Sistemas Estructurales Mas Usados en RD

Universidad Central Del Este Diseño Estructural Sistemas Estructurales Mas Usados En Republica Dominicana

Sustentantes Jose Miguel Pichardo Santana Yaritza Elizabeth Diaz Gonzales Yamiset Nolasco Garcia

Profesor Arq. CARLOS LOPEZ QUINTANILLA

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Indice  Introduccion

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 ¿que es un sistema estructural?

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 ¿como elegir el sistema estructural?

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 Sistemas arquitectónicos por tipo y modo de trabajo

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o

Sistemas porticados

6

o

Sistemas abovedados

6

o

Sistemas tensados

7

o

Sistemas hinchables

7

o

Sistemas mixtos

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 Sistemas estructurales empleados en RD

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o Cables

9

o Arcos

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o Cerchas

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o Pórticos

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o Parrillas, entramados o retículas de vigas

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o Placas

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o Membranas

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o Cúpulas

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Introducción  El presente trabajo aborda las ideas de como deben ser los sistemas estructurales en la republica dominicana, así mismo, encontramos la expresión de la idea de un modelo estructural, abarcando incluso el alcance de la teoría de las estructuras, la aplicación de sus formas y su lenguaje espacial en los proyectos arquitectónicos, observando los mecanismos que redirigen las fuerzas en otras direcciones y el conocimiento de las geometrías estructurales para generar formas y espacios.  El conocimiento de las leyes que rigen la transmisión de cargas en las estructuras de forma activa es un requisito previo para proyectar cualquier tipo de estructura y, por ello, constituye la primera base científica de cualquier ingeniero o arquitecto

¿Que es un Sistema Estructural? Un sistema estructural es el modelo físico que sirve de marco para los elementos estructurales, y que refleja un modo de trabajo. Un objeto puede tener, a su vez, una mezcla de sistemas estructurales. La estructura es y ha sido siempre un componente esencial de la arquitectura, y es precisamente el arquitecto quien, durante el proceso de diseño, crea o idea la estructura y sus proporciones correctas, siguiendo el camino intuitivo y el científico, tratando de lograr una combinación armónica entra la intuición personal y la ciencia estructural.

¿Como elegir el Sistema Estructural? La elección de un sistema estructural adecuado tiene gran influencia en el comportamiento de la estructura ante la ocurrencia de un sismo. El sistema debe poseer:  Capacidad para resistir todas las cargas gravitacionales de manera eficiente.  Resistencia ante las solicitaciones sísmicas en cualquier dirección, para así prevenir el colapso.  Ductilidad, ya que no basta con que se alcance que se alcance el estado límite de resistencia en una sección, lo que podría originar un colapso, sino que también se requiere que posea capacidad de deformarse sosteniendo su carga máxima, e inclusive, que posea una resistencia de capacidad antes del colapso.  Permitir un flujo continuo de las fuerzas sísmicas hasta la fundación.  Redundancia, para que los elementos tengan capacidad de deformaciones inelásticas y permitan la disipación de energía sin riesgo a colapso de la edificación.

¿Como elegir el Sistema Estructural?  Exigencias básicas de una estructura  Las exigencias que debe cumplir toda la estructura son las siguientes:  1. Equilibrio: Exigencia fundamental que implica que todas las partes de una edificación no presenten movimientos o que la resultante de las fuerzas aplicadas sea igual a cero.  2. Estabilidad: Condición relacionada con los movimientos que puede presentar un edificio en su totalidad debido a la aplicación de las fuerzas, ya que, si una fuerza genera ciertos desplazamientos en el edificio, este se vuelve inestable, siendo una condición no deseada en la edificación.  3. Resistencia: Término referido a la capacidad de soportar las cargas que se aplican en la estructura sin fallar.  4. Funcionalidad: Toda estructura debe cumplir a cabalidad con la función asignada, por ello se debe evitar deformaciones grandes en la estructura de tal magnitud que los usuarios no sientan cómodo el uso del edificio.  5. Economía: Este es un aspecto fundamental, en toda estructura que cumpla un fin utilitario, por lo general todo proyecto debe atenerse a un presupuesto disponible para la construcción.  6. Estética: Esta influencia impone a la estructura elementos para la escogencia del sistema estructural adecuado, pero se debe tener en cuenta que en proyectos de gran tamaño el sistema estructural es expresión de la arquitectura, por lo que un error de enfoque estructural puede afectar la belleza del edificio.

