GUIA ESTRUCTURAS Arquitectura Electiva

 

PAEZ UNIVERSIDAD JOSE ANTONIO PAEZ ESCUELA DE  p ARQUITECTURA TALLER DE TECNOLOGÍA I

PREDIMENSIONADO DE ESTRUCTURAS PARA ARPARTE A ARQUI ARQ UITEC TECTOS TOS I: CONCRETO ARMADO

2008 Guía del 2ª Edición.   P R O F . G U S T AV AV O B L A N C O A L E N Z A 1ª Edición. Marzo

 

PREDIMENSIONADO DE ESTRUCTURAS PARA ARQUITECTOS

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ÍNDICE DE CONTENIDO Pág.

CAPÍTULO I

INTRODUCCION

CAPÍTU CAP ÍTULO LO II

1.1 Objeto de la Asignatura

3

1.2 Evaluación

5

1.3 Requisitos en la Evaluación

5

CON CONCEP CEPTOS TOS BAS BASICO ICOS SD DE ED DISE ISEÑO ÑO EST ESTRUC RUCTUR TURAL AL 2.1 Características de los elementos estructurales

8

2.2 Aspectos formales en estructuras

12

2.3 La torsión en la estructuras

15

CAPÍTU CAP ÍTULO LO II IIII PRE PREDIM DIMENS ENSION IONADO ADO E EN N CON CONCRE CRETO TO ARMAD ARMADO O

 

3.1 Losas Macizas

17

3.2 Losas Nervadas

21

3.3 Vigas

25

3.4 Columnas

30

 

3.5 Fundaciones Superficiales

36

 

3.6 Fundaciones Profundas

41

3.7 Muros

43

CAPÍTU CAP ÍTULO LO IV BIB BIBLIO LIOGRA GRAFIA FIA Y ANE ANEXOS XOS

4.1 Bibliografía

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PREDIMENSIONADO DE ESTRUCTURAS PARA ARQUITECTOS 4.2 Notas de Interés

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CAPÍTULO I I - INTRODUCCIÓN

1.1 Objeto de la Asignatura

En to todo do Plan Plan de Es Estu tudi dios os de la Ca Carr rrer era a de Ar Arqu quititec ectu tura ra,, el Se Sect ctor  or  Tecnología tiene como campo específico de incumbencia el de las variables técnic téc nicas as inv involu olucra cradas das en la pro produc ducció ción n del obj objeto eto arq arquit uitect ectóni ónico, co, las cua cuales les incluyen el campo de la construcción, la gerencia de la construcción, el campo del diseño estructural y el campo de los sistema de instalaciones. Las Asignaturas Asignaturas en el Sector Tecnología de la Escuela de Arquit Arquitectur ectura a de la U.J.A.P. se ubican desde el primero hasta el octavo semestre, siendo éstas:

1er S Se emestre

Tecnología I (Nociones e esstructurales)

2º Semestre

Tecnología II (Materiales de Construcción)

3er Semestre

Tecnología III (Diseño Estru rucctural)

4º Semestre

Tecnología IV (Instalaciones)

5º Semestre

Tecnología V (Construcción)

6º Semestre

Práctica Profesional

7º Semestre

Taller de Tecnología I y Electiva estructura

8º Semestre

Taller de Tecnología II

El objetivo de esta estructura curricular es poder impartir al futuro Arquitecto en los para primeros tecnológicosdebásicos que éste debe tener que semestres en el 7º y los 8º conocimientos semestre, la integración todos éstos junto al

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DI DISE SEÑO ÑO AR ARQU QUIT ITEC ECTO TONI NICO CO ap apre rend ndid ido o ha hast sta a DI DISE SEÑO ÑO VI, VI, se re reflflej eje e en el desarrollo de una edificación a NIVEL DE ANTEPROYECTO en la cual se hayan considerado todas las variables que intervienen en dicho proceso y así poder  contemplarlo en su totalidad, incluyendo los detalles constructivos viables, diseñar  arquitectónicamente la edificación de manera coherente con la estructura y poder  definir la totalidad de los espacios necesarios para la implantación de las instalaciones necesarias para el buen funcionamiento del edificio.

