criterios de estructuracion de edificios
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Viviana Aguilar - Oscar Brenes - Diana Guisellini - Natalia Mairena - Denise Mannix
CRITERIOS ESTRUCTURACION DE EDIFICIOS
Y ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES
Criterios de estructuración de edificios
CRITERIOS
ESTRUCTURACION DE EDIFICIOS
Buena estructuración resistencia sísmica
Recomendaciones
Configuración estructural Planta Elevación Distribución Soluciones de elementos
REGULARES Y ROBUSTOS LIMITACION
FORMAS ATREVIDAS
NECESIDADES ARQUITETCONICAS - ESTRUCTURALES
ESTETICO-SEGURO
CARACTERISTICAS RELEVANTES
COMPORTAMIENTO SISMICO
_peso
Ligero Evitar masas excesivas en las partes altas del edifico Ubicar en pisos bajos las áreas con mayor concentraciones de pesos
Evitar diferencias de pesos en pisos sucesivos vibraciones bruscas en las fuerzas de inercia y en la forma de vibrar del edificio.
Distribución simétrica del peso
Asimetría de la planta Provoca vibraciones torsionales.
Soluciones
Subdivisión de cuerpos independientes mediante juntas sísmicas.
_forma planta
Forma del edificio en planta
Vigas de liga exteriores.
Distribución apropiada de elementos rigidizantes para coincidir centro de masa y centro de torsión.
CARACTERISTICAS RELEVANTES
COMPORTAMIENTO SISMICO
Alas muy alargadas Alas vibran en direcciones diferentes.
Soluciones
_forma planta
Forma del edificio en planta
rigidez a los extremos de las alas y reforzar cuidadosamente las esquinas interiores
Subdivisión de cuerpos independientes y cortos mediante juntas simétricas
CARACTERISTICAS RELEVANTES
COMPORTAMIENTO SISMICO
Plantas muy alargadas Vibraciones en direcciones diferentes
Plantas con esquinas entrantes. Concentraciones de esfuerzos en las esquinas entrantes.
_forma planta
CARACTERISTICAS RELEVANTES
COMPORTAMIENTO SISMICO
_forma elevación
Recomendaciones
Sencillez – Regularidad - Simetría • Evitar concentración de esfuerzos • Evitar amplificar la vibración en partes superiores
Reducciones bruscas en la parte superior “Chicoteo”
Altura excesiva de la construcción • Volteo • Inestabilidad • Transmisión de cargas elevadas a cimentación y subsuelo
Formas de manejo
Análisis dinámicos de la estructura
Proporcionar rigidez lateral en dirección a la parte mas esbelta
del edificio
Cimentación rígida
CARACTERISTICAS RELEVANTES
COMPORTAMIENTO SISMICO
_separación entre edificios
Forma del edificio en planta
Separación suficiente con edificios adyacentes Evitar el golpe de cuerpos al vibrar. (México 1985)
Diferencia de alturas Mayor daño Vibración de las losas de piso de un edificio golpeen a media altura las columnas del otro
Rigidizar edificios Limitar movimientos laterales, ligarlos para que vibren en fase.
CARACTERISTICAS RELEVANTES
COMPORTAMIENTO SISMICO
REQUISITOS
BASICOS DE ESTRUCTURACION
Forma del edificio en planta
1. El edificio debe poseer una configuración de elementos estructurales que le confiera resistencia y rigidez a cargas laterales en cualquier dirección. Esto se logra proporcionando sistemas resistentes en dos direcciones ortogonales.
2. La configuración de los elementos estructurales debe permitir un flujo
continuo, regular y eficiente de las fuerzas sísmicas desde el punto en que éstas se generan ( o sea, de todo punto donde haya una masa que produzca fuerzas de inercia ) hasta el terreno.
• Hay que evitar las amplificaciones de las vibraciones, las concentraciones
de solicitaciones y las vibraciones torsionales que pueden producirse por la distribución irregular de masas o rigideces en planta o e elevación. Para esto la estructura debe ser sencilla, regular, simétrica, continua.
• Los sistemas estructurales deben disponer de redundancia y de capacidad
de deformación inelástica que les permitan disipar la energía introducida por sismos de excepcional intensidad, mediante elevado amortiguamiento inelástico y sin la presencia de fallas frágiles locales y globales.
