“ AÑO DEL DIÁL DI ÁL OGO Y L A RECO RECONC NCII L I ACIÓN NAC NACII ONAL ONAL ” UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
RESISTENCIA DE MATERIALES II SISTEMA ESTRUCTURAL APORTICADO: IMPORTANCIA EN LA RESISTENCIA DE MATERIALES CICLO
:V
SEMESTRE ACADÉMICO
: 2018 – I
DOCENTE
Ayala Mauricio M auricio : Ing. Orlando Ayala
ALUMNOS
: Espinoza Rivera, Miler
García Álvarez, Thalía Lícito Andrés, Elizabeth Oyola Silva, Ronaldo Taboada Pacheco, Brayan Valderrama Ramírez, Estehefany HUACHO-PERÚ 2018
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DEDICATORIA
Este trabajo va dedicado a nuestros padres que día a día nos impulsan a seguir y nos apoyan en nuestros logros, como también a los docentes por sus enseñanzas.
iii ÍNDICE
DEDICATORIA ................................................................ ........................................................ ii ÍNDICE ..................................................................................................................................... iii OBJETIVOS ................................................................ .............................................................. 1 INTRODUCCIÓN ................................................................ ..................................................... 2 HISTORIA ................................................................ ................................................................. 3 MARCO TEÓRICO................................................................................................................... 4 1)
SISTEMAS ESTRUCTURALES................................................................................. 4
2)
TIPOS DE SISTEMAS ESTRUCTURALES .............................................................. 4 a)
ALBAÑILERIA CONFINADA. .............................................................................. 4
b)
ALBAÑILERIA ARMADA..................................................................................... 5
c)
ALBAÑILERIA APORTICADA O DUAL............................................................. 5
d)
ESTRUCTURAS METÁLICAS .............................................................................. 5
SISTEMA ESTRUCTURAL APORTICADO ................................................................ .......... 6 1)
DEFINICIÓN ............................................................................................................... 6
2)
CARACTERISTICAS.................................................................................................. 6
3)
VENTAJAS.................................................................................................................. 7
4)
DESVENTAJAS. ......................................................................................................... 8
5)
PORTICOS Y EJES PRINCIPALES Y SECUNDARIOS .......................................... 8 5.1)
PORTICOS PRINCIPALES ................................................................................. 9
iv 5.2)
PORTICOS SECUNDARIOS .............................................................................. 9
6)
CONDICIONES DE DISEÑO DE PORTICOS ........................................................ 10
7)
CRITERIOS PARA UNA BUENA ESTRUCTURACIÓN. ..................................... 11 7.1)
CIMENTACIONES ............................................................................................ 12
7.2)
COLUMNAS. ..................................................................................................... 12
7.3)
VIGAS................................................................................................................. 13
7.4)
LOSAS ................................................................................................................ 14
8)
ILUSTRACIONES..................................................................................................... 14
9)
PROBLEMA APLICATIVO ..................................................................................... 16
RECOMENDACIONES ................................................................ .......................................... 20 CONCLUSIONES ................................................................ ................................................... 21 BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................................... 22
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OBJETIVOS
Definir el comportamiento del sistema aporticado por el cual lo convierte en un sistema confiable.
Entender los criterios de la correcta para el sistema aporticado una buena estructuración para su correcto entendimiento y funcionamiento.
2 INTRODUCCIÓN
Los sistemas aporticados vienen a ser uno de los sistemas más usados con fines estructurales en nuestro país, gracias a la nobleza y la durabilidad y otros aspectos que estaremos tratando en este informe Iniciaremos haciendo un breve repaso a los diferentes tipos de sistemas constructivos vigentes en nuestro país, para luego tocar a fondo nuestro tema “SISTEMA APORTICADO”, donde
detallaremos los aspectos importantes referido a sus principales características, así como también a sus respectivas ventajas y desventajas para así tener un panorama más amplio de este sistema y poder aplicarlo de manera más efectiva durante el desarrollo de nuestra carrera profesional.
Esperando que el presente informe esté a la altura de las exigencias del curso y cumplir con las capacidades mostradas en el sílabo, dejamos a su criterio.
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HISTORIA
Sistema conformado por la unión de vigas y columnas, este sistema es uno de los más comunes actualmente y ha sido un sistema que se ha vuelto muy tradicional en medio de la construcción .su origen viene de las construcciones clásicas como la de los griegos y romanos.