La Asignatura Taller de Tecnología I contempla las tres áreas específicas definidas en el Plan de Estudios para el Sector Tecnología y así se tienen dos (2) Profesores que atienden dicho Taller, uno para Estructuras y el otro para las Instalaciones Sanitarias. En Taller de Tecnología II se atienden las Instalaciones Eléctricas, Mecánicas, Sistema contra Incendios y Acabados arquitectónicos.

La metodología de trabajo es la de un Taller en el cual a lo largo del semest sem estre re cada cada est estudi udiant ante e debe deberá rá desarro desarrolla llarr su pro propia pia edi edific ficaci ación ón sobre sobre una pa parc rcel ela a de te terre rreno no qu que e será será asig asigna nada da po porr la Cáte Cátedr dra, a, ha haci cien endo do us uso o de la lass Variables Urbanas especificadas para la zona donde se encuentra dicha parcela.

Esta edificación será desarrollada arquitectónicamente en concordancia con el diseño estructural que se plantee y a la misma se le integrarán las instalaciones necesarias para su eficiente funcionamiento.

En cuanto al sistema estructural para dicha edificación se deben desarrollar, a nivel de anteproyecto, teniendo como aspectos a ser tratados:

Material de la estructura Criterios de Lógica Estructural Diseño Estructural

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1.2 Evaluación (*) La evaluación evaluación consta de dos bloqu bloques, es, el bloque teóri teórico co y el bloque practic practico. o. La parte correspondiente a Estructura es el 50 % y su forma de evaluación es la siguiente:  

 

Teoría (Taller Evaluado presencial) 12,5% Prac Practitica ca En Entr treg ega a Lógi Lógica ca Es Estr truc uctu tural ral y Pred Predim imen ensi sion onad ado o 7, 7,5% 5% (N (Nec eces esar aria ia  Aprobación para acometer siguiente fase). Practica Entrega Planos Estructurales 7,5 % Entrega Final 22,5%(**)

(*) Consultar cronograma con fechas del semestre correspondiente. (**) Se publicara previamente las normas de entrega.

1.3 Requisitos en la Evaluación

Parte Teórica:  A las evaluaciones escritas del apartado apartado de estructuras se deberá traer el si siguiente guiente material (no se permite el intercambio de objetos en la realización del examen): Calculadora científica. Escalimetro. Escuadra. Cartabón. Transportador. Lápiz de Grafito. Goma de Borrar.

Reglamento durante la evaluación presencial: 1. Una vez com comenz enzada ada la eval evaluac uación ión sólo se acep aceptar tarán án estudia estudiante ntess en un lapso de tiempo de 5 minutos como máximo. 2. Una ve vezz come comenzada nzada lla a mism misma a se da un lapso de 5 minut minutos os para preguntas preguntas comunes relacionadas con la interpretación de la redacción del evaluación escrita desde el puesto. 3. Un Una a vez vez pasa pasado do el laps lapso o de 5 mi minu nuto toss no se per permi mite ten n preg pregun unta tass y en respecto a los demás compañeros se ruega el máximo silencio, el hablar 

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así como cualquier actitud diferente a la realización de una evaluación es interpretada por el aplicador del examen como deshonestidad académica. 4. En las eva evaluaci luaciones ones se cali calificar ficará á orden, lim limpieza pieza,, present presentación ación,, desarro desarrollo llo lógico de ideas, procedimiento y respuesta correcta. 5. Duran Durante te los exá exámenes menes sse e prohíb prohíbe e transm transmitir itir o rec recibir ibir inf informac ormación, ión, así como intercambiar objetos. Su violación representa "deshonestidad académica" y se castiga con el aplazamiento de la materia (cero puntos).