Sistemas arquitectónicos por tipo y modo de trabajo Sistema s po r ticados Un sistema porticado es el que utiliza como estructura una serie de pórticos dispuestos en un mismo sentido, sobre los cuales se dispone un forjado. Es independiente de su arrostramiento, que podrá hacerse con pórticos transversales, cruces de San Andrés, pantallas u otros métodos; y del material utilizado, generalmente hormigón o madera.

Sistema s abovedados  Con un origen hipotético en los primeros hornos de fundición, fue un sistema muy utilizado en Mesopotamia y la Edad Mediaeuropea. Se basa en bóvedas, que centran las cargas en arcos reforzados por pilastras o contrafuertes.

Sistemas arquitectónicos por tipo y modo de trabajo Sistema s ten sados Se dice de todos los sistemas que trabajan a tracción, como los de cables. Pueden ejemplificarse en las carpas de los circos. También pueden ser sistemas de barras rígidas.

Sistema s hi nchab les Funcionan bajo la presión de un gas comprimido entre membranas. El gas hace que las membranas -telas, plásticos u o materiales sintéticos- se estiren hasta que ya no den más de sí, y la propia presión que genere hace que la estructura no se venga abajo.

Sistemas arquitectónicos por tipo y modo de trabajo Sistema s mixtos  Hay sistemas que utilizan propiedades de los anteriormente citados. Por ejemplo, sistemas en voladizo que utilizan un gran apoyo que funciona a compresión, con un cable a modo de segundo apoyo, que a su vez lleva las cargas al primero. Fundamentalmente, el primer apoyo estará trabajando a compresión compuesta, el voladizo realmente será una viga que funcione a flexión, y el cable trabajará a tracción.

Sistemas estructurales empleados en RD Cab les  Definición Los cables son elementos flexibles debido a sus dimensiones transversales pequeñas en relación con la longitud, por los cual su resistencia es solo a tracción dirigida a lo largo del cable. La carga de tracción se divide por igual entre los hilos del cable, permitiendo que cada hilo quede sometido a la misma tensión admisible.

 Ventajas A pesar de la eficiencia y economía de los cables de acero no son estos tan populares en estructuras pequeñas, debido a su flexibilidad, ya que el cable es inestable y este es uno de los requisitos básicos para las estructuras. (Salvadori y Heller, 1963).

Sistemas estructurales empleados en RD Cab les  Comportamiento Los cables cambian su forma de acuerdo a las cargas a las que está sometida y pueden dividirse en dos categorías de acuerdo con la carga: 1. Cables que soportan cargas concentradas. Cuando el cable está sometido a este tipo de carga adquiere la forma de polígono funicular, esta es la forma natural requerida para que las cargas sean de tensión. 2. Cables que sostienen cargas distribuidas. Cuando el cable sostiene una carga distribuida horizontal adquiere la forma de una parábola y la configuración que adquiere sosteniendo su propio peso se denomina catenaria, la cual es una curva diferente de la parábola.

 Materiales Debido a que los cables solo sostienen fuerzas de tracción, se hacen de acero.

