón armado bajo las mismas condiciones de carga.
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Tradicionalmente se han desarrollado dos métodos constructivos ambos con sus ventajas y sus
inconvenientes que a continuación mencionamos:
• El método convencional de construcción del hormigón presenta un estilo muy bien considerado,
libertad de formas y contornos, fácil de manipular in situ, resistencia térmica, aislamiento al ruido y
resistencia contra el ataque químico. En contraste a estas ventajas se comporta deficientemente desde
el punto de vista de la relación entre resistencia y carga muerta, tiempo preciso de encofrado y la
prolongación en el tiempo de construcción debido al endurecimiento del hormigón. Además, dado que
el hormigón por sí sólo no soporta tracciones, se deben de colocar armaduras que implican nuevas
demoras constructivas.
Entonces comparando estos dos métodos, vemos que una combinación de ambos conduciría al camino
más económico.
Más que tomando solamente las ventajas de cada método incluso nuevas ventajas pueden alcanzarse.
Así por ejemplo, en la construcción mixta se pueden alcanzar mayores capacidades de compresión que
en el acero o en el hormigón. Pero también la rigidez y la redistribución plástica se pueden mejorar
combinando el acero estructural con el hormigón.
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Por un lado esto permite utilizar las reservas plásticas del sistema y por el otro reducir los coeficientes
de seguridad debido a la ductilidad inherente de los modos de fallo. Hablando sobre la construcción
mixta debería mencionarse que en muchos casos realmente la tecnología de edificación mixta es la
solución más eficiente. Estrictamente pieza mixta significa la interacción de dos materiales en un
elemento estructural (por ejemplo, un pilar de acero tubular relleno de hormigón) mientras que la filosofía
de la edificación mixta incluye la combinación de elementos o piezas estructurales elaborados con
diferentes métodos constructivos (por ejemplo, pilar de hormigón en combinación con una viga mixta y
un forjado prefabricado).
5.4.1.1. ELÁSTICO.
El análisis global elástico puede realizarse incluso cuando las propiedades de la sección se basen en
su resistencia plástica o no lineal, que es independientemente de la clase sección.
Para estado límite de servicio se debe utilizar análisis elástico, con las correcciones apropiadas debidas
a efectos no lineales como la fisuración, fluencia y retracción del hormigón.
El análisis elástico puede ser usado en todos los casos, habiendo definido previamente las propiedades
de la sección transversal homogénea, usando el coeficiente equivalencia que relaciona los módulos de
elasticidad de acero y del hormigón n=Ea/Ec.
Por lo tanto, para la losa de hormigón se considerará un área equivalente a la de acero, de valor Ac/n.
Así mismo hay que tener en cuenta las propiedades de la sección fisurada y no fisurada, ya que la
disminución de la rigidez una vez que el hormigón se ha fisurado es considerable.
Tipos de análisis:
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En este análisis no se tienen cuenta el efecto del deslizamiento en la superficie de contacto entre el
hormigón y acero.
En el hormigón, además, hay que tener en cuenta otros aspectos, que se contemplan en el EC como:
• Fluencia y retracción EC4 1.1, 5.4.2.2
• Secuencia de construcción EC 1.1, 5.4.2.4
• Efectos de la temperatura EC4 1.1, 5.4.2.5
5.4.1.2. PLÁSTICO.
Con este análisis podemos hallar el mecanismo de colapso de una estructura, y con ellos la carga última
rotura y localización de las rótulas plásticas. Sin embargo, no nos proporciona información de las
deflexiones, así como no tiene en cuenta las deformaciones elásticas.
Este análisis puede realizarse si el pórtico es intraslacional o de no más de dos pisos, las secciones
cumplen ciertos requisitos dados en EC3 1.1, 5.1.6.4 y 5.2.3.
Las secciones transversales de los elementos en los que se produzcan rótulas plásticas deben ser
capaces de desarrollar la rotación requerida en dicha rótula o ser de Clase 1 y no aparezca pandeo
lateral en ninguno de los miembros.
5.4.1.3. ELASTO-PLÁSTICO.
El EC4 nos da las reglas de aplicación para análisis elasto-plástico, que además sólo puede realizarse
por medio de métodos numéricos. En él hay que tener en cuenta la fisuración del hormigón,
redistribuciones plásticas locales, deslizamiento de la superficie de contacto entre el hormigón y el
acero, etc.
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5.5.1. HORMIGÓN.
La particularidad que introduce este material en las estructuras mixtas es que, en su deformación, se
distinguen componentes dependientes de las cargas exteriores e independientes a estas. A su vez,
ambas pueden ser instantáneas o dependientes del tiempo.
5.5.1.1. CLASIFICACIÓN.
La calidad de un hormigón queda definida por su resistencia característica a compresión Fck medida en
probeta cilíndrica a 28 días de edad; este valor será, 20 N/mm2 y no deben emplearse los de clase
superior a C50/60, salvo justificación especial sin que se indiquen reglas para ello.
