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Módulo II
MÓDULO II LORENZO SERVIDOR
INDEX - PERSONAL - MI FACULTAD - MI PROFESIÓN - BONSAI - LETRAS - ART VIS - COMPUTA COMPUTA CIÓN - MI RED EDUCACIÓN - MIS PREFERIDOS Sábado 26 de Marzo Marzo de 111
Consideraciones sobre diseño estructural Es parte de los contenidos de ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA cuyo autor es el Ingeniero José Luis Gómez
La est est ructura ruct ura es y ha sido sido siempre siempre un componente componente esencial de la Arquit Arqu itectu ectura, ra, y es es precisament precisament e el Arquitecto quien, durante el proceso de diseño, debe crear o idear la est est ructura ruct ura y darle proporciones correctas. Para crear y darle proporciones proporciones correct correctas as debe seguir el camino int intuit uit ivo y el cient científico ífico,, t rat ando de lograr lograr una combinación combinación armónica entre ent re la intuició int uición n personal y la la ciencia ciencia estructural. El diseño es un proceso proceso creativo creat ivo mediante mediant e el cual cual se definen definen las característ caract erísticas icas de un sistema de manera t al que cumpla, en forma ópt óptima, ima, con con sus objetiv os. Precisament Precisamente, e, el obje objett ivo de un sistema estructu estru ctural ral es equili equilibrar brar las fuerzas a las que va a estar est ar somet somet ido, y resistir las solicit solicitacione acioness sin colapso o mal comport comport amiento amient o (exces ( excesiv ivas as deformaciones). La bondad del diseño depende esencialmente del acierto que se haya tenido en componer un sistema estructural, o mecanismo resistente, que resulte el más idóneo para resistir las acciones acciones exterio ext eriores. res. Veamos Veamos la interv ención ención de la est estruct ruct ura en las distint dist intas as etapas et apas del proceso proceso de diseño. diseño. Desde su primera activ act ividad idad como diseñador, diseñador, la de los croquis preliminares, el Arquitecto deberá organizar en el espacio espacio que está est á creando los dist distint intos os planos o element element os est est ructurales ruct urales que aport aportarán arán estabil est abilidad idad (para cargas vert icales icales y lat laterale erales) s) a la forma arquit ectónica. De esta est a manera logrará lograr á que qu e el fenómeno fenómeno del del equilibrio no sólo sólo esté presente present e en el proceso de diseño, diseño, sino que sea uno de sus generadores g eneradores.. Durant Duran t e los croquis preliminares debe tenerse en cuenta la estructura, integrándola a la generación de la forma arquitectónica, arquit ectónica, de modo modo t al que no result resulte e un agregado purament e tecnol t ecnológico ógico,, sin valor v alor en sí mismo o, como como muchas vece v ecess ocurre, con v alores alores negativos negativ os.. En la segunda et apa del proceso de diseño, diseño, la de anteproy ant eproyecto, ecto, el Arquitecto deberá dar proporciones proporciones a los eleme element ntos os est estruct ruct urales, est est o es predimensionarlos de manera de poder asegurar la factibilidad fact ibilidad del diseño. diseño. El conoci conocimient miento o concept conceptual ual del funcionamient funcionamiento o de los los dist dist intos int os mecanismo mecanismoss resist resist entes ent es es es una gran gr an ayuda para par a poder cumplir cumplir exitos exit osamente amente co con n esta est a int ervención. ervención. Finalmente, Finalment e, en la etapa et apa de proy pr oyecto ecto definitivo, definit ivo, los cálculos cálculos y co comprobacio mprobaciones nes servirán para definir detalles, det alles, rat ificar ificar las proporciones proporciones dadas a las piezas piezas estruct est ructurales, urales, o en en su lorenzoservidor.com.ar/…/modulo2.htm
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defecto, rechazar la viabilidad del sistema propuesto.
Condiciones mínimas de estabilidad Como criterio general para lograr la estabilidad de un edificio frente a la acción de cargas gravitatorias y cargas laterales (viento, sismo), es necesario contar con un mínimo de planos resistentes, éstos son: tres planos vert icales, no todos ellos paralelos ni concurrent es, y un plano superior perfectamente anclado a los planos vert icales anteriormente mencionados (figura MI I-1). Solamente la solución A es correcta. Los planos en B no pueden resistir una fuerza de viento o sismo en la dirección perpendicular a sus planos. Los planos en C no pueden resistir una rotación alrededor del punto H. Cuando se habla de fuerzas laterales se refiere a fuerzas provenientes de la acción del viento o sismo sobre las estructuras. Para el diseño sísmico en part icular, se manejan en la actualidad métodos de análisis estruct ural basados en hipótesis (simplificadas o no) que t rat an de representar, lo más fielmente posible, el hecho físico real o comportamiento del edificio en el momento del sismo.
Uno de los métodos de diseño que se ut iliza está basado en efectos estáticos equivalentes. Esto significa que se consideran fuerzas horizontales aplicadas al edificio de manera que produzcan efectos similares a los que sufriría en el momento del sismo. En definitiva, se quiere con ello predecir el comportamiento del edificio (figura MI I-2).