Parte Práctica:

La metodología de trabajo es la de un Taller en el cual a lo largo del semest sem estre re cad cada a est estudi udiant ante e debe deberá rá des desarr arroll ollar ar su pro propia pia edi edific ficaci ación ón sob sobre re una parcela de terreno que será asignada por la Cátedra(*), haciendo uso de las Variables Urbanas especificadas para la zona donde se encuentra dicha parcela. (*) Consultar en el semestre Correspondiente

Lógica Estructural: Memoria de Arquitectura Completa. Planos de Arquitectura: Planta Conjunto (E:1/100 o 1/50 a elección por el alumno(a)) Planta Sótano (E:1/100 o 1/50 a elección por el alumno(a)) Planta Baja (E:1/100 o 1/50 a elección por el alumno(a)) Planta Tipo (E:1/100 o 1/50 a elección por el alumno(a)) Planta Techo (E:1/100 o 1/50 a elección por el alumno(a)) alumno(a)) Corte (s) (E:1/100 o 1/50 a elección por el alumno(a)) Fachadas (E:1/100 o 1/50 a elección por el alumno(a))  

Nota: Los planos serán con marco y cajetín profesional.

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Predimensionado: Memoria de Estructura.  Alcance de los cálculos de Predimensionado: Predimensionado: Predimensionado de Vigas Predimensionado de Losas Predimensionado de Escaleras Calculo de Cargas Calculo de Columnas Indicando dimensión que se adopta en cada planta. Calculo de Fundaciones Justificando Solución Adoptada. Predimensionado de Muros. Predimensionado de elementos estructurales auxiliares, tales como tanques de aguas, fosas ascensores, etc…

Planos Estructurales: Fundación (E:1/100 o 1/50 a elección por el alumno(a)) Planta Baja (E:1/100 o 1/50 a elección por el alumno(a)) Planta Primera (E:1/100 o 1/50 a elección por el alumno(a)) Planta Tipo (E:1/100 o 1/50 a elección por el alumno(a)) Planta Techo (E:1/100 o 1/50 a elección por el alumno(a)) Planta Sala de Maquinas (E:1/100 o 1/50 a elección por el alumno(a)) Isometrías Estructurales que definan la Estructura. (Sin Escala) Ingeniería de Detalle (En cada plano correspondiente) (Escala a elección por el alumno(a))  

Nota: Los planos serán con marco y cajetín profesional.

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CAPÍTULO II II. CONCEPTOS BASICOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL

2.1 Características de los elementos estructurales

2.1.1- Definición del Elemento Estructural: La estructura es el componente esencial de la arquitectura, sin ella no puede haber  un proyecto de arquitectura completo. Es el arquitecto quien durante el proceso de dise diseño ño debe  por tan tanto to “Inventar”   la est estru ruct ctur ura a y darl darle e la lass  proporciones correctas.  Estas proporcione proporcioness correctas se logran en buena parte con el correcto pre dimensionado que deben tener los miembros horizontales y verticales. Deben Debe n agre agrega gars rse e cier cierta tass cons consid ider erac acion iones es ba basa sada dass en dos dos co conc ncep epto toss ya estudiados por ustedes en materias anteriores como lo son: Centro de Rigidez (O  centro de resistencia de la estructura)   y Centro de Masas (O centro de concentración de la resultante de la suma de las masas de la estructuras).

2.1.2.-Consideraciones 2.1.2.-Consideracion es sobre Diseño Estructural: Para crear y dar proporciones correctas es preciso ir desarrollando un camino intuitivo y otro científico. El primero: La intuición indica que los miembros no pueden venir del capricho arquitectónico por tener una figura de proporciones cualquiera. El segundo: Debe venir de la realidad expuesta en los predimensionados de los elementos estructurales ya visto en capítulos anteriores. El diseño arquitectónico  de debe be sser er un  proceso creativo  me medi dian ante te el cual cual se defina las características de un sistema estructural  de  de manera que cumpla, en forma óptima con sus objetivos creativos y que permita equilibrar las fuerzas a la que va a estar sometido. Resistir las solicitaciones sin colapsar o coexista en ella un mal comportamiento estructural (reflejado en excesivas deformaciones). 

