diseño de vigas alveolares

Máster de Especialización en Estructuras Metálicas y Mixtas Recorrido americano

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B3 Edificios T1 Configuración estructural en edificio P1

Organización general de la estructura

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Máster de Especialización Especialización en Estruct uras Metálicas y Mixtas B3 Edificios T1

Configuración estructural en edificio

P1

Organización Organiza ción estruc tural en edifici edifici o

ÍNDICE DE CONTENIDOS 1.

Intro Int roduc duc ción ci ón .................................. .................................................... .................................... .................................... .................................... ......................... .......3

2.

Evol ució uc ión n de l os rasc acielos aciel os .................................. ..................................................... .................................... ................................. ................ 7

3.

Sistemas Sist emas Estru ctu rales en Edifi cios cio s Alto s ......... ............. ......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... ........ .... 18 3.1

Sistemas de Pórticos a Cortante ........................................................................ 18

3.2

Sistema de Triangulación Triangulación y Pórtico a Cortante .................. ......... .................. .................. .................. ............... ...... 20

3.3

Arriostramientos en forma de K, o X. .................. ......... ................. ................. .................. .................. .................. ............. .... 21

3.4

Pórticos a cortante, Celosías Verticales, Perimetrales y de Conexión ................ ......... ....... 21

3.5

El Tubo Porticado Porticado............................... ................................................. .................................... .................................... ............................ ..........24

3.6

El Tubo Triangulado ........................................................................................... 27

3.7

Sistema de Tubos Agrupados o Tubo Modular Modular .................. ......... .................. .................. .................. ............... ...... 29

3.8

Sistemas de tubos compuestos .......................................................................... 32

4.

Edif icio ic ioss relevant rel evantes es .................... ...................................... .................................... .................................... .................................... ......................... ....... 34

5.

Estru Est ruct ctur ura a vert ical ic al ......................... ........................................... .................................... .................................... .................................... ...................... .... 36

6.

5.1

Sistema de transmisión vertical de cargas.................. ......... .................. .................. .................. .................. ............. .... 36

5.2

Configuración de los pórticos ............................................................................. 40

Tipo de unio un iones nes ...................................... ........................................................ .................................... ................................... ............................... .............. 47 6.1

Uniones Atornilladas .......................................................................................... 47

© Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.



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ÍNDICE DE CONTENIDOS 1.

Intro Int roduc duc ción ci ón .................................. .................................................... .................................... .................................... .................................... ......................... .......3

2.

Evol ució uc ión n de l os rasc acielos aciel os .................................. ..................................................... .................................... ................................. ................ 7

3.

Sistemas Sist emas Estru ctu rales en Edifi cios cio s Alto s ......... ............. ......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... ........ .... 18 3.1

Sistemas de Pórticos a Cortante ........................................................................ 18

3.2

Sistema de Triangulación Triangulación y Pórtico a Cortante .................. ......... .................. .................. .................. ............... ...... 20

3.3

Arriostramientos en forma de K, o X. .................. ......... ................. ................. .................. .................. .................. ............. .... 21

3.4

Pórticos a cortante, Celosías Verticales, Perimetrales y de Conexión ................ ......... ....... 21

3.5

El Tubo Porticado Porticado............................... ................................................. .................................... .................................... ............................ ..........24

3.6

El Tubo Triangulado ........................................................................................... 27

3.7

Sistema de Tubos Agrupados o Tubo Modular Modular .................. ......... .................. .................. .................. ............... ...... 29

3.8

Sistemas de tubos compuestos .......................................................................... 32

4.

Edif icio ic ioss relevant rel evantes es .................... ...................................... .................................... .................................... .................................... ......................... ....... 34

5.

Estru Est ruct ctur ura a vert ical ic al ......................... ........................................... .................................... .................................... .................................... ...................... .... 36

6.

5.1

Sistema de transmisión vertical de cargas.................. ......... .................. .................. .................. .................. ............. .... 36

5.2

Configuración de los pórticos ............................................................................. 40

Tipo de unio un iones nes ...................................... ........................................................ .................................... ................................... ............................... .............. 47 6.1

Uniones Atornilladas .......................................................................................... 47


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6.2

7.

Uniones Soldadas .............................................................................................. 53

Estru Est ruct ctur ura a hori ho rizont zont al ............................................ .............................................................. .................................... .................................. ................ 57 7.1

Organización de la estructura horizontal ............................................................ 57

7.2

Tipos Tipos de forjados forjados................................... ..................................................... .................................... .................................... ......................... .......62


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Máster de Especialización en Estruct uras Metálicas y Mixtas B3 Edificios T1


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Organización estruc tural en edifici o

1.

Introducción

Edificio alto : No es tarea fácil distinguir cuál es el aspecto que caracteriza a un edificio como alto, ya que su altura relativa depende del entorno donde esté enclavado. Así, un edificio de 6 plantas en una ciudad pequeña, habitualmente es considerado como Torre y el mismo en New York pasaría absolutamente desapercibido. Desde el punto de vista del diseño estructural, esta clasificación guarda estrecha relación con las solicitaciones horizontales (viento o sismo) y las deformaciones que éstas imponen. Los métodos corrientes de cálculo (incluso el de los Elementos Finitos), son aplicables en el estado no deformado, por lo tanto, será preciso limitar las deformaciones individuales de los miembros integrantes para poder garantizar las condiciones de aplicabilidad de un determinado método o de lo contrario será preciso realizar el estudio de los mecanismos de 2º orden. Caso contrario, estaremos abordando valores de solicitaciones internas erróneos y por consiguiente a dimensionados incorrectos. La estructura, transmite las acciones de peso propio, de uso y accidentales hasta la cimentación, asegurando, adecuadamente, los siguientes aspectos,

- Resist encia: es la mayor o menor capacidad de una estructura para evitar la rotura. Hay que garantizar la seguridad mínima requerida frente a las posibilidades de colapso de la construcción.

- Rigidez: representa la mayor o menor capacidad de la estructura para oponerse a la deformación. Hay que evitar deformaciones excesivas, controlar las vibraciones y contribuir a la estabilidad del edificio. Las vibraciones excesivas tienen incidencia en el confort de las personas o en la utilización de máquinas o equipos sensibles.

- Estabilidad : define la capacidad de ésta, para mantener su condición original de equilibrio.

- Ductilidad : la estructura debe ser capaz de sufrir suficientes deformaciones plásticas antes de alcanzar alguna forma de colapso.