Este sistema permite que, por medio de la unión de una serie de marcos rectangulares, se realice un entramado de varios pisos con esta combinación de marcos en 2 planos se logran hacer entramados especiales que permiten dar más estabilidad a diferentes tipos de proyectos. Estas estructuras se volvieron más populares ya que permiten aberturas rectangulares útiles para conformación de espacios más funcionales y áreas libres.
4 MARCO TEÓRICO 1) SISTEMAS ESTRUCTURALES
El sistema constructivo no siempre define la edificación en su totalidad, es más común que defina cada una de sus partes; por ej. En un mismo edificio se pueden hacer muros mampuestos, reforzados, estructurales, o una combinación de los mismos. Mientras que se puede usar una cimentación flotante, aislada, corrida, o combinación de estas. Si se habla del sistema de carga de un edificio, se puede hablar de un sistema aporticado (vigas y columnas, de nudos rígidos) o un sistema de muros portantes, o una combinación de los dos. Cuando se hace referencia a las losas de entrepiso, se puede hablar, por ejemplo, de losas macizas, aligeradas, en metal deck (o de refuerzo en lámina), etc. Para cada sistema constructivo, se usan diferentes procedimientos de construcción, diferentes materiales y su funcionamiento estructural, asi como su precio, también varían de uno a otro.
2) TIPOS DE SISTEMAS ESTRUCTURALES
a) ALBAÑILERIA CONFINADA.
La albañilería confinada es el sistema estructural más usado en la construcción de viviendas unifamiliares y multifamiliares debido a su buen comportamiento sísmico y lo económico que resulta el aprovechar los muros divisorios como elementos portantes de carga Vertical y lateral.
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b) ALBAÑILERIA ARMADA
La albañilería armada plantea una técnica de diseño estructural que se basa en criterios de resistencia y desempeño sísmico, los cuales han sido estudiados y analizados ante los terremotos ocurridos en el pasado, planteando así recomendaciones para lograr un adecuado comportamiento sísmico en este tipo de construcción.
c) ALBAÑILERIA APORTICADA O DUAL
Un sistema aporticado es aquel cuyos elementos estructurales principales consisten en vigas y columnas conectados a través de nudos formando pórticos resistentes en las dos direcciones principales de análisis (x e y).
d) ESTRUCTURAS METÁLICAS Una estructura metálica es un “conjunto de elementos resistentes capaz de mantener sus formas
y cualidades a lo largo del tiempo, bajo la acción de las cargas y agentes exteriores que ha de estar sometido”. Estas estructuras cumplen con los mismos condicio nantes
que las estructuras de
hormigón, es decir, que deben estar diseñadas para resistir acciones verticales y horizontales.
6 SISTEMA ESTRUCTURAL APORTICADO 1) DEFINICIÓN
También conocido como pórtico resistente, marco rígido, estructuras aporticadas, pórtico resistente o sistema dual. El tipo de estructuración más común hoy en día para edificios tanto de concreto como de acero es el que utiliza marcos rígidos. Los marcos formados por columnas y trabes están unidos formando uniones rígidas capaces de transmitir los elementos mecánicos en la viga sin que haya desplazamientos lineales y/o angulares entre sus extremos y las columnas en que se apoya. Marcos de concreto Los marcos de concreto se usaron para edificios de 20 - 30 pisos, para reducir el costo con este sistema estructural. Sin embargo, hay pérdida de área útil por las dimensiones de columnas cada vez mayores a medida que aumentaba el número de pisos. Se limitó el empleo de este sistema y dio lugar al desarrollo de otros que no tuvieran esa deficiencia. 2) CARACTERISTICAS
Es el sistema de construcción más difundido en países desarrollados.
Basa su éxito en la solidez, la nobleza y la durabilidad.
Sus elementos estructurales principales consisten en zapatas, vigas y columnas conectados a través de nudos formando pórticos resistentes.
Se recomienda para edificaciones desde 4 pisos a más.
Los muros o tabiquería divisorios son movibles.
Sismo resistente (buena resistencia a la vibración).
A luces más largas puede resistir cargas mayores.
Las instalaciones hidro-sanitarias y eléctricas pueden ser ubicadas entre las viguetas.
7 3) VENTAJAS
El sistema aporticado tiene la ventaja al permitir ejecutar todas las modificaciones que se quieran al interior de la vivienda, ya que en ellos muros, al no soportar peso, tienen la posibilidad de moverse.
