unidad 2 taller de construccion

INSTITUTO TECNOLOGICO DE ACAPULCO

TALLER DE CONSTRUCCION

UNIDAD 4

PROFESOR: SANCHEZ BEDOYA ALFREDO

Procesos de

Construcción en

Estructuras y elementos

de conexión vertical

• Identificación y determinación del tipo de

estructura a emplear de acuerdo al proyecto

estructural.

• Tipo de maquinaria, herramienta, equipo y

personal a utilizar de acuerdo al proceso

constructivo.

• Detección y determinación de aspectos

constructivos a considerar en el proceso de

construcción de la estructura.

• Determinación de los aspectos de seguridad

a considerar en el proceso de construcción

de la estructura.

Se define como estructura a los cuerpos capaces de resistir cargas sin que exista una deformación

excesiva de una de las partes con respecto a otra. Por ello la función de una estructura consiste en

trasmitir las fuerzas de un punto a otro en el espacio, resistiendo su aplicación sin perder la

estabilidad (Marshall y Nelson, 1995).

La anterior definición genera diferentes tópicos tales como: fuerza, momento de una fuerza,

esfuerzo, deformación etc., que buscan cumplir con la premisa expuesta anteriormente. Para lo

cual, estas notas pretenden introducir al estudiante en el área de la estabilidad, indicando las

exigencias que debe cumplir una estructura y una descripción cualitativa de las diferentes formas

que se pueden concebir en la estructura, para desempeñar la acción impuesta por el arquitecto e

ingeniero estructural.

Esta descripción cualitativa no basta para definir una estructura con todos sus detalles, hace falta

conocer de estática, mecánica de materiales, análisis estructural mecánica de suelos y diseño de

elementos de un material dado (acero, concreto armado, madera etc..), que permiten establecer

una estructura que cumpla con la definición dada.

Exigencias de la edificacion

El uso que se le dará a la edificación establece ciertas exigencias relativas a funcionalidad,

seguridad, urbanismo y economía.

Exigencias de funcionalidad. Dependen de la función que tiene lo edificado.

Exigencias de seguridad y confort. Determinan el tipo y la calidad de los materiales a emplear en

la construcción.

Urbanísticas. Integran la edificación a un medio ambiente.

Económicas. Definen los costos de la obra a construir.

Una Edificación es de acuerdo a lo anterior, el producto de un sistema de relaciones geométricas

y resistentes que permiten indicar la forma y función de cada una de las componentes que la

constituyen, donde la principal exigencia es que sea segura estáticamente, esto implica que los

edificios no deben derrumbarse. En consecuencia se debe garantizar desde el mismo instante de

concebirse la edificación la estabilidad del sistema estructural.

La garantía de estabilidad se basa en principios estáticos que se pueden clasificar en:

1. Principios estáticos básicos que optimizan el comportamiento de los materiales ante diferentes

solicitudes de carga y se refieren a los esfuerzos básicos de tracción, compresión y corte.

2. Principios estáticos complejos que esta compuesto por los diferentes preceptos:

- Dintel: Se basa elementos horizontales lineales que se apoyan en elementos verticales a

compresión (Fig 1A).

Facultad de Arquitectura y Diseño

Universidad de Los Andes, Venezuela

Sistemas Estructurales 10 Prof. Jorge O. Medina

- Pórtico: Se crean elementos horizontales que se encuentran unidos a elementos verticales,

de forma tal que se origina la continuidad en todo el conjunto asegurando la estabilidad del

mismo (Fig 1B).

Figura 1. Dintel y Pórtico.

- Arco: Se basa en el elemento constructivo arco. Permite cubrir mayor longitud; no

solamente soportan compresión, sino el empuje horizontal que les transmite el arco siendo

necesario tirantes y contrafuertes (Fig 2A).

- Triángulo: Consiste en vano de dos elementos en forma triangular con el suelo. Son barras

articuladas sometidas a tracción y compresión (Fig 2B).

Figura 2. Arco y Triangulo.

- Árbol: Definido por elementos verticales de soporte aislado que sostienen individualmente

cubiertas horizontales (Fig 3A).

- Neumático: Se basa en formar componentes constructivos con materiales elásticos que

permitan inflarlos de aire (Fig 3B).

Figura 3. Árbol y Neumático.




Clasificación de Sistemas Estructurales

1. Sistema de Forma Activa: Estructuras que trabajan a tracción o compresión simples, tales

como los cables y arcos.

2. Sistemas de Vector Activo: Estructuras en estados simultáneos de esfuerzos de tracción y

compresión, tales como las cerchas planas y espaciales.