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Existen diversos sistemas estructurales con los que puede construirse un esqueleto de un edificio. Un sistema resultará eficiente si las condiciones de rigidez no hacen aumentar las secciones de los elementos estructurales más allá de los valores que poseen para cumplir con los valores de resistencia. Puede observarse globalmente, que un edificio es un voladizo sujeto en su base y solicitado por cargas (axiales, horizontales y momentos) a lo largo de toda su altura. En edificaciones de baja altura , las acciones gravitatorias son las que generan las solicitaciones dominantes que definirán la forma y cuantía estructural, sin que las demás acciones (inclusive las horizontales) provoquen una interferencia capaz de influir en el diseño. Los edificios bajos tienden al modelo de sólido de compresión, el cual goza de excelentes características de estabilidad. A medida que la construcción comienza a crecer en altura, el volumen comienza a ganar esbeltez, y por otro lado las acciones horizontales comienzan a dominar sobre las gravitatorias, con lo que la estructura paulatinamente abandonará el modelo de sólido de compresión para adquirir el de un verdadero voladizo empotrado en el suelo . Por otra parte, todos los elementos estructurales con que se integra una estructura, aunque con diferente gradiente, entran en pérdida de rigidez conforme que el edificio comience a ganar altura, y con ello comienzan a desencadenarse una serie de mecanismos propios de las estructuras de los edificios altos tales como la Inestabililidad Elástica, la Rotación de la Base, etc. En definitiva, en edificios de gran altura la Rigidez prima sobre el problema Resistente. Las estructuras de edificios altos se conciben como un gran voladizo empotrado en el suelo, solicitado axialmente por las cargas verticales (gravitatorias) y transversalmente por las acciones horizontales (sismo o viento). El problema resistente se enmarcaría en el ámbito dela flexo-compresión.


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Los elementos estructurales básicos con los que nosotros podemos conformar una estructura son: •

Pórtico Dúctil.

•

Pórtico Rígido.

Pantalla.

•

•

Estructuras Mixtas.

Núcleo.

•

Tubo.

•

Deformaciones: Las cargas, generan un movimiento vibratorio con amplitud y frecuencia propias, y guardará una estrecha vinculación con el confort y la habitabilidad de la estructura. Se recomienda que la flecha o cabeceo en la cima no deba pasar de h/500 donde h es la altura total del edificio, y en principio sin contar con la colaboración que al respecto realicen los muros o tabiques interiores.

Estabilidad: Una mención aparte merece el pandeo que proviene como consecuencia de un mecanismo de 2º orden. Este mecanismo se manifiesta como una sobre flexión de las columnas debido al descentrado de las cargas gravitatorias producido por la deflexión lateral que generan las fuerzas horizontales durante su actuación. La razón de este fenómeno radica en el hecho de que en estructuras de edificios altos no se pueden despreciar algunos mecanismos de 2º orden y si el método de cálculo no lo tiene en cuenta es preciso incorporar cálculos complementarios para su corrección.

Hasta 10 plantas , Podríamos casi asegurar que el problema resistente domina sobre la rigidez, y por este motivo durante mucho tiempo se aceptaron procedimientos simplificados de cálculo acompañado de un somero estudio de las acciones horizontales.

Más de 10 plantas , no podemos obviar el fino estudio de las deformaciones. Y, para seguir adelante, es preciso estudiar el Sistema Estructural, como única vía de proceder a conferir al edificio en altura de una estructura eficiente y cuyo costo se enmarque dentro de los costos estándares.


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Otro fenómeno que merece comentario es el de la deformación del suelo y la interacción suelo-estructura. Las cargas gravitatorias y horizontales que actúan sobre una estructura deben ser transmitidas a la tierra a través de la estructura de cimentación. En principio podríamos decir que la altura del edificio no afecta los principios de diseño de los firmes de cimentación. Las fuerzas gravitatorias , por lo general, crecen linealmente con el número de pisos y no provocan importantes deformaciones (salvo que se presenten grandes asimetrías tanto geométricas, de cargas o de rigidez). En contraste con estas, están las fuerzas horizontales , que provocan deformaciones que varían con la cuarta potencia de la altura (se trata de un voladizo), y por lo tanto generan deformaciones capaces de superar fácilmente los rangos anteriormente citados. Diremos por lo tanto que en el edificio en altura, la solicitación dominante es la solicitación horizontal.


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2.

Evolución de los rascacielos

Los primeros edificios en altura datan de finales del siglo XIX. El sistema constructivo de la época, como es conocido, es el de mampostería portante; y el ejemplo más importante en este sistema constructivo lo constituye el MonadnockBuilding de Chicago (figura 2.1), un edificio de oficinas de 17 plantas proyectado por los arquitectos Daniel H. Burnham y John W. Root, construido entre los años 1889/1891.

Figura 2.1 Monadnock Buildi ng de Chicago Cortesía: www.ou.edu © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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En este rascacielos primitivo, de estructura de mampostería y con muros portantes , las cargas gravitatorias son conducidas hacia los cimientos a través de los muros. En el caso del MonadnockBuilding al nivel de planta baja, los muros exceden los 2,10 m de espesor, lo que implica que a este nivel, la superficie ocupada por los muros estructurales llega alrededor del 20% de la superficie de la planta (configurando un elevadísimo nivel de interferencia con el proyecto arquitectónico, generando serios problemas a la circulación horizontal. Si por otra parte, analizamos el cociente entre la carga de utilización de la estructura contra el peso total de la estructura, veremos que este índice es bastante bajo, es decir mucha masa estructural para poca carga de explotación. Esto nos lleva a pensar que dicha altura (64 metros) está muy cerca del límite de altura para este sistema constructivo. Este es el último rascacielos en que se empleó este método de construcción, y representa un hito en la historia de los rascacielos.

En 1885, un ingeniero americano, de vasta experiencia en construcciones militares y ferroviarias, William Le BaronJenney, se convirtió en el padre del rascacielos moderno. Al proyectar el Home InsuranceBuilding de Chicago (La Casa del Seguro), un edificio de oficinas relativamente bajo (10 pisos) tuvo la ingeniosa idea de reemplazar a la mampostería portante por un armazón de vig as y co lumnas d e acero sobre los que apoyó los pisos y los muros, ya sin función estructural (al menos primaria).


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Figura 2.2 Home Insurance Buildin g de Chicago Cortesía: http://chicagoarchitecture.info Esta concepción, que implican tanto un nuevo concepto estructural (pórtico) y un nuevo material: el acero. El acero, 150 veces más resistente que la mampostería, traía consigo un sinnúmero de ventajas con relación a la construcción con mampostería portante. Tantas ventajas, en especial de índole económica trajeron un rápido reconocimiento de este tipo constructivo por parte de los ingenieros de la época y el apoyo oportuno de dos factores


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adicionales como la expansión económica de los Estados Unidos de fines del siglo XIX y el desarrollo del ascensor, abrieron camino al desarrollo del moderno rascacielos. Con un sistema constructivo adecuado en mano, y una creciente demanda de oficinas en las inmediaciones de los distritos financieros, rápidamente se desarrolló la industria que en muy poco tiempo entró en la carrera por el techo del mundo. Rápidamente se superó las 17 plantas del Monadnockbuilding, y se desarrollan muchos edificios de 20 plantas y más. Históricamente, el desarrollo de edificios metálicos de gran altura es deudor de la rápida expansión que tuvo lugar en Chicago después del gran incendio de 1871 . Mientras el acero proporcionaba la resistencia básica para soportar las cargas gravitatorias, los cerramientos de mampostería proporcionaban por sí mismos una considerable rigidez frente a las fuerzas del viento, además de protección frente al incendio. Aunque los cerramientos contribuían considerablemente a la rigidez lateral, el propio pórtico había de soportar buena parte de las fuerzas del viento. La expresión arquitectónica seguía dominada por la obra de terracota, ladrillos o materiales similares que, a menudo, también formaban ornamentos, balcones y otras decoraciones de las fachadas. Por encima de las 20 plantas, se requiere restringir la deformabilidad horizontal del pórtico. así se logra mantener en los límites de deformación gracias a una adecuada combinación de dichos elementos y aparecen los llamados rascacielos de primera generación.


