UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE Laureate Internacional Universities ®
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
Curso: Estructuras y cargas
Trabajo Nº 1 SIST. ESTRUCTURALES CONCRETO ARMADO
PROFESOR:
ING. RAÚL ANTONIO PINTO BARRANTES ALUMNO:
Castro Qquenaya, Frank Jordams
Lima – Perú 2013
Sistemas Estructurales de Concreto Armado 1) SISTEMA TRADICIONAL APORTICADO DEFINICION: Los elementos porticados, son estructuras de concreto armado con la misma dosificación columnas -vigas peraltadas, o chatas unidas en zonas de confinamiento fondop a r t e ema
de
donde
s upe rio r
lo s
forman y
l ado s
Angulo
de
la ter ale s,
90º e s
en el
el
sis t
e d i f i c i o s po rt i cad os . Lo s que sopor t an la s ca r gas
mu er ta s, la s on da s sí sm ic as por estar unidas como su nombre lo indica- E l porticado o tradicional consiste en el uso de columnas, losas y muros divisorios en ladrillo.
CARACTERISTICAS Es el sistema de construcción más difundido en nuestro país y e l más antiguo. Basa su éxito en la solidez, la nobleza y la durabilidad. 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). VENTAJAS El sistema porticado 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.- Sistema porticado posee la versatilidad que se logra en los espacios y que implica el uso del ladrillo. "La gente sigue queriendo el ladrillo", se
comenta, y se añade que este material aísla más el ruido de un espacio a otro.- El sistema porticado por la utilización muros de ladrillo y éstos ser huecos y tener una especie de cámara de aire, el calor que trasmiten al interior de la vivienda es mucho poco. DESVENTAJAS Este tipo de construcción húmeda es lenta, pesada y por consiguiente más cara. Obliga a realizar marcha y contramarcha en los trabajos. Ejemplo. Se construye la pared y luego se pica parte del muro para hacer las regatas de las tuberías).
El sistema en general presenta una baja resistencia y rigidez a las cargas laterales.
Su gran flexibilidad permite grandes desplazamientos lo cual produce daños en los elementos no estructurales.
Es difícil mantener las derivas bajo los requerimientos normativos.
Por su alta flexibilidad, el sistema da lugar a períodos fundamentales largos, lo cual no es recomendable en suelos blandos.
El uso de este sistema estructural está limitado a estructuras bajas o medianas. Ya que a medida que el edificio tenga más pisos, mayores tendrían que ser las dimensiones de las columnas, lo cual puede hacer el proyecto inviable económica y arquitectónicamente.
Económicamente no se puede fijar un límite de altura generalizado para los edificios con sistemas de pórticos rígidos, pero se estima que en zonas poco expuestas a sismos el límite puede estar alrededor de 20 pisos. Y para zonas de alto riesgo sísmico ese límite se tiene que encontrar en alrededor de 10 pisos.
2) Sistema Dual (Pórticos rigidizados)
Es un sistema mixto de pórticos reforzados por muros de carga o diagonales de arriostramiento. En este sistema los muros tienden a tomar una mayor proporción de los esfuerzos en los niveles inferiores, mientras que los pórticos pueden disipar energía en los niveles superiores.
Se genera una estructura con una resistencia y rigidez lateral sustancialmente mayor al sistema de pórticos, lo cual lo hace muy eficiente para resistir fuerzas sísmicas. Y siempre y cuando haya una buena distribución de los elementos rígidos, también se puede obtener las ventajas del sistema aporticado, en cuando a su ductilidad y distribución de espacios internos. Se debe ser muy cuidadoso al momento de diseñar el sistema, ya que la interacción entre el sistema aporticado y el de muros es compleja. El comportamiento de un muro esbelto es como el de una viga de gran altura en voladizo, y el problema de interacción se origina porque el comportamiento que tendría un sistema aporticado sería muy distinto al de un muro de concreto. Como se puede apreciar en la figura, en los pisos inferiores la rigidez del muro es muy alta, por lo que se restringe prácticamente el desplazamiento, mientras que en los pisos superiores el muro en vez colaborar a resistir lar cargas laterales, termina incrementando las fuerzas que los pórticos deben resistir. Es por esto que se deben tener consideraciones muy puntuales con el diseño del muro, intentando propinarle un gran momento de inercia para no producir grandes desplazamientos.
Es muy común, sobretodo en la vieja práctica, que cuando se diseñan estructuras duales se supone que los muros resisten todas las fuerzas laterales
y el sistema
aporticado todas las gravitacionales. Esta suposición arroja un error despreciable en estructuras de alturas moderadas, aproximadamente 20 pisos, pero para edificios de alturas mayores se incurre a un sobredimensionamiento de la estructura, ya que se
desperdicia buena parte de la resistencia de ambos sistemas. Aunque la Norma COVENIN 1753-2001 en el subcapítulo 6.3 especifica que para estructuras duales, el pórtico debe resistir al menos el 25% de las cargas laterales.
El problema que posee este sistema estructural es que hay que ser muy cuidadoso en cuanto a la configuración de los elementos rígidos, ya que tienen una extrema diferencia de rigidez comparado a los pórticos y esto puede causar concentraciones excesivas de esfuerzos en algunas zonas del edificio y una mala distribución de cargas hacia las fundaciones.
3) Sistema de Muros Portantes (Estructura Tipo Túnel)
Se conoce como sistema tipo cajón o tipo túnel a los arreglos entre placas verticales (muros), las cuales funcionan como paredes de carga, y las placas horizontales (losas). Este sistema genera gran resistencia y rigidez lateral, pero si la disposición de los muros se hace en una sola dirección o se utiliza una configuración asimétrica en la distribución de los muros, se generan comportamientos inadecuados que propician la posibilidad del colapso.