3. Sistemas de Masa Activa: Estructuras que trabajan a flexión, tales como las vigas, dinteles,

pilares y pórticos.

4. Sistemas de Superficie Activa: Estructuras en estado de tensión superficial, tales como las

placas, membranas y cáscaras (Orozco, 1999).

Sistemas de Forma Activa

Cables

Los cables son estructuras flexibles debido a la pequeña sección transversal en relación con la

longitud. Esta flexibilidad indica una limitada resistencia a la flexión, por lo que la carga se

transforma en tracción y también hace que el cable cambie su forma según la carga que se

aplique. Las formas que puede adoptar el cable son:

1. Polígono funicular, es la forma que adopta el cable ante fuerzas puntuales.

2. Parábola, es la curva que adquiere el cable ante una carga horizontal uniformemente

repartida.

3. Catenaria, es la figura que forma el cable ante el peso propio del mismo.

Figura 4. Formas que adopta un cable.

Un cable no constituye una estructura auto portante a menos que cuente con medios y

procedimientos para absorber su empuje. Esto se logra canalizando sobre las torres la tracción del

cable y anclando en tierra (Fig. 5)

Con este tipo de sistema estructural se han construido puentes que en la actualidad el más largo es

el Akashi-Kaikio en Japón y tiene una luz de 1900 m (Avalos, 1998; Salvadori, 1998).




Figura 5. Elementos del sistema de cables.

Arcos

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 fuerzas de compresión. El arco es en esencia una estructura de compresión

utilizado para cubrir grandes luces.

Figura 6. Estructuras usando arcos.

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.

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

(Fig. 7). Por medio de este método, determinó el arquitecto español Gaudí, la forma de los arcos

para la iglesia la Sagrada Familia, en Barcelona.

Figura 7. Forma ideal del arco.

Los arcos generan fuerzas horizontales que se deben absorber en los apoyos mediante

contrafuertes o tensores enterrados. Cuando el material de los cimientos no es apropiado el

empuje del arco hacia afuera se absorbe mediante un tensor.




La forma de un arco no se elige por motivos puramente estructurales. El arco de medio punto,

usado exclusivamente por los romanos, posee propiedades constructivas que justifican su empleo.

Asimismo, el arco gótico posee ventajas tanto visuales como estructurales, mientras que el arco

árabe, típico de las mezquitas y de cierta arquitectura veneciana, es "incorrecto" desde un punto

de vista puramente estructural.

Con este tipo de estructura se construyó el Puente New River George en West Virginia que es

una estructura de acero que cubre 518,66 m (Avalos, 1998; Salvadori, 1998).

Sistemas de Vector Activo

Cerchas

Considérese ahora la estructura obtenida volcando el cable hacia arriba 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 (Fig. 8a y 8b). Las barras

comprimidas transmiten a los soportes la carga aplicada a la parte superior de la armadura, sobre

los apoyos actúan 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 como la mampostería, o un elemento de tracción tal como un tensor de acero. Estas

armaduras elementales de madera con tensores de hierro, se construyeron en la Edad Media para

sostener los techos de pequeñas casas e iglesias (Fig 8c).

Figura 8. Cerchas

Las barras de una armadura no van más allá de los puntos de unión. Esta se realiza por medio de

remaches, pernos o soldadura a una “cartela” dispuesta en la intersección de las barras (Fig 9).

Figura 9. Cartela.




Con este tipo de estructura lo usual es cubrir hasta luces de 20 m, pero se han logrado mayores

luces (Avalos, 1998; Salvadori, 1998).

Sistemas de Masa Activa

Vigas

Las vigas figuran entre los elementos estructurales más comunes, dado que la mayor parte de las

cargas son verticales y la mayoría de las superficies utilizables son horizontales. Por

consiguiente las vigas transmiten en dirección horizontal las cargas verticales, lo que implica una

acción de flexión y corte. 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.

En una viga simplemente apoyada, una carga aplicada en el punto medio se transmite por mitades

a ambos apoyos (Fig. 10). En las vigas de volado esta se trasmite al extremo apoyado (Fig. 11).

(Salvadori, 1998)

Figura 10. Viga simplemente apoyada.

Figura 11. Viga en volado.

Las máximas luces que se pueden conseguir en vigas varían según el material y la forma de la

sección transversal.

Figura 12. Pilar y dintel.

Dinteles y Pilares

El sistema de pilar y dintel pueden construirse uno sobre otro para levantar edificios de muchos

pisos. En este caso, los dinteles apoyan en pilares o en paredes de altura igual a la del edificio. Si

bien la construcción de este tipo puede resistir cargas verticales, no ocurre lo mismo con las




horizontales, así los vientos huracanados y terremotos dañan con facilidad este sistema, pues la

mampostería y los elementos de piedra poseen escasa resistencia a la flexión y no se establece

una conexión fuerte entre los dinteles y pilares (Salvadori, 1998).