Cables

Sistemas estructurales empleados en RD Arcos 

Definición

generalmente resulta que una cubierta de elementos con simples o doble curvaturas tales como los arcos o las cáscaras delgadas resultan más económicas en consumo de materiales, debido a la capacidad de absorber las cargas con intervención mínima de flexión y corte. Este sistema es el método estructural más antiguo utilizado para puentes cuando las luces son demasiado grandes para poder utilizar vigas rectas.  Comportamiento Si se invierte la forma parabólica que toma un cable sobre el cual actúan cargas uniformemente distribuidas según una horizontal, se obtiene la forma ideal de un arco que sometido a ese tipo de carga desarrolla sólo compresión, los momentos flectores y las fuerzas cortantes se reducen al mínimo e incluso, en algunas estructuras, se eliminan completamente. La forma ideal de un arco capaz de resistir cargas determinadas por un estado de compresión simple puede hallarse siempre con la forma del polígono funicular correspondiente, invertido. La forma de un arco debe ser funicular para las cargas más pesadas a fin de minimizar el momento. Los arcos funiculares ocupan un extremo de la escala de tensiones, con ausencia de flexión; las vigas ocupan el extremo opuesto, trabajando sólo a la flexión.

Sistemas estructurales empleados en RD Arcos  Ventajas El arco es en esencia una estructura de compresión utilizado para cubrir grandes luces. En gran diversidad de formas, el arco se utiliza también para cubrir luces pequeñas, y puede considerarse como uno de los elementos estructurales básicos en todo tipo de arquitectura. Un arco lleva una combinación de compresión y flexión debido a no puede cambiar su forma para los tipos de carga, por lo que el material a usar debe soportar algo de flexión además de la compresión que se genera por la forma curva. La forma de un arco es la funicular de la carga muerta (no produce momento), por lo cual se introduce un momento debido a la carga viva.  Materiales Pueden ser de concreto armado, acero, mampostería (piedra o ladrillos).

Arcos

Sistemas estructurales empleados en RD Ch ercha s  Definición La cercha es uno de los principales tipos de estructuras empleadas en ingeniería. Una cercha, puede definirse como una estructura compuesta de un número de elementos o barras unidos en sus extremos por medio de pasadores sin fricción para formar una armazón rígida. Las fuerzas externas y reacciones se supone que están en el mismo plano de la estructura y actúan solamente sobre los nodos, en consecuencia pueden considerarse como una estructura bidimensional. Todas las cargas deben aplicarse en las uniones y no en los elementos, las fuerzas que actúan en cada extremo de una barra se reducen a una fuerza axial (tracción o compresión).  Ventajas Proporciona una solución práctica y económica a muchas situaciones de ingeniería, especialmente en el diseño de puentes y edificios.

Sistemas estructurales empleados en RD Ch ercha s  Comportamiento Considérese ahora la estructura obtenida por un cable que sostiene un peso P, volcando hacia arriba el cable y reforzando sus tramos rectos con el fin de conferirles resistencia a la compresión. La "flecha negativa" o elevación modifica la dirección de todas las tensiones y el cable invertido se convierte entonces en una estructura de compresión pura: es el ejemplo más simple de armadura. Las barras comprimidas transmiten a los soportes la carga aplicada en la parte superior de la armadura, sobre los apoyos actúan, por consiguiente fuerzas verticales iguales a la mitad de la carga y los empujes dirigidos hacia afuera. El empuje puede absorberse por medio de contrafuertes de material resistente a la compresión, por ejemplo mampostería, o un elemento de tracción tal como un tensor de acero. Tales armaduras elementales, de madera con tensores de hierro, se construyeron en la Edad Media para sostener los techos de pequeñas casas e iglesias.

cherchas

Sistemas estructurales empleados en RD por ticos 

Definición

La acción del sistema de pilar y dintel se modifica en grado sustancial si se desarrolla una unión rígida entre éste y los pilares resistentes a la flexión. Esta nueva estructura, el pórtico rígido simple o de una nave, se comporta de manera monolítica y es más resistente tanto a las cargas verticales como a las horizontales. 