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2.1.3.-El objetivo de todo sistema estructural bien diseñado: Estriba en equilibrar (bien sea a través de sistemas porticados o de muros bien colocados) las fuerzas a las que va a estar sometido (mantener el sistema en equilibrio estático).

2.1.4.-¿Cómo 2.1.4.¿Cómo diseña diseñarr bien las es estructura tructuras? s? a.-D -De esde el croquis de la estructura, el diseñador deberá organizar  ortogonalmente en el espacio que esta creando, los distintos elementos   (soporte de las cargas verticales estructurales los cuales aportarán estabilidad  (soporte y laterales) del volumen diseñado. b.-Esta praxis debe prolongarse al anteproyecto, en la que el arquitecto deberá otorgar correctas proporciones no solo de dibujo sino estructurales a todos los elementos que conforman sus pórticos o sistema de muros. Esto es :

1. Pre Predim dimens ension ionarl arlos os de mane manera ra cor correc recta. ta. 2. 2.-Ub 2.-Ubicaci icación ón de los P Pórtic órticos os y M Muros uros orto ortogona gonalment lmente. e. c.-Finalmente en el proyecto definitivo, los cálculos y comprobaciones servirán para par a def defini inirr los deta detalle lles, s, ratificar las proporciones dadas   a las piezas tanto verticales como horizontales, o en su defecto rechazar la viabilidad del sistema estructural propuesto.

2.1.5.-Condiciones 2.1.5.-Condicion es Mínimas de Estabilidad: Para lograr la estabilidad de un edificio frente a la acción de cargas gravitatorias y cargas laterales (viento y sismo), se hace necesario contar con un mínimo de planos resistentes. Estos planos son: 1. Al men menos os tre tress plan planos os ve vertica rticales les (no todos ellos p parale aralelos los ni concurrentes). 2. Un pl plano ano su superio periorr perf perfectam ectamente ente anclado anclado a llos os pl planos anos verticales anteriores.

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Es po posi sibl ble e rec recon onoc ocer er como como una una estr estruc uctu tura ra pl plan ante tead ada, a, (Pór (Pórtitico coss o Muro Muross estructurales), debe cumplir con una serie de condiciones para ser adecuado desde el punto de vista estructural.

F

F

 

(A)

F

(B)

(C)

   A excepción del sistema estructural A, ninguno tendrá mejores condiciones de estabilidad y por tanto resistencia a las cargas tanto verticales como horizontales posibles. El sistema B por su misma condición solo podrá resistir fuerzas en la dirección de los pórticos dados, pero no así en su plano perpendicular. El sistema C, este no podrá nunca resistir cualquier movimiento giratorio de la planta o lo que es lo mismo ninguna rotación alrededor del punto C.

2.1.6.-Métodos de Cálculo Estructural: Uno de los métodos reconocidos para el cálculo de las estructuras anti sísmicas y que parten del correcto pre dimensionado de los elementos que la conforman es el de “Efectos Estáticos Equivalentes”. Este método considera fuerzas horizontales aplicadas al edificio de manera que produzcan efectos similares a los que sufriría en el momento del sismo. Lo que se pretende con esto es predecir el comportamiento de las edificaciones ante la posible eventualidad de ocurrencia de un sismo.

2.1.7.-¿Cómo se comportan las estructuras ante un sismo?  Cuando se habla de fuerzas laterales se refiere a las fuerzas provenientes de la acción bien del sismo, así como del viento o cualquier otra que tenga tal dirección de aplicación. En Venezuela solo para las edificaciones de concreto armado se considera el sismo, y no así el viento, puesto que tiene una menor incidencia en las estructuras.