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En 1909 la MetLife Tower alcanza los 213 metros

Figura 2.3 MetLife Tower de New York Cortesía: www.skyscrapercity.com


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En 1913 la torre Woolworth alcanzaba con 57 pisos los 241 metros,

Figura 2.4 Woolwort h de New York Cortesía: http ://american-architecture.info


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En 1930 se construyen los dos máximos exponentes el Chrysler Building de 319 metros y 77 pisos.

Figura 2.5 Chrysler Build ing d e New York Cortesía: www.howardmodels.com © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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Y el EmpireStateBuilding con 381 metros y 102 pisos.

Figura2.6 Empire State Buildin g de New York Cortesía: htt p://upload.wikimedia.org

Sabías que… El EmpireStateBuilding, para un viento de 130 km/h produce una oscilación apenas perceptible, lo que habla de la eficiencia de su diseño, y uno más sorprende cuando se piensa que en dicha fecha, el cálculo estructural sólo contaba con laboriosos métodos de cálculo como el Teorema de Castigliano o el Método de las Fuerzas y se manejaba estructuras de más de 2000 grados de hiperestaticidad (plana) que implican la resolución de sistemas de más de 2000 ecuaciones con 2000 incógnitas.


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Cabe destacar que todos estos edificios se encuentran en servicio en la actualidad, con más de 70 años de vida. Al aumentar la demanda de estructuras más ligeras, más altas y construidas en menos tiempo, se mantuvo el mismo “vocabulario” de pórticos con uniones rígidas atornilladas o soldadas, a menudo con arriostramientos contra el viento entre algunos pilares del núcleo. Con el tiempo, el cerramiento de mampostería dio paso a formas más ligeras, las particiones fueron sustituidas por paneles ligeros, y la protección contra el incendio de hormigón fue substituida por un material ligero proyectado. Esta tendencia queda reflejada en el edificio de 25 plantas LeverHouse de Nueva York , construido en 1952, que tiene una fachada de metal y cristal y materiales no estructurales ligeros.

Figur a 2.7 Lever House de New York Cortesia: www.howardmodels.com © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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La influencia de Mies van der Rohe , por lo que se refiere a la modularidad de las fachadas y la expresión estructural del pórtico, permitió la arquitectura exterior de los edificios altos de los cincuenta y sesenta. La evolución del muro-cortinade metal y cristal no sólo permitió cerramientos más ligeros sino también sistemas de cierre simplemente apoyados en la estructura. El plano del piso se dividió en un esquema de emparrillado de vanos regulares en todas direcciones y las dimensiones de los vanos entre 7.5 y 10 m eran habituales. Los Pórticos a Cortante (Vierendeel) eran básicamente muy ineficaces para resistir las fuerzas del viento, ya que no podían obtener rigidez de cerramientos integrados en la estructura y la importancia estructural de la altura era considerable. Se reconoció que el concepto de pórtico a cortante era anti-económico para estructuras de más de 35 plantas de altura

Figura 2.8 Pórtico a cortante (Vierendeel)

La idea de que los componentes de acero pueden montarse de varias formas para conformar un sistema tridimensional general que pueda resistir con eficacia las fuerzas del viento como un sistema total empezó a aparecer en los sesenta.


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La problemática para la proliferación de los rascacielos radicaba en los elevados costes de material para llevar a cabo la estructura. El ingeniero americano FazlurKhan , buscó sistemáticamente una evolución lógica de los sistemas de gran altura. Planteó el diseño de las estructuras que rebajaba los costes y se hizo realidad el edificio John Hancock tubular de de Chicago con 100 plantas y 344 metros de altura. Unos años más tarde introdujo otro sistema estructural conocido como el “BundledTube” (Tubulares agrupados). Con este sistema se construyó la Sears Tower con 110 plantas y 442 metros de altura. Se superaba en altura al EmpireState (381m) y su coste por metro cuadrado era inferior. Además la estructura concentrada en la fachada daba diafanidad a la arquitectura interior con lo cual se aumentaba la versatilidad funcional del espacio. Los desarrollos del Sr. Kahn son, hoy en día, sistemas convencionales de diseño de rascacielos.

Figura 2.9 John Hancock Center Cortesía: www.chicagoarchitecture.info


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3.

Sistemas Sistemas Estructu Estru cturales rales en Edifici Edifi cios os Altos Alto s

A continuación se ofrece una breve exposición de los sistemas metálicos de gran altura. Las descripciones de los sistemas son de naturaleza conceptual.

3.1 3.1

Sistemas Sist emas de Pórtico Pórti coss a Cortante Cortant e

En los pórticos a cortante o “Vierendeel”, las vigas y pilares están unidos rígidamente para proporcionar resistencia a flexión en las uniones Se colocan en dos direcciones ortogonales para resistir las fuerzas del viento en ambas direcciones. direcciones. Normalmente se utilizan luces entre pilares de entre 6 y 9 m. En estos pórticos a cortante, la principal aportación a la flecha horizontal bajo carga de viento viene de la flexión de las vigas y los pilares debida al cizallamiento por el viento y, en menor medida, del acortamiento de los pilares o del efecto de voladizo.

Figura 3.1 Pórtico a Cortante (Vierendeel)


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Un ejemplo destacado de esta expresión es el edificio de Business MensAssurance , en Kansas City, una estructura de 20 plantas construida hacia 1960.

Figura 3.2 Business MensAssurance En la práctica habitual, los edificios con pórticos a cortante puros quedan restringidos a sólo unas pocas plantas de altura, dado que se dispone de otras formas más eficaces. No obstante, la forma rectilínea limpia de “Vierendeel” puede seguir siendo la preferida en casos en los que otras formas, que incluyen diagonales o cerchas, pueden interferir con la programación arquitectónica y espacial. La ineficacia básica de los edificios de pórticos a cortante proviene de la necesidad de uniones rígidas resistentes al momento, que son caras de fabricar, además de que precisan gran cantidad de acero. La optimización de los pórticos con sentido práctico se ha centrado en reducir al mínimo el número de tales uniones, sustituir la soldadura in situ por el atornillado y criterios similares. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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3.2

Sistema de Triangulación y Pórtico a Cortante

Si la organización del núcleo lo permite, pueden colocarse triangulaciones verticales. La combinación del pórtico a cortante y los arriostramientos verticales provoca la interacción de dos modos de comportamiento, •

Pórtico a cortante: resiste las fuerzas gravitatorias.