Comportamiento

Bajo la acción de cargas verticales, los tres elementos de un pórtico simple (losa, viga y columna) se hallan sometidos a esfuerzos de compresión y flexión. Con las proporciones usuales de vigas y columnas, la compresión predomina en las últimas y la flexión en la primera. Las columnas son relativamente esbeltas y la viga relativamente alta. 

Materiales

 El rascacielos es una de las grandes conquistas del moderno diseño estructural, posibilitado por el pórtico de plantas múltiples y por la elevada resistencia del acero y el hormigón. En pórtico pequeños también se pueden hacer de madera.

porticos

Sistemas estructurales empleados en RD Par ri lla s, en tramados o r etícu la s d e viga s  Definición Los elementos estructurales considerados hasta ahora tienen en común la propiedad de transferir cargas en una sola dirección, desde el punto de vista estructural sería más eficiente tener una "transferencia bidireccional de carga". Esta dispersión se obtiene mediante entramados (parrillas o retículas de vigas) y placas, que actúan en un plano. Una retícula de vigas es un sistema de vigas que se extiende en dos direcciones con las vigas en cada dirección unidas unas con otras. Las retículas están normalmente apoyadas en los cuatro lados de un bastidor aproximadamente cuadrado y el peralte total de las vigas puede ser menor que la de un sistema de vigas en una dirección.

Sistemas estructurales empleados en RD Par ri lla s, en tramados o r etícu la s d e viga s  Comportamiento En la retícula, las vigas individuales son parcialmente soportadas por vigas perpendiculares que se intersectan, las cuales están a su vez parcialmente soportadas en otras vigas que también se intersectan. Cuando un punto de carga se aplica en la intersección de dos vigas en una retícula, ambas vigas se flexionan junto con las otras vigas cercanas. Además de la flexión, esta interacción produce la torsión de vigas adyacentes como resultado de las conexiones fijas en las intersecciones de las vigas. Estas dos vigas perpendiculares entre sí deben sufrir en su intersección igual deformación aunque tengan distintas longitudes o distintas secciones. Las cargas tienden a moverse hacia el soporte a lo largo de los senderos de acción más cortos, determinando la relación de los lados del rectángulo, llamada relación de aspecto, que debe ser menor de 1,5 para mantener la acción bidimensional.

Sistemas estructurales empleados en RD Par ri lla s, en tramados o r etícu la s d e viga s  Materiales Las vigas en las retículas necesariamente se intersectan y su continuidad una tras otra es esencial a su característico comportamiento de flexión bidimensional. Esta continuidad es más fácil de lograr en algunos materiales que en otros. En concreto es fácil formar retículas proporcionándole el refuerzo de acero extendido de forma continua a través de las intersecciones. La sección cuadrada de vigas de acero se puede soldar en la intersección para proporcionar la continuidad necesaria. Por otra parte, las vigas de madera serían necesariamente discontinuas (al menos en una dirección) en las intersecciones y, por consiguiente, inherentemente inadecuadas para el uso en una retícula de vigas.

Parrillas, entramados o retículas de vigas

Sistemas estructurales empleados en RD p laca s 

Definición

Una placa o losa es un elemento estructural monolítico de espesor relativamente pequeño, usado para cubrir un área, que distribuye la carga horizontalmente en una o más direcciones dentro de un solo plano mediante flexión. Mientras que la resistencia a la flexión de una losa es parecida a la de una viga, difiere de la de una serie comparable de vigas independientes en su continuidad en ambas direcciones. 

Ventajas

Las placas presentan la ventaja constructiva de tener superficies inferiores lisas, lo que permite el tendido sin impedimentos de cañerías, conductos y otros elementos de los diversos sistemas mecánicos requeridos en un edificio moderno. La eficiencia estructural de las placas se ve disminuida debido a la distribución lineal de tensiones en su espesor, esta ineficiencia se remedia disponiendo parte del material lejos del plano medio o neutro de la placa y usarse para crear nervaduras en una, dos e incluso tres direcciones. La placa nervada presenta las ventajas de la continuidad debido a la losa y las ventajas del espesor debido a sus nervaduras.