Aspectos formales de la estructura lorenzoservidor.com.ar/…/modulo2.htm
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mayor oportunidad de sobrevivir. Teniendo en cuenta que el sismo es un hecho físico eminentemente dinámico, para que el método estático mencionado anteriormente sea representativo, es necesario contar con cierta SIMETRÍA ESTRUCTURAL: REGULARIDAD EN PLANTA Y EN ALTURA . Si esto no ocurre, no se puede predecir el comportamiento del edificio diseñado y los cálculos que se realicen posiblemente no t engan mucho que ver con la realidad. Por lo enunciado precedentement e, se hace necesario plantear algunos principios básicos para la selección de sistemas estructurales para los edificios ubicados en zonas sísmicas. La estructura debe: ser simple; ser simétrica; no ser demasiado alargada en plant a o elevación; tener los planos resistent es distribuidos en forma uniforme; tener elementos estructurales horizontales en los cuales se formen art iculaciones ant es que en los elementos verticales; haber sido proyectada de modo tal que los elementos estruct urales se relacionen de manera de permitir el buen detallado de las uniones. Sin lugar a dudas, la restricción a la libertad arquitectónica que implican los conceptos ant eriores, agrega un condicionante más al diseño en zonas sísmicas, pero por otra part e obligan al proyectist a a incorporar conceptos básicos de equilibrio y organización u ordenamiento estructural desde la primera etapa del proceso de diseño.
SISTEMAS ESTRUCTURALES RESISTENTES A FUERZAS LATERALES La mayoría de los sistemas estructurales de edificios lat eralmente resistentes consisten en alguna combinación de elementos verticales con elementos horizontales o inclinados. Los elementos verticales más comunes son los muros de mampostería con la tecnología adecuada para resistir fuerzas lat erales en su plano, las triangulaciones y los marcos rígidos o pórticos. El elemento horizontal más frecuente es la estructura de cubierta o entrepiso, con suficiente resistencia y rigidez para crear un plano indeformable denominado diafragma. Éste funciona recibiendo fuerzas horizontales en un nivel determinado del edificio y distribuyéndolas entre los element os vert icales del sistema lateralmente resistente.
Planos verticales En la figura MI I-3 se ilustra un ejemplo donde los planos verticales resistent es a fuerzas laterales están lorenzoservidor.com.ar/…/modulo2.htm
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distribuidos simétricamente haciendo que la resultante de las reacciones producidas por los muros coincida con el centro de masas de la planta donde estaría aplicada la acción. En la figura MI I-4, en cambio, se muestra una estructura donde la asimetría de los planos verticales resistentes hace que no coincida el centro de rigidez (o centro de resistencia) con el centro de masa (en este caso coincidente con el centro de gravedad de la planta, como suele ocurrir frecuentemente). Esta no coincidencia entre centro de rigidez y centro de masas produce un efecto de torsión que habrá que tratar de minimizar cuando se trabaje en las distintas etapas del diseño arquitectónico. Es conveniente recomendar que en zonas sísmicas no se diseñen configuraciones en planta que presenten excentricidades muy superiores al 15% de la dimensión de la plant a normal a la dirección examinada. La figura MII-5 ilustra diversas situaciones referidas a la ubicación en planta de los planos resistentes vert icales y las condiciones de estabilidad frente a la acción de fuerzas laterales que producen traslación o rotación del sistema estructural.
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Configuración en planta Se ha hablado de la necesidad de proyectar plant as estructurales regulares, con el fin de poder predecir su comportamiento, con el método basado en efectos estát icos equivalentes (fuerzas hipotéticas que producen, en la construcción, los mismos efectos que la acción sísmica). En la figura MII-6a se ilustran, en forma cualitativa, las disposiciones en planta que resultan recomendables y las que son inconvenientes. lorenzoservidor.com.ar/…/modulo2.htm
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La posición de los planos resistentes en la planta, y con relación al centro de masas, puede producir situaciones desfavorables desde el punto de vista del diseño, generando torsiones iniciales import antes. En este caso se denominan t orsiones de diseño. En la figura MI I-6b se ejemplifican algunas situaciones.
Mientras más largo sea la un edificio en planta, hay mayores posibilidades de que sus extremos se muevan en forma diferente, resultando difícil prever sus efectos, como se observa en la figura MII-6c. lorenzoservidor.com.ar/…/modulo2.htm
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Las plantas asimétricas con salientes significativos con forma L o T bajo acciones sísmicas presentan vibraciones complejas. Las plantas en forma de H con salientes significativos a pesar de que poseen simetría presentan problemas, porque es difícil prever su comportamiento. Si la forma H tiene como objeto dar un poco de movimiento a la fachada a t ravés de pequeñas entrantes, puede adoptarse con confianza. Los cubos extremos de ascensores o escaleras no son recomendables pues tienden a lorenzoservidor.com.ar/…/modulo2.htm
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Uso de juntas de control El método general de diseño para cargas laterales consiste en ligar toda la estructura para garant izar su movimiento como una unidad. Sin embargo, a veces, debido a la forma irregular o al gran tamaño del edificio, puede ser deseable controlar el comportamiento bajo cargas laterales mediante el uso de junt as de separación estructural, permitiendo el movimiento completamente independiente de las partes separadas del edificio (figura MII-7).
Se evit arán formas no-compactas, asimétricas y situaciones que impliquen cambios bruscos de rigidez y/o resistencia.
Plantas alargadas
IRREGULARIDADES EN PLANTA Geométricas
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Distribución de masas y de rigideces
ver ejercicio 6 {{{{{ }}}}}
comunicación con Webmaster
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