•

Sistema en voladizo : resiste las fuerzas del viento y proporcionan rigidez lateral con más eficacia que los pórticos a cortante.

Figura 3.3 Pórti co a cortante con triangul ación En este sistema estructural coexisten dos tipologías estructurales y en definitiva cada uno de ellas contribuye a suplir las carencias de la otra. La deformación del pórtico a cortante es distinta a la deformación del sistema en celosía. Bajo la suposición de diafragmas rígidos en los forjados de cada planta, las deformaciones de ambos tipos de estructura están obligadas a igualarse y así la deformada será la de un modelo intermedio. En los pisos inferiores, el pórtico a cortante se deforma mucho y el pórtico en voladizo se deforma menos. Así, en los pisos inferiores el pórtico a cortante absorberá la mayor parte del esfuerzo a cortante de las cargas externas. En los pisos superiores, por el contrario, la deformación relativa del pórtico a cortante es pequeña y la del sistema en voladizo es mayor. En este caso, el sistema en © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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voladizo absorbe las cargas de cortante y el pórtico a cortante se cuelga del sistema en voladizo. Este tipo de sistema interactivo tiene un gran campo de aplicación en estructuras entre 10 y 40 plantas. En edificios más bajos, puede suprimirse el efecto rigidizador del pórtico, con el resultado de que sólo los núcleos en celosía soportan todas las fuerzas del viento.

3.3

Arriostr amientos en forma de K, o X.

La forma de K: las diagonales no participan mucho en soportar la carga gravitatoria y, por tanto, pueden proyectarse para esfuerzos axiales debidos al viento. La forma de X: las fuerzas axiales gravitatorias pueden dominar el diseño de las diagonales.

3.4

Pórticos a cor tante, Celosías Verticales, Perimetrales y de

Conexión Los pórticos a cortante y las celosías en el núcleo pueden enlazarse por medio de un sistema de celosías intermedias y perimetrales que se colocan a nivel del forjado, donde no interferirán con la planificación del espacio interior. El análisis de la curva de flexión muestra dos efectos de rigidización: •

Uno relacionado con la participación de los pilares externos en un modo de voladizo de toda la anchura del edificio.

•

El otro relacionado con la rigidización del pórtico de la fachada gracias a las celosías perimetrales.

Comparando sistemas de celosía y pórtico a cortante sin estas celosías, pueden conseguirse aumentos de la rigidez general hasta del 25%


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Figura 3.4 Pórti co a cortante con triangul ación


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Un ejemplo de este tipo de edificios es el Wisconsin Centre, en Milwaukee, un edificio de 42 plantas estructurado de esta forma.

Figura 3.5 Wiscon sin Centre


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3.5

El Tubo Porticado

Si el pórtico a cortante de la fachada se refuerza reduciendo la distancia entre pilares yaumentando las dimensiones de las barras y si tales pórticos son continuos en las esquinas, el pórtico general se transforma en un tubo en voladizo, empotrado en el suelo. La eficacia del voladizo depende de la minimización de la parte de flecha horizontal debida al pórtico a cortante. Un objetivo básico es reducir este componente a menos del 25% de la flecha horizontal total de forma que la deformación predominante sea la de un sistema en voladizo.

Figura 3.6 Eficacia voladizo respecto el pórt ico a cor tante


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Si se colocan dichos pórticos en las cuatro caras de una torre se obtiene una configuración tubular hueca. El sistema de tubo porticado se utilizó por primera vez, realizado con hormigón armado, a mediados de los sesenta. El sistema se adoptó posteriormente para edificios de acero. Las proporciones del tubo porticado exigen elementos anchos tanto para vigas como para pilares y las uniones deben ser rígidas. Con hormigón, la unión rígida se consigue mediante hormigón realizado in situ, mientras que con acero es necesario soldar las uniones para conseguir rigidez y armar chapas para tener secciones grandes. La utilización de un Módulo de Árbol prefabricado para tubos porticados en el que todas las soldaduras se realizan en el taller en posición horizontal, ha hecho los tubos porticados de acero más prácticos y efectivos.

Figura 3.7 Módulo de árbol © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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Posteriormente, se montan los “árboles” atornillándolos por la parte central de las vigas. Los edificios de tubos porticados de acero implican distancias entre pilares de 3 a 5m en el exterior que pueden mantenerse o, si es preciso, aumentarse a distancias mayores en las plantas inferiores para acoger las actividades habituales al nivel de la calle. Estos sistemas tubulares se han utilizado ampliamente en estructuras entre 30 y 110 plantas de altura. Un ejemplo destacado fue el WorldTrade Centre de Nueva York. La siguiente figura muestra una configuración plana concreta utilizada como tubo porticado. Si se mantiene la proporcionalidad de los elementos de los tubos, cualquier forma global cerrada puede utilizarse como sistema tubular.

Figura 3.8 Tubo port icado


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3.6

El Tubo Triangulado

La estructura más eficaz actuando como voladizo es el sistema triangulado exterior. Este sistema se utilizó por primera vez en el John Hancock Centre de Chicago,

Figura 3.9 John Hancock Centre Cortesía: www.urb anity.es El sistema es básicamente un tubo reticulado en el que las diagonales no sólo actúan como cerchas en el plano sino que interaccionan con las celosías de las fachadas perpendiculares para desarrollar la acción de tubo. Una importante ventaja del tubo reticulado es que elimina la necesidad de tener los pilares poco separados del tubo porticado ya que los arriostramientos evitan el fenómeno de retraso por cortante.


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En el John Hancock Center, la separación de los pilares de la cara larga es de 12,2 m y en la corta de 7,62m. Otra ventaja de este tubo es que el interior está libre de estructuras para resistir la acción del viento. Por tanto, es óptimo para edificios multifuncionales. El sistema se completa con los pilares interiores precisos y un sencillo entramado de forjado.

Sabías que… La estructura de 100 plantas y 337,5 m de altura del John Hancock sólo precisó 141,8 kg de acero por metro cuadrado de superficie bruta de forjado. El cálculo de la mayoría de los elementos fue condicionado por las fuerzas gravitatorias, más que por las del viento. La fabricación de uniones en el taller y su atornillado insitu permitieron técnicas de fabricación y montaje más sencillas. La estructura claramente disciplinada estableció la base de la arquitectura exterior de este edificio.