Proceso de construcción relativamente simple y del que se tiene mucha experiencia.
El sistema aporticado posee la versatilidad que se logra en los espacios y que implica el uso del ladrillo.
El sistema aporticado por la utilización muros de ladrillo y éstos ser huecos y tener una especie de cámara de aire, el calor que trasmiten al interior de la vivienda es poco.
Poder construir con altura y llegar a edificaciones del orden de los 50 pisos.
El marco rígido de acero fue el preferido para los rascacielos, por la rapidez de construcción y por la poca área de columnas que se tiene en las plantas (mayor espacio utilizable).
El marco resiste cargas laterales esencialmente por flexión, lo que lo hace poco, especialmente cuando los claros son considerables. Lo anterior ocasiona que la estructuración a base de marcos no sea muy eficiente para edificios altos.
Figura N° 01: Sistema
estructural aporticado.
8 4) DESVENTAJAS.
Las luces tienen longitudes limitadas cuando se usa concreto reforzado tradicional (generalmente inferiores a 10 metros). La longitud de las luces puede ser incrementada con el uso de concreto pretensado.
Generalmente, los pórticos son estructuras flexibles y su diseño es dominado por desplazamientos laterales para edificaciones con alturas superiores a 4 pisos.
Este tipo de construcción húmeda es lenta, pesada y por consiguiente más cara.
A medida que crece el número de pisos, son de mayores dimensiones las vigas y columnas. Debido a la necesidad de resistir cargas laterales en las caras.
Para edificios de gran altura, no conviene económicamente.
Figura N° 02: Flexibilidad
de una estructura aporticada.
5) PORTICOS Y EJES PRINCIPALES Y SECUNDARIOS Se tienen dos tipos de pórticos: principales y secundarios a través de esto se ubican los ejes.
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Figura N° 03: Ejes
5.1)
principales y secundarios.
PORTICOS PRINCIPALES
Aquellos donde están ubicadas las vigas principales. Soportan las cargas de los pisos o techos, por lo que las cargas de la gravedad son considerables.
5.2)
PORTICOS SECUNDARIOS
Aquellos donde se encuentran ubicadas las vigas secundarias, que son las que no soportan las cargas de los pisos o techos, en estas vigas solo tiene la carga debida a su propio peso, una pequeña porción de los años y eventualmente la de algún tabique o parapeto directamente apoyado en éstas; por estas razones el diseño de estas vigas se efectúa básicamente con los esfuerzos producidos por cargas de sismo. Entonces en una estructura aporticada; los pórticos que reciben el peso de las losas se denominan pórticos principales y los ejes que pasan por estos pórticos se llaman ejes principales y los pórticos que no reciben el peso de las losas se llaman pórticos secundarios y los ejes que pasan por estos pórticos se llaman ejes secundarios.
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Figura N° 04: Pórticos
principales y secundarios.
6) CONDICIONES DE DISEÑO DE PORTICOS PRINCIPALES Y SECUNDARIOS
Los pórticos principales soportan el peso de las losas es decir las vigas.
Los pórticos reciben las cargas y se transmiten a las columnas y estas a las zapatas.
Las zapatas 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.
Figura N° 05: Ejes
principales.
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Para el metrado de cargas se tendrá en cuenta el ancho tributario de 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.
Las columnas de los pórticos, se diseñarán de acuerdo a las cargas que reciben. Estas tienen función estructural.
Las columnas de los pórticos secundarios no soportan el peso de las losas y en la figura anterior, están constituidas por los ejes 1-1 y 2-2.
Si la losa se arma como en la figura de la derecha 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 las losas y las vigas.
Si el espaciamiento es muy grande entre los pórticos entonces los peraltes serán mayores.
7) CRITERIOS PARA UNA BUENA ESTRUCTURACIÓN.
La resistencia de una estructura no depende solamente de las propiedades del material con el que está hecha, sino también de la disposición del conjunto de elementos resistentes que la forman. En cualquier estructura podemos encontrar uno o varios de los siguientes elementos resistentes, encargados de proporcionarle la suficiente resistencia para soportar las cargas a la que está sometida:
12 7.1)
CIMENTACIONES
Estos cimientos constituyen un apoyo bajo las columnas o muros a la vez que forman una retícula rígida en la base de la edificación que le da solidez y le permite a todos las columnas o muros formar una sola unidad. 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.