REQUISITOS
BASICOS DE ESTRUCTURACION
Forma del edificio en planta
Recomendación de estructuración
•Marco tridimensional
•formado por columnas y vigas en dos direcciones, conectadas entre sí de manera de permitir la transmisión de
momentos flexionantes y proporcionar rigidez lateral a la estructura.
•Marco rigidizado con diagonales de contraviento, con núcleos rígidos o
con muros de relleno. En estas estructuras las interacción entre los dos sistemas básicos produce una
distribución de las cargas laterales que es compleja y variable con el número de pisos, pero que da lugar a
incrementos sustanciales de rigidez y resistencia con respecto a la estructura a base de marcos.
•Estructura tipo cajón, de paredes de carga, esta formada por paneles
verticales y horizontales conectados para proporcionar continuidad.
REQUISITOS
ESPECIFICOS DE ESTRUCTURACION
Forma del edificio en planta
Sistema estructural que le proporcione rigidez y resistencia en dos
direcciones ortogonales
capaz de soportar los efectos sísmicos en cualquier dirección
Tiene marcos en una sola dirección,
ya que el sistema de piso es a base de una losa trabajando en un sola dirección en la que no existen vigas. El edifico adolece
obviamente de falta de resistencia lateral en la dirección transversal .
Para solucionarlo se pueden colocar muros de contra viento en la dirección
transversal o formar marcos también en dicha dirección.
Solución
no se debe hacer
REQUISITOS
ESPECIFICOS DE ESTRUCTURACION Otro tipo de estructuración, es base de muros de carga, tiene la mayoría de
las paredes alineadas en una sola dirección, por lo que en la otra la su
resistencia a cargas laterales es mínima.
Si se trata de una estructura de concreto podrá contarse con cierta resistencia a carga lateral, mediante la acción de marco
entre losa y los muros, en caso de que hubiese la continuidad necesaria en la conexión losa-muro y de que se reforzaran los
muros para resistir los momentos flexionantes.
La solución lógica es disponer de una longitud adecuada de muros alineados
en las dos direcciones
Cuando se refieren a simetría como sistema estructural, el propósito es limitar
al mínimo la vibración torsional del edificio
REQUISITOS
ESPECIFICOS DE ESTRUCTURACION Además de la simetría es conveniente que la estructuración posea una
elevada rigidez torsional para hacer frente a posibles torsiones accidentales.
Es preferible que los elementos mas rígidos se encuentren colocados en la periferia y no en la parte central
Edificio Dalmau. Barcelona. Apartamentos
Configuracion estructural con
posible problema de torsion en
comportamiento no lineal
VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LOS
SISTEMAS ESTRUCTURALES BASICOS
_marcos rígidos
Permite el uso del espacio interno
Genera poca obstrucción en la planta. Poco espacio ocupado por columnas permite mayor área habitable.
Presenta gran ductilidad y capacidad de disipación de energía
Cuando se siguen los requisitos fijados para tal efecto para cada material estructural.
VIGA DEBIL – COLUMNA FUERTE
Generan resistencia por lo que desarrollan mecanismos de falla que involucran gran numero de articulaciones
plásticas en secciones donde puede disponer de mayor ductilidad.
Genera resistencia y rigidez a cargas laterales bajas
Edificios flexibles
Ventajas/Limitaciones
SISTEMAS ESTRUCTURALES
_Sistema tipo cajón
Muros de carga poco separados Gran rigidez y resistencia a cargas laterales
Capacidad de carga de los muros Permite diseñar fuerzas laterales elevadas que no consideran reducciones importantes por comportamiento inelástico.
Aplicación edificios de altura baja o mediana Requiere una misma distribución del espacio en áreas pequeñas y uniformes en todos los pisos.
Sus proporciones dominan la falla por cortante sobre la flexión por
lo tanto no hay disipación de energía en campo inelástico
_marco rigidizado
Marcos rigidizados con contravientos \ muros Uno de los sistemas mas eficientes contra fuerzas sísmicas
Estructura a base marcos Libertad del uso del espacio y a ductilidad Estructura con mucho mayor rigidez y resistencia ante cargas laterales .