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3.7

Sistema de Tubos Agrupados o Tubo Modular

La necesidad de una modulación vertical lógica ha creado una variación de la estructura tubular basada en el agrupamiento de tubos de menor tamaño, cada uno de los cuales alcanza una altura distinta. Esta variación se ejemplifica en el sistema de tubos agrupados de las Torres Sears de Chicago:

Figur a 3.10 Torres Sears Este edificio aportó una nueva forma genérica para estructuras denominadas de “tubos agrupados” En la torre Sears, el tubo empaquetado está formado por módulos cuadrados de 22,86 m. Estos tubos alcanzan alturas distintas y finalizan cuando, arquitectónica y estructuralmente, ya no son precisos. Las paredes del tubo están formadas por soportes a 4,57 m entre ejes y vigas de canto en cada piso. La introducción de líneas de tubo porticado


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en el interior redujo notablemente la influencia del efecto del “retraso de cortante” que presentan los tubos exteriores de grandes dimensiones. Una importante ventaja del sistema de los tubos agrupados es la gran resistencia a la

torsión, que ayuda a absorber los esfuerzos laterales debidos a la asimetría. Además de cumplir los criterios de deformación y resistencia frente al viento, son precisas la especificación de los elementos y uniones en busca de la ductilidad y una adecuada secuencia de formación de rótulas plásticas. Si se utilizan vigas de mayor canto se consigue mayor eficacia tubular. No obstante, esta ventaja tiene que adecuarse al principio de pilar fuerte y viga débil para garantizar las rótulas plásticas en la viga. La torre del Allied Bank de Houston , de 75 plantas y 296 m, es otro ejemplo de la aplicación del tubo de estructura agrupada.

Figura 3.11 Allied Bank


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Figura 3.12 Esquema planta del Allied Bank

Está formado por dos cuartos de círculo colocados antisimétricamente hacia el eje tubular. Las distancias entre ejes de los pilares son de 4,57 m, con la construcción tipo “árbol” habitual. El sistema también utiliza dos celosías vertic ales en el núcleo , conectados al tubo exterior por medio de una celosía de conexión y perimetral. Gracias a la participación de las celosías se consigue una gran mejora del comportamiento tubular. Este sistema incorpora, por tanto, elementos del tubo porticado, de los tubos agrupados y de los sistemas de celosías de zunchos y vigas en voladizo.


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3.8

Sistemas de tubos compuestos

El primer Canadian Centre de Calgary, Canadá , está formado por dos torres y un pabellón paralelo de diez plantas ubicados en un terreno en forma de L. Las torres tienen 64 y 43 plantas. Para este prominente lugar en forma de L era muy deseable una forma que proporcionara vistas diagonales sobre las montañas y sobre la ciudad.

Figur a 3.13 Canadian Centr e © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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Ambas torres tienen formas similares, constituidas básicamente por un paralelogramo con esquinas truncadas y vueltas hacia el interior. El concepto estructural se basa en un doble tubo formado por uno porticado exterior de hormigón armadoy uno interior de pantallas. El sistema, mostrado en la figura lo completan una estructura de forjado de acero y pilares interiores de acero. El sistema tubular exterior es una combinación de tubo porticado de vigas y soportes con paredes macizas en las esquinas.


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4.

Edificios relevantes

BurjDubai Actualmente es el edificio más alto del mundo aunque le han salido competidores en la carrera del edificio más alto del mundo. La altura definitiva de este edificio se ha mantenido como un misterio durante años. El edificio ha tocado techo a los 818 metros. Es un edificio con 205 plantas y 344.000 m 2 construidas. Dispone de 53 ascensores. Se trata del edificio de hormigón armado más alto del mundo. Se está bombeando hormigón hasta los 590m. A partir de este punto, la estructura es de acero. La cimentación es gigantesca con un sistema de pilotaje sobre suelo arenoso y con nivel freático. Para evitar que las paredes de los agujeros se derrumbaran se inyectó un polímero más denso que el agua y más ligero que el hormigón. Se han construido 200 pilotes para soportar la carga de 0,5 millón de toneladas. El viento de la zona puede provocar el balanceo de los pisos superiores de la estructura, intensificando a mayor altura. La forma triangular del edificio reduce turbulencias, remolinos y corrientes de succión de tal manera que se comporte de una forma aceptable para el confort de los ocupantes. El edificio se ha calculado para resistir cargas sísmicas de hasta 7grados (Richter) gracias a la rigidez del corazón de la estructura y la cimentación mediante pilotaje.

Para más información: http://www.burjdubai.com/


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Figura 4.1 BurjDubai

Ejercicio

Se propone al alumno que escoja una estructura con cierto interés estructural y que recopile información relativa a su estructura y ejecución. El objetivo es que entre todos los alumnos se realice una base de datos de estructuras interesantes con comentarios. Lo podéis mandar en formato Word a cualquier profesor del curso. Recopilaremos la información recibida para realizar una publicación web que esté a disposición de todos.


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5.

Estructura vertical

Una estructura de un edificio es tridimensional y en general puede dividirse en pórticos

bidimensionales para simplificar los modelos de cálculo y entender mejor su comportamiento real. Se sugiere la modelización tridimensional de una estructura cuando ésta presente fenómenos de torsión debido a la complejidad de su geometría. Cuando se disponga de una disposición irregular de arriostramientos también será necesaria una modelización en tres dimensiones de la estructura. Siempre que sea posible se recomienda la modelización de una estructura mediante modelos 2D simplificados. En ocasiones, la cimentación puede determinar la estructura de un edificio. Cuando la cimentación sea costosa debido al tipo de terreno, y se requiera de pilotaje, pantallas, cajones de cimentación, etc se tenderá a reducir el número de pilares con el consiguiente aumento de la luz entre pilares.

5.1

Sistema de transmisión vertical de cargas

A continuación se explican tres sistemas distintos de transmisión de cargas verticales. Transmisión directa Las cargas de los forjados se recogen con las viguetas o vigas y éstas transmiten la carga a los pilares. La carga se conduce directamente a la cimentación a través de los pilares. En la figura 5.1 se observa que el sistema de transmisión directa puede disponer de arriostramientos o bien disponer de un pórtico globalmente resistente para soportar las cargas horizontales. La carga desciende a la cimentación y su camino no se interrumpe en ningún momento. La consecuencia directa es una estructura lógica que se traduce en un menor coste.


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Figura 5.1 Sistemas de transmi sión d irecta

Transmisión indirecta Este sistema interrumpe el descenso vertical de las cargas de los pilares y se desvía mediante elementes horizontales hacia otros pilares. Nos podemos encontrar varios sistemas que interrumpe el descenso de las cargas. En la siguiente imagen se destacan los más significativos: •

Arriostramientos.

•

Jácenas de apeo.

•

Jácenas de apeo en voladizo mediante núcleo central.

•

Variantes de los anteriores.


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Figura 5.2 Sistemas de transmi sión i ndir ecta Todos estos sistemas tienen en común la necesidad arquitectónica de reducir el número de pilares. Un caso menos frecuente, cuando el terreno impide el apoyo del edificio en una zona en concreto con lo cual se desvía la carga hasta pilares que puedan cimentarse correctamente.


