criterios de estructuracion de edificios

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.



Alas muy alargadas Alas vibran en direcciones diferentes.

Soluciones

_forma planta


rigidez a los extremos de las alas y reforzar cuidadosamente las esquinas interiores

Subdivisión de cuerpos independientes y cortos mediante juntas simétricas



Plantas muy alargadas Vibraciones en direcciones diferentes

Plantas con esquinas entrantes. Concentraciones de esfuerzos en las esquinas entrantes.

_forma planta



_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



_separación entre edificios


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.



REQUISITOS

BASICOS DE ESTRUCTURACION


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


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


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



_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.



_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.





_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



_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



_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



_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



_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



_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



_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)



_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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