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En otras palabra palabrass solo se calcu calculan lan anti sísm sísmicame icamente nte las estr estructura ucturass en concr concreto eto armado. Sin embargo en las estructuras de acero con perfiles metálicos conocidas como Galpones, el cálculo se hace con fuerzas horizontales aplicas sobre los planos de la estructura a razón de 30 Kg. /m2.

Los suelos dependiendo de su constitución ayudan a propagar las ondas sísmicas. En tal sentido los limos y las arcillas propagan mayormente la onda de los sismos, mientras que las arenas gruesas lo hacen en una proporción menor.  A continuación será posible observar cómo actúan las ondas sísmicas sobre las estructuras

 

a) Construcción Antes del Sismo.

b) Impacto del Sismo.

c) Fuerzas Equivalentes.

El sismo ataca la estru estructura ctura en su base. Ésta se acelera y comie comienza nza a hacer que toda la estructura a partir de su base se acelere conjuntamente. Conforme el sismo agita las partículas de suelo, la estructura se acelera de manera proporcional cada vez mas. Esto se traduce en un aumento progresivo en aceleración espectral del suelo, y por ende de la estructura. Comienza a aparecer (por principio de acción y reacción) las fuerzas hipotéticas que atacan a cada nivel de la estructuras. Estas son las fuerzas equivalentes que tendrán proporción dependiendo del tamaño de los elementos que conforman bien el pórtico o el muro. Fina Finalm lmen ente te de depe pend ndie iend ndo o de la ma magn gnititud ud (c (con onoc ocid ida a po porr di dife fere rent ntes es es esca cala las) s) comenzará la disminución progresiva de la propagación de la onda hasta cesar su efecto.

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2.2 Aspectos formales en estructuras

 A lo largo de la historia los sismos han demostrado  que las estructuras mas simples tienen la mayor oportunidad de sobrevivir.  Dado que el sismo es un hecho físico eminentemente dinámico , para que el Dado método   estático equivalente sea fiel representación de lo que podría ocurrir  ante el ataque de un sismo. Por tanto se requiere contar con cierta “ SIMETRÍA ESTRUCTURAL”   lo que se cono conoce ce en té térm rmin inos os de inge ingeni nier ería ía como como:: “RE REGU GULA LARI RIDA DAD D EN PL PLAN ANTA TA Y   ALTURA”. 

Si esta regularidad de planta y altura no existiera, no se podría predecir  cálculos os que fielmente la conducta del edificio ante el ataque del sismo, y los cálcul se realicen posiblemente no tengan mucho que ver con la realidad. Por tanto se hace necesario plantear una serie de conceptos a fin de facilitar  la selección de los sistemas estructurales ubicados en zonas sísmicas. 

 Así pues las estructuras anti sísmicas deben:   Ser Simp Simples: les: Tener un sistema estructural ortogonal y proporciones de luces entre sus ejes alrededor de 5 metros.   Ser Simétrica: Tener ejes axiales, que dividan la estructura por  supuesto en parte idénticas.   No ser demasiado alarga alargadas das en Planta y Elevación: Esto es no tener una altura mayor a los 75 metros en aquellos edificios en concreto armado, y tampoco mayor a los 500 metros en aquellos edificios de estructuras de acero.  En cuanto al largo o ancho de las estructuras estas no deben ser  deberán n siempre siempre usarse juntas mayor a los 40 metros , por lo que deberá de construcción al pasar de dichas dimensiones. Tener los planos resistentes bien sea de los muros y pórticos que la conforman, distribuidos en forma uniforme y ortogonal . Haber sido proyectadas para que los elementos estructurales se relacionen de manera efectiva, esto es sin tocarse, al momento de produci prod ucirse rse un sis sismo mo y su mov movimi imient ento o . Ancho de la junta de

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construcción entre estructuras siempre