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Suspendidos Este sistema es el más antinatural de los tres. Ocurre cuando las cargas de los forjados se transmiten en sentido ascendente a través de unos pilares que hacen la función de tirantes. La carga fluye por los tirantes hasta que es reconducida por unos pilares que la transmiten en sentido descendente hacia la cimentación. En la siguiente figura, se indican distintas opciones •

Arriostramientos. Jácena.

•

•

Jácena con núcleo central.

•

Variantes de los anteriores.

Figura 5.3 Sistemas suspendido s © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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5.2

Configuración de los pórticos

Son muchas las variables a tener en cuenta en la optimización de la estructura. La configuración del pórtico es muy importante y por lo tanto, a continuación se explican y analizan de manera cualitativa las opciones más frecuentes. Pórtico con vigas isostáticas Las vigas y viguetas que recogen la carga de los forjados están articuladas en la unión con el pilar. De esta manera, en el pilar no se le transmiten momentos y únicamente recibe compresiones. En definitiva, las vigas son isostáticas y los pilares son continuos a lo largo de toda su longitud. Este sistema, con los pilares articulados en la base requiere de arriostramientos que absorban las fuerzas horizontales. Los arriostramientos se pueden diseñar con triangulaciones, pantallas, núcleos de hormigón, etc. Características: - Cabe destacar que, con este sistema no se optimiza el coste material del conjunto pero se consigue una facilidad constructiva que generalmente compensa el incremento de coste material. - El pórtico con nudos articulados en la base requiere necesariamente de arriostramientos para garantizar la estabilidad. En tal caso, la estructura es intraslacional y se pueden despreciar los efectos de segundo orden. - En ausencia de momentos en los pilares, estos se dimensionan por esfuerzo axil. Para disminuir la sección, se suelen utilizar aceros de alto límite elástico como el S460. - Una ventaja para el cálculo de estas estructuras es que cada uno de los elementos se pueden calcular de manera independiente. Así, nos evitamos herramientas de cálculo potentes. - Se obtiene las vigas primarias con cantos elevados debido a su cálculo articuladoarticulado. Generalmente, se dimensionan por deformación. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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- Los asientos diferenciales entre pilares afectan de manera poco relevante a cada elemento de la estructura debido al isostatismo de la estructura. Este tipo de estructuras se aplican en: 

Geometrías arquitectónicas irregulares.



Edificios entre medianerías, ampliaciones en estructuras existentes.

Para disminuir el incremento de coste de la estructura principal, se suelen utilizar forjados mixtos que disminuyen significativamente el peso global. En forjados mixtos isostáticos, el hormigón trabaja exclusivamente a compresión con lo cual se evitan problemas de fisuración. En definitiva, este tipo de pórtico requiere de más material pero su facilidad constructiva y de cálculo puede llegar a compensarlo.

Figura 5.4 Pórtico con v igas isostáticas


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Pórtico con vigas continuas Las vigas primarias tiene continuidad y transmiten a los pilares esfuerzos de compresión exclusivamente. Los pilares se encuentran articulados en la unión con las vigas primarias. En cimentación, los pilares se encuentran articulados. Las fuerzas laterales se absorben mediante arriostramientos que pueden ser triangulaciones, pantallas o núcleos de hormigón. Características: - Debido a los arriostramientos, el pórtico es intraslacional. De esta manera, nos evitamos la consideración de los efectos de segundo orden con lo cual el cálculo se simplifica. - Los pilares se dimensionan para los esfuerzos de compresión que le transmiten las vigas principales. Así, en ausencia de momentos flectores, los pilares se diseñan a compresión y con aceros de límite elástico elevados (S355 o S460). - La estructura se calcula con un análisis global elástico. Cabe la posibilidad de una redistribución limitada de las leyes de esfuerzos en las vigas continuas. Estas vigas hiperestáticas pueden calcularse de manera independiente. - Los cantos de las vigas son menores que en el caso anterior. - La construcción y montaje con esta disposición de pórtico es sencilla. - Debido a la articulación en la base de los pilares, es una estructura adecuada para terrenos en malas condiciones.

Figura 5.5 Pórtico c on vi gas cont inuas. Cortesía de APTA © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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Pórtico c on vig as articu ladas a ménsulas La unión entre viga y pilar se realiza mediante ménsulas solidarias al pilar. La unión articulada entre viga y ménsula se encuentra cerca del punto de momento nulo. Características: - La longitud de la ménsula se limita a 2,50m por requerimientos de transporte. Con esta configuración, el pilar recibe axiles y momentos provenientes de la estructura horizontal. El momento que recibe se produce debido a la unión empotrada de la ménsula con el pilar. - El canto de las vigas es similar al que resultaría de una viga continua. - Debido a los arriostramientos, el pórtico es intraslacional. De esta manera, nos evitamos la consideración de los efectos de segundo orden con lo cual el cálculo se simplifica. - Si la unión entre ménsula y pilar es rígida, el pórtico también es rígido. De esta manera, si la rigidez global del pórtico es suficiente podremos ahorrarnos los arriostramientos. En caso contrario, se deberán de disponer de arriostramientos para las fuerzas laterales.

Figura 5.6 Pórtico con v igas articu ladas a ménsulas. Cortesía de APTA © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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Pórtico rígidos o semirígidos La estructura dispone de nudos rígidos o semirígidos y en consecuencia el pórtico se comporta como tal. Los pilares están sometidos a esfuerzos de compresión y flexiones debido a la tipología de unión con las vigas. Características: - El sistema se puede optimizar con uniones semirrígidas. El cálculo de uniones semirígidas es complejo aunque la fabricación y montaje se simplifica. - La estabilidad del pórtico dependerá de la rigidez de las uniones. En uniones semirígidas probablemente será necesario complementar la rigidez del pórtico con arriostramientos para hacer frente a las cargas laterales. - En el plano perpendicular al pórtico, las uniones pueden ser rígidas. Si es así, la complejidad de la unión rígida en ambas direcciones aumenta. Se diseñan pórticos rígidos en ambas direcciones en casos muy concretos, y en los cuales, la disposición arquitectónica de los espacios interiores requieran de diafanidad y que no puedan incluir arriostramientos. En este tipo de estructuras, las uniones articuladas se reservan para solucionar singularidades. Por ejemplo, 

Uniones de viga-pilar próximos a la base de un pilar articulado.



Uniones de viga de apeo de gran canto. Una unión viga-pilar en este caso, la transmisión de momento en el pilar sería excesiva.



Uniones de pilares-viga para pilares apeados.


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Se puede realizar un dimensionado sin arriostramientos de manera que las uniones trabajen a resistencia parcial (análisis elástico) o que las uniones trabajen a resistencia completa (análisis plástico).