Fuerzas laterales Se concentran en las zonas rigidizadas por la diferencia en rigidez con el resto de la estructura y se transmiten áreas concentradas de la cimentación
Ventajas/Limitaciones
SISTEMAS ESTRUCTURALES
_marco rigidizado
Irregularidad de los elementos rígidos en la elevación Transmite fuerzas muy elevadas
Distribución uniforme de la estructura a lo largo de planta Obstrucción al uso del espacio interno puede ser significativa.
evitar concentrar la rigidez en un pequeño numero de
elementos.
Ventajas/Limitaciones
SISTEMAS ESTRUCTURALES
_otros sistemas
Combinación de los sistemas estructurales básicos Zonas sísmicas
Resistencia de cargas dos sistemas estructurales Separación de resistencia de cargas verticales y horizontales. En la planta • Elementos estructurales flexibles y absorben sólo una pequeña parte de las fuerzas laterales • Elementos muy rígidos que tomas las cargas laterales
Ubicación • Grandes núcleos centrales asociados a escaleras y elevadores
• A lo largo de las fachadas
planta abierta poca obstrucción por
columnas y muros
Edificios bajos sobre terreno no compresible.
Produce momento de volteo en la base del núcleo con transmisión de fuerzas
elevadas a la cimentación.
Distribuye la resistencia en todo el perímetro Minimizar la transmisión de esfuerzos a la cimentación, Libre uso del espacio interior.
Ventajas/Limitaciones
SISTEMAS ESTRUCTURALES
Ventajas/Limitaciones
SISTEMAS ESTRUCTURALES
_otros sistemas
Rigidización mediante uso MACRO-MARCOS Muros de rigidez o contravientos acoplados por elementos horizontales de la altura del entrepiso
Rigidización total con contravientos Máximo aprovechamiento de las fachadas. Armadura vertical que envuelve al edificio.
Sistema de piso y techo.
DIAFRAGMAS HORIZONTALES
Losas \ sistemas de piso y techo
resistencia sísmica
Distribuyen fuerzas horizontales
Generadas por efectos de inercia entre elementos verticales
Sistema de losas de concreto
Poseen alta rigidez por las fuerzas en su plano
• Falta de distribución entre los elementos resistentes de las fuerzas de inercia y las cortantes de entrepiso.
• En sistemas de muro de carga, las fuerzas de inercia pueden producir empujes sobre los elementos perpendiculares a la dirección de las fuerzas sísmicas.
• Distorsión de la estructura en planta e invalidar la hipótesis de que las fuerzas sísmicas actuantes en cualquier dirección pueden descomponerse en fuerzas aplicadas sobre los sistemas ortogonales resistentes de la estructura.
Problemas Falta de diafragmas horizontales rígidos
CIMENTACIONES
La cimentación procura proporcionar al edificio una base rígida
Para la ubicación, se prefiere un lugar de terreno firme.
Para un suelo blando, es preferible buscar apoyo de la estructura en franjas firmes mediante las cimentaciones profundas
Se considera la simetría, regularidad y distribución uniforme
Se pretende que la cimentación tenga
una acción de conjunto
Las fuerzas sísmicas producen cargas
axiales
• Momentos de volteo
• Fuerzas cortantes
CIMENTACIONES
Es importante que la cimentación pueda transmitir las cortantes basales al terreno.
Cajón de cimentación
Empuje pasivo del suelo
CIMENTACIONES
Elementos no estructurales
METODOS DE DISEÑO
ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES • No forman parte de la estructura resistente de la edificación
• Se pretende evitar el daño no estructural causado
• Se limita las deflexiones laterales con rigidez lateral a la
construcción y cuidando de la forma y detalles de la estructura.