5.5.1.2. RETRACCIÓN.
En casos normales, para la deformación por retracción libre a tiempo infinito desde el fraguado Ecs
pueden adoptarse los valores;
En ambiente seco (dentro o fuera de edificios, excluidos elementos rellenos hormigón);
Ecs = 350.10-6
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Ecs = 250.10-6
5.5.1.3. FLUENCIA.
Para tener en cuenta la fluencia basta con sustituir en el cálculo el área del hormigón por otra equivalente
de acero de valor Ac/n, siendo n el coeficiente que relaciona los módulos de elasticidad:
n= E a
E´c
Su valor nominal para deformaciones elásticas se adopta 0.2 y puede suponerse nulo si se admite que
el hormigón en tracción se fisura.
El diagrama tensión deformación por compresión tiene la forma genérica representada en la figura
siguiente, cuyas características se determinan por ensayos:
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A efectos de cálculo, se puede sustituir por otro simplificado: Para análisis estructural no lineal o plástico
y para efectos de segundo orden con cargas de corta duración, puede utilizarse el siguiente:
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Para análisis de la sección la idealización más usada que es el diagrama parábola rectángulo, cuyo
valor máximo Ecu toma 3.5 ‰; el diagrama de cálculo se obtiene reduciendo la tensión por un factor
α/ϒc , siendo;
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Como armaduras pasivas del hormigón se emplean barras corrugadas cuyos diámetros nominales se
ajustan una serie, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25, 32 y 40 mm. Las características mecánicas mínimas
garantizadas se indican en la siguiente tabla
El módulo de deformación longitudinal, por simplicidad, se tomará igual al del acero estructural,
Es=210000 N/mm2.
Se considera un diagrama simplificado constituido por dos ramas, la primera arranca del origen con
pendiente Es y llega hasta el valor Fsk ó Fsk/Ys según se trate de valor característico o de cálculo, y una
segunda rama horizontal, con una pequeña pendiente del orden Es/10000 para cálculo con ordenador.
En éste último caso la deformación se limita a 0.01.
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Todos los criterios del EC4 son aplicables a estructuras mixtas, no dan reglas de aplicación para los de
alta resistencia. Las resistencias se recogen en la siguiente tabla:
Además, para poder aplicar el cálculo de la resistencia plástica de secciones, el acero estructural ha de
cumplir:
El coeficiente entre resistencia tracción y límite elástico especificado (fu/fy) ha de ser mayor que 1.2.
•
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El alargamiento de rotura de una base de medida Igual a 5.65 veces la raíz cuadrada de valor inicial de
la sección transversal de la probeta, ha de ser igual o superior al 15%.
El coeficiente entre deformación bajo carga máxima Ey y deformación correspondiente a límite elástico
debe ser igual o superior a 20.
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5.5.4. CONECTORES.
Estos dispositivos para solidarizar el acero y hormigón en una pieza mixta, son elementos metálicos
que suelen ir soldados al perfil por lo que la calidad del material ha de ser adecuada a la técnica de
soldadura utilizada, y sus propiedades mecánicas deben verificar las mismas características que el
acero estructural para poder aplicar el cálculo de la resistencia plástica de secciones.
En el caso particular de acero para pernos se indica que la resistencia última no es el mayor de 500
N/mm2.
Los criterios para forjados mixtos con Chapa Nervada son aplicables a los construidos con los tipos
acero indicados en la siguiente norma;
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Las superficies exteriores de las chapas están protegidas frente a las condiciones atmosféricas que
deban soportar; no deben utilizarse protecciones distintas del galvanizado, salvo que sean verificadas
mediante ensayos.
Se recomienda que el espesor original de la Chapa sea mayor o igual a 0.75 mm, salvo que se utilice
sólo como encofrado. El uso de otras más delgadas no está prohibido, puede utilizarse cuando se
disponga de base teórica y resultados experimentales para justific
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6. CONCLUSIONES
- El sistema de muros portantes cumplen dos funciones principales : sirven para dividir las
habitaciones (sala, dormitorio, etc.) y cumplen también funciones estructurales, es decir,
soportan el peso de la construcción y la fuerza de los sismos.
- Los sistemas estructurales aporticados permiten más distribuciones en los espacios internos
del edificio, además de ser estructuras muy flexibles que atraen pequeñas solicitaciones
sísmicas y disipan grandes cantidades de energía gracias a la ductilidad que poseen los
elementos y la gran hiperestaticidad del sistema.
- Una de las principales desventajas del sistema aporticado es que presenta una baja resistencia
y rigidez a las cargas laterales. Por su alta flexibilidad" el sistema da lugar a períodos
fundamentales largos" lo cual no es recomendable en suelos blandos, además el uso de este
sistema estructural está limitado a estructuras bajas o medianas ya que a medida que el edificio
tenga más pisos" mayores tendrían que ser las dimensiones de las columnas" lo cual puede
hacer el proyecto inviable económica y arquitectónicamente.
- El sistema estructural mixto genera una estructura con una resistencia y rigidez lateral
sustancialmente mayor al sistema de pórticos, lo cual lo hace muy eficiente para resistir fuerzas
sísmicas siempre que haya una buena distribución de los elementos rígidos. Este sistema es
usado cuando en el edificio se tendrán fuerzas de distintos tipos (compresión, flexión y tracción)
y especialmente para proyectos con características especiales como grandes voladizos o
cargas concentradas en ciertos puntos y en regiones altamente sísmicas.
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7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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