En los sistemas tipo cajón, las cargas gravitacionales se transmiten a la fundación mediante fuerzas axiales en los muros, los momentos flexionantes son generalmente muy pequeños comparados a los esfuerzos cortantes, por lo cual no se puede esperar un comportamiento dúctil, al no producirse disipación de energía. Cuando se diseñen estos sistemas, es recomendable aprovechar la gran capacidad de carga y la gran resistencia y rigidez lateral, pero recordar que al estar sometidos a considerables esfuerzos cortantes, se debe diseñar el sistema a grandes cargas laterales en el rango elástico, para no considerar reducciones importantes por comportamiento inelástico.
Ventajas:
Es un sistema que constructivamente es rápido de ejecutar, ya que se utilizan encofrados de acero con forma de “U Invertida” que dispuestos en el sitio permiten vaciar los muros y las losas de manera simultánea. Se puede llegar a construir un nivel de 1200 m2 cada 3 días.
Por el tipo de encofrado, el sistema permite que se construyan varios edificios simultáneamente, ya que mientras un edificio se va desencofrando, se puede ir encofrando el otro y así cumplir con los tiempos de fraguado del concreto.
Comparado a un sistema aporticado tradicional, el sistema Tipo T únel puede costar entre un 25 a 30% menos. Además de su rápida ejecución, el hecho de ya tener muros permite un ahorro en costos en la construcción de las paredes de bloques y el friso de las mismas.
Es un sistema que bien configurado es poco propenso al colapso, ya que ofrece gran resistencia a los esfuerzos laterales.
Como es un sistema muy rígido, donde casi no se producen desplazamientos laterales, los elementos no estructurales no sufren daños considerables.
Termina siendo una estructura mucho más liviana que el sistema aporticado, y gracias a su rigidez lateral se pueden llegar a construir edificios de más de 30 pisos de altura.
Desventajas:
Por ser un sistema que posee gran rigidez, estará expuesto a grandes esfuerzos sísmicos, los cuales tienen que ser disipados por las fundaciones, esto significa que debe estar sustentado por un suelo con gran capacidad portante.
Por poseer losas de delgado espesor, la longitud de los ramales de instalaciones de aguas servidas es limitada. En algunos casos se tiene que llegar a aumentar el espesor de la losa donde van ubicados los baños para poder cumplir con las pendientes.
Por la continuidad de los muros en toda su longitud, existirán grandes limitaciones en cuanto a la distribución de los espacios internos de cada planta, por lo que su uso principal es de viviendas multifamiliares u hoteles.
Generalmente se requiere en la planta baja mayores espacios libres, ya sea para estacionamientos o en el caso de un hotel para el lobby. Como no se puede aumentar el espesor de la losa, debido al encofrado, se tiene que implementar el uso de losas post-tensadas, pero esta técnica no es aplicada en Venezuela.
Puede llegar a ser un sistema muy vulnerable si la configuración estructural no posee líneas de resistencias en las dos direcciones ortogonales. Por lo cual es muy importante que exista una interacción entre Arquitecto-Ingeniero al momento de realizar el proyecto.
4) SISTEMA DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA DEF INICIÓN DEL S ISTEM A
Es un sistema estructural donde la resistencia ante cargas sísmicas y cargas de gravedad, en las dos direcciones, está dada por muros de concreto armado que no pueden desarrollar desplazamientos inelásticos importantes. Los muros son de espesores reducidos, se prescinde de extremos confinados y el refuerzo vertical se dispone en una solo hilera. Los sistemas de piso son losas macizas o aligeradas que cumplen la función de diafragma rígido. IMPORTANCIA DEL SISTEMA
El sistema de Muros de Ductilidad Limitada se ha utilizado en el Perú, debido a la facilidad que la industrialización ha traído para este sistema, mediante el uso de encofrados metálicos estructurales y el uso de concreto premezclado, haciendo más ágil y económico el proceso constructivo de las obras. La importancia estructural de este sistema radica en el uso de muros de concreto, lo cual nos asegura que no se produzcan cambios bruscos de las propiedades resistentes y principalmente de las rigideces. En nuestro país, los edificios conformados por muros de ductilidad limitada tienen por lo general entre 5 y 10 pisos frecuentemente empleados como edificios residenciales con 2 a 4 departamentos por piso en promedio.
Frecuentemente son estructurados con muros (espesores de 10cm a 15cm) y losas de concreto armado. Los departamentos tienen en promedio entre 70m
2
y 90m
2
y son
modulares. En algunos casos se tienen estacionamientos en el primer piso o en sótanos o semi-sótanos, para el presente trabajo se obviarán estos casos ya que por lo general estos emplean una losa de transferencia que amerita estudios más especializados y estructuralmente no considerados como muros portantes debido a su falta de continuidad. Habitualmente, este tipo de edificios no tienen vigas, las losas se apoyan directamente en los muros. Estas son por lo general macizas y vaciadas por separado de los muros. La cimentación se realiza usualmente sobre una platea de cimentación sobre suelo tratado. Mayormente se emplea concreto premezclado con un asentamiento de 6” o más debido al espesor de los muros. La resistencia a compresión mínima comúnmente empleada 2
2
es de f’c=175kg/cm , llegándose a incrementar hasta f’c=240kg/cm o más, en ciertos casos. Respuestas con Ductilidad Limitada
Para muros en esta situación, la respuesta estructural puede darse en los siguientes estados: corte elástico y corte inelástico, súbito o frágil.