METODOS DE DISEÑO
ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES • Cuidado de los elementos no estructurales:
– Revisión de las fuerzas de inercia
– Revisión de las holguras
• Apéndices no tienen gran capacidad de disipación inelástica de energía
– Tanques, torres
– Equipo y elementos arquitectónicos
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
características de elementos arquitectónicos especifican en un proyecto
Congruentes con el criterio de diseño Estructura y elementos no estructurales
Pueden sufrir solicitaciones durante sismo
• Fuerzas de inercia Generadas por su propia masa
• Deformaciones inducidas por la estructura
contacto al desplazarse por efecto del sismo
Protección sísmica: • Desligar un elemento no estructural • No desligar elementos arquitectónicos
• Desligar un elemento no estructural de la estructura principal o Prever elementos- estabilidad (cargas vivas, viento) o Requisitos de funcionamiento de la construcción (aislamiento térmico/acústico,
estanqueidad y apariencia) o Todas = $
• No desligan elementos arquitectónicos o Que presencia no afecte comport de estructura y desplazamiento no excesivo o Conveniente en estructura de alta rigidez lateral no alterada por ENE y bajos dezp
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
_Muros divisorios
Mayores problemas en edificios (altura, dificultades en solución) Modalidad mas frecuente
Muros de mampostería de tabique Bloque de concreto Armazones metálicas o de madera Recubrimientos de yeso o de triplay Flexibles, mayor posibilidad de ser protegidas
Muros estructura + rígidos = elementos estructurales Revisar deformaciones laterales dentro de limites tolerables Esfuerzos no excedan resistencia
Localización de muros puede ser poco favorable Excentricidades en planta torsiones importantes en estructura
Muy rígidos que trabajan estructuralmente y absorber
fracción importante de las fuerzas sísmicas
Muy frágiles que sufren
deformaciones para pequeñas deformaciones
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
_Muros divisorios
Integración muros divisorios estructura rígida Marcos robustos, pocos pisos o estructuras con rigidez de concreto o arrostramientos
sismos • Poco sensible a muros divisorios • Desplazamientos laterales pequeños • No daños en muros
Principal problema • Reforzar columnas con abundante refuerzo por cortante • Separar muros de la estructura principal
Muro no abarca la altura total del entrepiso
Muro rigidiza marco, absorbe
parte importante de fuerza
Resistida por parte descubierta
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
_Muros divisorios
Integración muros divisorios estructura rígida Flexible menos critica Detallarla para que fallen en zonas controladas / reparar fácil
Holgura generosa entre muro y estructura principal Min 2cm tanto de verticales como horizontales
Complicaciones en uso del espacio arquitectónico
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
_Muros divisorios
Integración muros divisorios estructura rígida Estabilidad del muro contra volteo, libre movimiento Detallarla para que fallen en zonas controladas / reparar fácil
Holguras Deben sellarse aislamiento termino y acústico Mampostería espuma poliestireno Divisorios ligeros forma constructiva particular
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
_recubrimientos/ventanas
Fachadas prefabricadas de concreto • proveerse detalles y holguras que aseguren no sean afectadas por los movimientos
laterales de la estruc principal • Holguras en el revestimiento y paredes que lo soportan
Marquesina Proteja al transeúnte
NO escaleras • Recubrimientos frágiles • Recubrimientos pesados
Ruptura de vidrios Holgura necesaria (rellena de material, mastique o sellador) • Vidrio ventanearía • Vidrio estructura
piedras naturales o artificiales resultan propensos a despegarse
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
_falsos plafones
Serios daños a ocupantes base de elementos pesados
Requisitos Asegurados al techo firme Existir holguras (min perimetrales)
Cuidado Materiales pesados (madera/yeso) Equipos que cuelguen del techo (anclaje seguro, rigidez horizontal)
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
_anaqueles y mobiliario
Muebles y anaqueles altos Adosados a la pared evitar volteo
Ligar entre si anaqueles en parte superior
Museos Muebles en que están colocados Fijación dentro de mueble
Equipo costoso y sensible • Posición en edificio • Elementos estructurales
fijados • Dispositivos de fijación
Equipos mecánicos vibratorios • Montan apoyos flexibles , no
transmitan vibraciones • Molestos para ocupantes
Equipos particularmente critico • Apoyos para asilamiento • amortiguamiento de vibraciones
Diseñarse anclas Falla por cortante o volteo
Consideraciones: Rigidizar o fijar parte superior de equipos.
Tubos: Flexibles para absorber las deformaciones
Sino: Proveerse tramos flexibles o juntas especiales (capaces de rotación o deformación axial)
EQUIPO
INSTALACIONES
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