Pórticos

La acción del sistema de pilar y dintel se modifica en grado sustancial si se desarrolla una unión

rígida entre el dintel y el pilar llamándose ahora viga y columna (Fig. 13). Esta nueva estructura,

denominada 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.

Figura 13. Pórtico

A medida que aumentan el ancho y la altura del edificio, resulta práctico aumentar el número de

naves, reduciendo así la luz de las vigas y absorbiendo las cargas horizontales de manera más

económica. La estructura resistente del edificio se convierte de este modo en un pórtico con una

serie de mallas rectangulares que permiten la libre circulación en el interior, y es capaz de resistir

tanto cargas horizontales como verticales. Una serie de estos pórticos, paralelos entre sí y unidos

por vigas horizontales, constituye la estructura tipo-jaula que encontramos hoy en la mayoría de

los edificios de acero o de concreto armado. Estos pórticos tridimensionales actúan integralmente

contra cargas horizontales de cualquier dirección, pues sus columnas pueden considerarse como

parte de uno u otro de dos sistemas de pórticos perpendiculares entre sí (Fig. 14).

Figura 14. Pórtico tridimensional.

Bajo la acción de cargas verticales, los tres elementos de un pórtico simple 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 las primeras. Las columnas son

relativamente esbeltas y la viga relativamente alta (Salvadori, 1998).




Sistemas de Superficie Activa

Placas

Los sistemas de entramado son particularmente eficientes para transferir cargas concentradas y

para lograr que toda la estructura participe en la acción portante. Esta eficiencia se refleja no sólo

en la mejor distribución de las cargas sobre los apoyos, sino en la menor relación espesor a luz de

los entramados rectangulares. La relación espesor a luz en los sistemas de vigas paralelas

empleados en la construcción corriente varía entre [1/10, 1/24], según el material de las vigas.

Figura 15. Acción de placa.

En el proyecto moderno de edificios de oficinas, es común apoyar las placas de piso sobre una

pared exterior o sobre una serie de columnas y en el “núcleo” interno, dentro del cual se disponen

los ascensores, conductos de aire acondicionado y otros elementos del sistema mecánico,

eléctrico y sanitario. De esa manera se obtiene una zona de piso totalmente libre (Fig. 16).

Figura 16. Placa de piso con núcleo interno.

La unión entre columnas y placas debe proyectarse para absorber el llamado “punzonamiento” de

las columnas y requiere a menudo el uso de capiteles o placas intermedias de distribución. A fin

de evitar capiteles, se emplean conectores de corte de acero, para garantizar la transferencia de la

carga desde la columna a la placa en el proyecto de hormigón armado.

La eficiencia estructural de las placas puede aumentarse reforzándolas con nervaduras,

eliminando así parte del material de la zona próxima al plano neutro sin tensiones (Fig 17). Las

placas plegadas pueden hacerse de madera, acero, aluminio o concreto armado. Las de este

último material son particularmente económicas, pues es posible preparar su encofrado con

tablones rectos, o bien prefabricar las losas de concreto en tierra, izarlas hasta su lugar y

conectarlas soldando las barras transversales en el pliegue, con lo que se evita la mayor parte del

encofrado (Salvadori, 1998).




Figura 17. Placa con nervaduras.

Membranas

Una membrana es una hoja de material tan delgada que para todo fin práctico, puede desarrollar

solamente tracción. Algunos ejemplos de membrana constituyen un trozo de tela o de caucho. En

general, las membranas deben estabilizarse por medio de un esqueleto interno o por pre-tensión

producido por fuerzas externas o presión interna. El pretensado permite que una membrana

cargada desarrolle tensiones de compresión hasta valores capaces de equilibrar las tensiones de

tracción incorporadas a ellas.

Figura 18. Ejemplos de membranas pretensadas

No obstante la inconsistencia de las membranas respecto a la mayor parte de los estados de

tensión, el ingenio humano ha hallado maneras de utilizar membranas para fines estructurales,

sobre todo debido a su bajo peso. La carpa del circo es una membrana capaz de cubrir decenas de

metros, siempre que la tela cuente con adecuado sostén en parantes de compresión, estabilizados

por riendas de tracción (Fig. 18). Las carpas son útiles como cubiertas temporarias y aceptables

como techos permanentes si son altamente pretensadas (Salvadori, 1998).