Figura N° 06: Cimentaciones
7.2)
en el sistema aporticado.
COLUMNAS.
Elementos resistentes dispuestos en posición vertical, que soportan el peso de los elementos que se apoyan sobre ellos. Al estructurar se busca 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.
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Figura N° 07: Columnas en el sistema aporticado.
7.3)
VIGAS
Elementos colocados normalmente en posición horizontal que soportan las cargas de la estructura y las transmiten hacia los pilares o columnas con las que forman los pórticos. En el caso de las vigas se colocarán buscando que la viga repose sobre su menor dimensión.
Figura N° 08: Vigas en el sistema aporticado.
14 7.4)
LOSAS
Las losas son elemento estructural utilizado para cubrir espacios, soportando el peso colocado encima de ellas elemento mediante la resistencia a las fuerzas internas de flexión y corte. El espesor de la losa estará en función de la separación entre los apoyos. Si la losa es aligerada las viguetas se armarán en la dirección en que la separación entre apoyos sea la menor. Según el reglamento Peruano de Concreto Armado el espesor de la losa será L/25 donde L es la luz libre entre ejes.
Figura N° 09: Losas en el sistema aporticado.
8) ILUSTRACIONES
Figura N° 10: Transmisión de cargas en el sistema aporticado.
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Figura N° 11: Zapatas, vigas y columnas.
Figura N° 12: Cimientos
corridos, vigas y columnas.
16 9) PROBLEMA APLICATIVO
Graficar los diagramas de fuerza axial, fuerza cortante y momento flector para el pórtico mostrado en la Figura N° 13.
Figura N° 13: Problema
Solución
Calculamos las reacciones en los apoyos
aplicativo
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Diagrama “N” Como sabemos, las fuerzas axiales van orientadas al largo de cada barra y pueden ser de tracción o de compresión. Para ello, proyectamos las fuerzas a lo largo de cada barra en su eje longiutdinal. N AB = -9T (Compresión) NBC = -4T (Compresión) NCD = -3T (Compresión)
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Diagrama “V” Efectuamos en forma análoga, pero proyectamos en forma perpendicular al eje de la barra, codificando el subíndice como el punto en el cual se analiza y superíndice el tramo respectivo.
Determinamos la distancia “d” desde el nudo B, en el tramo BC, donde la fuerza cortante es
cero.
DIAGRAMA DE FUERZA CORTANTE
19 DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR
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RECOMENDACIONES
Distribuir de manera uniforme y simétrica los elementos rígidos en la planta intentando evitar la obstrucción al uso del espacio interno del edificio.
Para lograr un diseño económico y estructuralmente óptimo se debe considerar la interacción del sistema aporticado y de muros para resistir todas las solicitaciones. De esta forma se reducen los momentos flectores en los muros, debido a la participación de los pórticos, y se mejora el desempeño de estos, si se diseña considerando su aporte para resistir cargas gravitacionales, ya que las cargas gravitacionales pueden compensar los momentos volcantes debidos a las cargas laterales.
Se debe verificar que los esfuerzos transmitidos por los muros al suelo no sobrepasen su capacidad portante, esto se puede lograr aumentando la cuantía de muros en planta o aumentando el espesor de estos.
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CONCLUSIONES
Es un sistema seguro y eficaz debido a la forma de su estructura conformada por viga y columna conectadas rígidamente por medio de nudos aun ángulo de 90° lo cual deja trasmitir las cargas hacia el suelo.
Los criterios de una buena estructuración nos indica nos indica las partes de este sistema como a la vez la funcionabilidad de cada parte en el sistema aporticado.
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BIBLIOGRAFÍA
https://es.slideshare.net/Leonduro22/manual-de-construccin-de-estructuras-1era-partesistema-aporticado
http://repositorio.ucp.edu.co:8080/jspui/bitstream/10785/1886/1/trabajo_practica.pdf
https://es.scribd.com/doc/50129773/SISTEMA-TRADICIONAL-APORTICADO
http://repositorio.ucp.edu.co:8080/jspui/bitstream/10785/1886/1/trabajo_practica.pdf
https://es.scribd.com/document/347390526/Ventajas-y-Desventajas-de-Los-SistemasEstructurales
https://prezi.com/fdjupya-1k1h/sistema-aporticado/