Sistemas estructurales empleados en RD p laca s 

Comportamiento

El trabajo de una placa es similar a una parrilla con vigas soldadas formado por un número infinito de vigas infinitamente pequeñas. Si esa serie de vigas independientes y paralelas está sujeta a una sola concentración de carga, sólo la viga bajo la carga se deflectará. Pero como las vigas que forman una losa están unidas y actúan integralmente cuando se aplica una carga en un punto, las partes adyacentes de la losa se activan para contribuir a su resistencia a la flexión. La carga es distribuida lateralmente dentro de la losa como resultado de la resistencia de cortante entre la parte cargada y las áreas adyacentes. En consecuencia, las cargas concentradas dan como resultado una flexión perpendicular localizada en la primera dirección de extensión causando torsión en la losa. 

Materiales

Las losas son más comúnmente asociadas con la construcción de concreto reforzado. Sin embargo, se puede lograr el comportamiento de la losa con una variedad de otros materiales, en especial la madera.

placas

Sistemas estructurales empleados en RD M EM BRANA S 

Descripción

Una membrana es una hoja de material tan delgada que, para todo fin práctico, puede desarrollar solamente tracción. Buenos ejemplos de membrana constituyen un trozo de tela o de caucho. En general, las membranas deben estabilizarse, principalmente porque su forma funicular para cargas horizontales difiere de las de las cargas verticales. La estabilización se obtiene por medio de un esqueleto interno o por pre-tensión producido por las fuerzas externas o por presión interna.



Comportamiento

Las membranas son estructuras que resisten en dos dimensiones, la cual no desarrolla apreciable esfuerzos de placa como flexión y corte, porque su altura es muy pequeña en comparación con su luz. Dado que la altura que tiene este tipo de elementos se produce en la membrana una doble curvatura, la cual se puede considerar a la membrana como la intersección entre dos cables, en la cual la carga que lleva la membrana es la suma de los dos cables. Las membranas solo transmiten tensión y actúan esencialmente como una red de cables.

MEMBRANAS

Sistemas estructurales empleados en RD cu p u la s 

Definición

La cúpula o domo es una superficie que se obtiene por la rotación de una curva plana alrededor de un eje vertical (superficie de revolución) y resiste sólo fuerzas de compresión, para ello se evita la tendencia al aumento del diámetro en la base mediante un elemento más rígido a todo lo largo del soporte. 

Comportamiento

La mayoría de las cúpulas son circulares, aunque hay algunos ejemplos elípticos. Todas se deben diseñar para resistir los empujes laterales; de otro modo se expandirían y esto produciría tensión perimetral. Las cúpulas elípticas se definen por la rotación de media elipse alrededor de su eje vertical; su comportamiento no es tan eficiente como el de una cúpula esférica, pues la parte superior de la cáscara es más plana y la disminución de curvatura introduce mayores tensiones. En cambio, la cúpula parabólica puede tener mayor curvatura en la parte superior y presenta ventajas estructurales, aun comparada con la esfera.

cúpulas

conclusion  Al concluir este tema se puede apreciar la variedad de sistemas estructurales que existen en republica dominicana, los cuales no abarcan el completo marco de los sistemas estructurales existentes.  Los sistemas estructurales son el requisito necesario para desarrollar a fondo el urbanismo de la ciudad en su tercera dimensión. Solo a través de estructuras espaciales, se pueden resolver técnicamente las problemáticas constructivas de hoy en día a escala urbana.  Por lo tanto, conocer los sistemas estructurales usados en Republica Dominicana no solo es imprescindible para los proyectistas de edificios de gran altura, sino también para los futuros proyectistas de estructuras urbanas tridimensionales.