Cáscaras

Se denominan estructuras resistentes por la forma a aquéllas cuya resistencia se obtiene dando

forma al material según las cargas que deben soportar. Una membrana invertida y sometida a las

mismas cargas para las cuales se le dio forma originariamente, seria una estructura de este tipo y

desarrollaría sólo compresión, es decir, constituiría el antífunicular bidimensional de esas cargas

(Fig. 19).

Figura 19. Cáscaras




Su movilidad e incapacidad para resistir tensiones de corte o de compresión, restringen el uso de

las membranas. Todas las desventajas de la acción de membrana se evitan conservando al mismo

tiempo la mayor parte de sus ventajas en las cáscaras delgadas.

Figura 20. Formas de cáscaras.

Las cáscaras delgadas son estructuras resistentes por la forma, suficientemente delgadas para no

desarrollar tensiones apreciables de flexión, pero también suficientemente gruesas para resistir

cargas por compresión, corte y tracción. Aunque se las ha construido de madera, acero y

materiales plásticos, son ideales para construirlas en concreto armado. Las cáscaras delgadas

permiten la construcción económica de cúpulas y otros techos curvos de formas diversas, gran

belleza y excepcional resistencia (Fig. 20), este tipo de estructura figura entre las expresiones más

refinadas del diseño estructural (Salvadori, 1998).

Tipos de estructura.

ESTRUCTURAS DE CONCRETO.

Ventajas:

Menor coste.

Posibilidad de adaptación a formas variadas.

Mayor peso propio, lo que es una ventaja

cuando facilita la estabilidad.

Desventajas

Peso y dimensiones.

Mal acabado superficial.


Estructuras de madera.


MATERIAL

Madera(para cimbra)

Varilla de 3/8”

Alambrón de ¼”

Alambre recocido del N° 18 (para amarres)

Cemento gris de tipo normal

Arena

Grava*

Agua limpio (para hacermezclas)

CADENA

Son refuerzos de concreto

armado colado en la parte superior del cimiento de piedra.Tiene por objeto repartir el peso de la construcción a lo largo del cimiento

Cadena de desplante.

Transmite las cargas verticales y ayuda a que la estructura trabaje correctamente en casos de asentamientos.

Cadena de cerramiento.

se utilizan para distribuir igualitariamente el peso de la construcción.

Cadenas medianeras.

Estas se implementan cuando la estructura tiene una altura mayor a los 3m

TIPOS DE CADENA

Elemento estructural vertical que tiene la tarea fundamental de transmitir la carga de la losa hacia los cimientos.

La principal carga que reciben son la COMPRESION.

COLUMNAS

Se clasifican:

Por forma geométrica

cuadrada

circular

rectangular

Se clasifican:

Por su material

concreto

acero

MUROS

Es un elemento de construcción que tiene dos funciones básicas :

limitar un determinado espacio.

servir de soporte a otras estructuras.

Cuyo espesor es siempre menor que su altura y longitud.

TIPOS DE MURO

muro de carga

muro de contención

Tipos de muro:

muro divisor

muro cortina

Materiales

mas usados para construir muros:

-madera

-adobe

-piedra

-ladrillo

-durock

-block

-concreto armado

-tablaroca

-panel w

-tabique pet

-cristal

CASTILLOS

¿Qué son?

Son estructuras construidas con alambre recocido y varillas de acero.

¿Cuál es su función?

Mantener la edificación en pie.

Sirve para dar rigidez generalmente a muros de tabique y mampostería

tipos de castillos:

In situ

Prefabricados

materiales:

varillas

alambres recocidos

cuadrados de acero

Elaboración

Cada cuadrado será ubicado en un espacio de 15cm. El alambre recocido amarra a las varillas en la esquina de cada cuadrado.

Trabes o vigas.

Son elementos horizontales de carga que soportan elementos de entrepiso o de cubiertas, sirven para reforzar y darle firmeza a una construcción; en particular para sostener techos, muros o la parte superior de las ventanas.

Pueden ser de:

LOSAS

Para claros pequeños. Se usan con espesores hasta de 15cm, generalmente utilizan doble malla de acero, una en la parte inferior y otra la parte superior.

Losa maciza

Losa nervada.

Entramado de trabes (reticula) con huecos ocupados por algun material ligero (casetones/bloques).

Losacero.

Sistema de entrepiso metálico para anclar perfectamente con el concreto, con vigas de acero. Usado en entrepisos de centros comerciales, estacionamiento, etc.

La estructura de madera está conformada por la fundación, los entramados horizontales (plataforma primer piso, entrepiso en el caso de una construcción de más de un piso), entramados verticales (tabiques o columnas), y estructura de techumbre.

Elementos estructurales

Elementos verticales.

Tipos de columnas:

Columna aislada

o exenta

Columna embebida

o entregada

Columna adosada

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