Figura 5.7 Pórtico rígidos o semirígid os. Cortesía de APTA


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Pórtico triangulados En una dirección, la rigidez del pórtico se consigue mediante celosías dispuestas a niveles alternados. En esta estructura las vigas principales de los forjados son los cordones de las celosías. Una buena opción son celosías tipo Pratt donde los montantes verticales se encuentran comprimidos y las diagonales traccionadas. Con esta geometría las diagonales traccionadas pueden disponer de menor sección e interrumpir en menor medida a la arquitectura interior. En el tramo intermedio de la celosía, se pueden rigidizar los montantes de tal manera que nos ahorramos la diagonalización. De esta manera, se consigue mayor diafanidad del espacio interior En la otra dirección, las vigas principales se articulan con lo cual será necesario disponer de arriostramientos para el control de las fuerzas laterales. En el plano de las celosías, la inercia de los pilares no es tan relevante debido a la elevada inercia del dintel. De esta manera, en el plano de las celosías, los pilares se orientan con su menor inercia. Así, los pilares dispondrán de su mayor inercia en el plano perpendicular. Como los pilares tienen su mayor inercia en el plano longitudinal, es posible plantearse las uniones de las vigas rígidas y así evitar los arriostramientos en este plano

Figura 5.8 Pórtic o t riangulados. Cort esía de APTA


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6.

Tipo de uniones

A continuación, se presentan distintas uniones entre perfiles metálicos. Se agrupan en uniones atornilladas y soldadas.

6.1

Uniones Atornilladas

Tipo 1: Embrochalamiento resistente a flexión. Angular soldado a viga secundaria.

Figura 6.1 Atornil lada tipo 1


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Tipo 2: Embrochalamiento resistente a flexión. Angular soldado a viga principal.

Figura 6.2Atornil lada tipo 2

Tipo 3: Embrochalamiento con unión semirígida. Placa de testa soldada a la viga secundaria.

Figura 6.3 Atornil lada tipo 3 © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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Tipo 4: Embrochalamiento resistente a flexión. La unión del pilar con el muñón está soldada en taller. Unión viga-viga con cubrejuntas atornilladas.

Figura 6.4Atornil lada tipo 4 Tipo 5: Embrochalamiento resistente a flexión. Muñón prefabricado en taller. Unión entre viga-muñón mediante placas de testa soldadas en taller.

Figura 6.5 Atornil lada tipo 5 © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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Tipo 6: Embrochalamiento articulado. Se recorta el ala superior de la viga secundaria para evitar la interferencia con el ala superior de la viga principal. Unión entre almas mediante angular.


Tipo 7: Resistente a tracción mediante cubrejuntas atornillados.



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Tipo 8: Resistente a tracción con placa de testa y rigidizadores soldados en taller .

Figura 6.8 Atornil lada tipo 8 Tipo 9: Unión Semirígida de pilar con viga. La placa de testa se suelda en taller.



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Tipo 10: Unión articulada de pilar con viga. Angular atornillado en viga y pilar sin soldadura.

Figura 2.10 Atorn illada tipo 10 Tipo 11: Unión empotrada viga-pilar con placa de testa soldada en la viga y en taller. Rigidizadores entre alas del pilar.

Figura 6.11 Atorn illada tipo 11 © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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6.2

Uniones Soldadas

Tipo 1: Embrochalamiento articulado. El ala de la viga secundaria se recorta para evitar la interferencia entre las alas superiores de ambos perfiles. Nótese que la viga secundaria es menor que la viga principal.

Figura 6.12 Sold ada tipo 1 Tipo 2: Embrochalamiento articulado. Las alas superior e inferior de la viga secundaria se recorta para evitar la interferencia. Nótese que las dos vigas tienen dimensiones similares .

Figura 6.13 Sold ada tipo 2 © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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Tipo 3:Unión viga pilar articulada con angular soldado.

Figura 6.14 Soldada tipo 3 Tipo 4: Unión vigas-pilar con el pilar continuo.

Figura 6.15 Soldada tipo 4 © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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Tipo 5:Unión resistente a tracción entre perfiles soldados directamente.

Figura 6.16 Sold ada tipo 5 Tipo 6: Unión resistente a tracción entre perfiles con cubrejuntas soldadas.

Figura 6.17 Sold ada tipo 6 © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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Tipo 7:Resistente a flexión. Empalme de continuidad entre vigas.

Figura 6.18 Soldada tipo 7 Tipo 8:Embrochalamiento resistente a flexión con cubrejuntas en el ala superior.

Figura 6.19 Soldada tipo 8 © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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7.

Estructura horizontal

La estructura horizontal está constituida por el forjado y vigas que recogen la carga de los forjados para transmitirla a los pilares. En el diseño de la estructura horizontal será necesario establecer una jerarquización de las vigas y ello depende de la tipología del forjado. Hay forjados que transmiten la carga en una sola dirección (unidireccional) y otros forjados que transmiten la carga dos direcciones ortogonales entre sí (bidireccionales). En función de la tipología de forjado, se diseña la malla de vigas y se establece una jerarquía entre ellas. En la elección de la tipología más adecuada es importante tener en cuenta la interferencia de servicios e instalaciones. Existen soluciones estructurales que permiten la integración estructura-instalaciones.

7.1

Organización de la estructura horizontal

Estructura horizontal sin vigas En ausencia de vigas, el forjado tiene que ser forzosamente una losa de hormigón que reparte la carga en todas direcciones. Si los pilares son metálicos deberán de disponer de unas crucetas metálicas para absorber el cortante.

Figura 7.1 Cruceta metálica. Fuente; “ Los f orjados reticulares:diseño, análisis, construcción y patología” del Dr. Florentino Regalado Tesoro


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Para saber más…

Las crucetas metálicas

En ausencia de vigas, la separación entre pilares metálicos se establece entre 4,5 y 6,5m. Son muchas las soluciones constructivas que no requieren de vigas. Citamos las más utilizadas: •

Losas macizas de hormigón armado encofradas sobre tableros.

•

Losas macizas de hormigón armado encofradas sobre prelosas.

•

Losas aligeradas de hormigón armado con aligeramientos embebidos a base de bloques de hormigón o poliestireno expandido.

•

Losas aligeradas de hormigón armado encofradas sobre cubetas recuperables.

Figura 7.2 Estruct ura horizont al sin vigas


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Estruct ura horizontal con un ord en de vigas Se disponen losas de forjados biapoyadas que transmiten las cargas unidireccionalmente a vigas primarias. La separación entre vigas se establece entre 7,5 y 10,5m. En dirección perpendicular a estas vigas se ejecutan unas vigas de atado entre pilares que facilitan el montaje. •

Losas de hormigón armado de gran canto sobre enconfrado de chapa perfilada.

•

Losas prefabricadas de hormigón pretensado.

Figura 7.3 Estructur a horizontal con un or den de vigas


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Estruct ura horizontal con 2 órdenes de vigas Las vigas forman una malla rectangular y existe una jerarquía clara de dos niveles de vigas. El forjado se apoya en las vigas secundarias y las vigas primarias recogen la carga de las vigas secundarias para transmitirla a los pilares. •

Losas de hormigón armado sobre chapa perfilada: Forjados ligeros con una capacidad resistente limitada a luces pequeñas se apoyan en las vigas secundarias distanciadas a intervalos de entre 1,5 y 3,0m.

•

Losas de hormigón armado sobre encofrado de prelosas prefabricadas: Vigas secundarias se distancian entre 6,0 y 12m y las vigas primarias entre 7,5 y 18m.

Figura 7.4 Estruct ura hori zontal con 2 órdenes de vigas


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Estruct ura horizontal con 3 órdenes de vigas Para distancias entre pilares mayores a 12m se requiere de tres niveles de vigas. El forjado apoya sobre las vigas del tercer nivel. Las vigas de tercer nivel se recogen en unas perpendiculares de 2º nivel. Finalmente, la carga se recoge con las vigas del 1er nivel y se transmite a los pilares. Se usan forjados ligeros tales como: •

Losa de hormigón sobre encofrado de chapa perfilada.

•

Losa de hormigón sobre encofrada de prelosa prefabricada.

La separación entre vigas de 3er nivel depende de la capacidad resistente del forjado y es del orden de 1.5m a 3,0m.

Figura 7.5 Estruct ura hori zontal con 3 órdenes de vigas


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7.2

Tipos de forjados

Para la buena economía de una obra, es necesario acertar en la tipología estructural. A continuación, se explican las tipologías de forjados más usuales en edificación. A grandes rasgos, podemos agrupar los forjados en función de la dirección del flujo de cargas que transmite (bidireccionales y unidireccionales). Bidireccionales Las cargas del forjado fluyen en direcciones ortogonales (Reticular) o en sentido radial (Losas macizas).

Figura 7.6 Tipos de forjados bid ireccionales


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Figura 7.7 Forjados bid ireccionales


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Unidireccionales Estos forjados flectan y transmiten la carga en un sólo sentido. Son muchas las opciones que se han desarrollado y a continuación se nombran las más relevantes. •

Forjado de viguetas: •

Semiviguetas: Este elemento tiene una capacidad semiresistente y requiere de la colaboración del hormigón para las compresiones. Entre semiviguetas se incluyen bloques de aligeramiento. Así se consigue más canto sin aumentar en exceso el peso del forjado.

Figura 7.8 Unidir eccional con semiv iguetas


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•

Viguetas pretensadas : la vigueta incluye armadura superior e inferior, con lo cual es una opción favorable en forjados continuos donde existan momentos negativos. Se pueden incluir una o dos viguetas en función de la luz y la carga.

Figura 7.9 Unidireccion al con v iguetas pretensadas

•

Paneles macizos y aligerados

Los forjados descritos anteriormente requieren de tiempos de ejecución relativamente altos. La puesta en obra de un forjado convencional de vigueta y bovedilla, reticular o losa maciza, etc requiere de la descarga de los componentes, apilado en obra, colocación de apuntalamientos, encofrado, colocación de armados y/o viguetas, hormigonado y finalmente a los 21 días realizar el descimbrado. Los forjados con paneles macizos y aligerados tienen una muy buena aceptación por parte de la empresa constructora por los bajos tiempos de ejecución. Los inconvenientes radican en la modulación de la estructura. Si la estructura no es modular, se deberán de recortar las placas y adaptarlas a la geometría del forjado con la consiguiente merma de material que supone. Evidentemente, el prefabricador cobrará las mermas producidas. El ancho de las placas no suele superar los 2,40m correspondientes a la anchura máxima del transporte normal con camión. Sin embargo, los métodos de elevación de material en la obra han forzado a la utilización de anchos submúltiples de 2,40m. Por ejemplo, 0,80m, 1,20m etc. La longitud de los paneles es muy variada pudiéndose alcanzar luces superiores a los 30m. La relación canto luz, suele oscilar entre 1/25 y 1/30m


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•

Paneles macizos: Son de tipo semiresistente presentando como zona traccionada una losa prefabricada (prelosa) que lleva incluidas las armaduras de positivos. La zona comprimida se realiza con una capa de hormigón armado in situ donde se colocan unas armaduras de negativo y de reparto colocadas en obra. Los cantos totales oscilan entre 8 y 12cm. Los paneles pueden ser de tipo pretensado o armado. Los armados consiguen rigidez mediante armaduras en celosía.

Figur a 7.10 Prelosa •

Paneles aligerados : El excesivo peso de los paneles macizos se reduce mediante perforaciones longitudinales. Estas perforaciones pueden ser circulares, en ventana de medio punto, tabiquillos etc. Los huecos pueden aprovecharse para pasar las instalaciones en su interior. A excepción de los que disponen de aligeramientos circulares, los demás son pretensados.

Figura 7.11 Paneles aligerados © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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En la siguiente figura se observa una posible solución compuesta por paneles macizos con el añadido de aligeramientos mediante bloques de hormigón o cerámicos o bien bloques de poliestireno expandido.

Figura 7.12 Prelosa con bloq ues aligerados •

•

Losas mixtas Forjado mixt o apoyado en jácenas metálicas . Es un elemento estructural compuesto por hormigón y acero, donde el acero se presenta en forma de lámina provista de una serie de nervios que contribuyen a reforzar la resistencia, junto con el hormigón, una vez endurecido. Un forjado mixto de chapa colaborante está constituido por una chapa grecada de acero sobre la cual se vierte una losa de hormigón que contiene una malla de armadura. En este tipo de forjado la chapa grecada sirve de plataforma de trabajo durante el montaje, de encofrado para el hormigón fresco y de armadura inferior para el forjado después del endurecimiento del hormigón. También puede servir de arriostramiento horizontal de la estructura metálica durante la fase de montaje, siempre y cuando su fijación con ésta sea la adecuada. Los forjados mixtos de chapa colaborante están apoyados, normalmente, en un entramado de vigas metálicas. A estos efectos se requiere una conexión adecuada entre el forjado y las vigas metálicas que impida los deslizamientos relativos entre estos elementos. Al conectar el forjado mixto de chapa colaborante con las vigas mediante conectadores, el conjunto resultante constituye un forjado mixto de chapa colaborante con vigas mixtas de acero-hormigón. La conexión entre vigas metálicas y el forjado mixto se materializa a menudo mediante pernos soldados a las alas superiores de las vigas metálicas.


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Figura 7.13 Forjados mi xtos en jácenas metálicas •

Forjado mixto apoyado en una viga tipo Slim Floor . Esta solución integra las vigas de acero dentro del espesor ocupado por las chapas grecadas y de hormigón. En este caso, el ahorro de la altura por planta es considerable.

Figura 7.14 Forjados m ixto s en jácenas Slim Floor


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diseño de vigas alveolares

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