diseo de acero y madera
DISEO DE ACERO Y MADERA
IX CICLO B
UN. SAN LUIS GONZAGA DE ICA
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
ALUMNO:FLORES QUISPE JORGE FELIXDOCENTE:ING.JOSE BULEJECICLO:IX
CICLO B, QUINTO AOICA-PERU
INTRODUCCIONEl estudio de una estructura consiste en evaluar la
funcionalidad, factibilidad y seguridad. Estos aspectos toman en
cuenta entre otras cosas, la forma, detalle, durabilidad,
resistencia, costo, disponibilidad y capacidad de la estructura;
caractersticas que estn asociadas al material del cual se va a
realizar la obra. Es por ello, que este tema indaga las propiedades
de los materiales necesarias para el anlisis estructural y los
aspectos generales de los principales materiales para la
construccin de estructuras (Acero, concreto armado, madera y
mampostera); sealando la definicin, ventajas, usos, valores de
resistencia, mtodos de construccin y aspectos relacionados con la
seguridad empleada por las actuales especificaciones del pas.
MATERIALES ESTRUCTURALESTodos los materiales, slidos, lquidos o
gaseosos, tienen alguna naturaleza estructural, el aire que
respiramos tiene una naturaleza estructural: resiste a la
compresin, el agua soporta los ms grandes vehculos hechos por los
hombres; enormes barcos transocenicos. El aceite soporta cargas tan
elevadas que se usa en presas hidrulicas entre muchos ejemplos
ms.
En el estudio o diseo de estructuras, interesan las propiedades
particulares de los materiales. Estas propiedades crticas se pueden
dividir en propiedades estructurales esenciales y propiedades
generales. Las propiedades estructurales esenciales incluyen las
siguientes:
Resistencia:puede variar para los diferentes tipos de fuerzas,
en diferentes direcciones, en diferentes edades o diferentes
valores de temperatura o contenido de humedad. Resistencia a la
deformacin:grado de rigidez, elasticidad, ductilidad; variacin con
el tiempo, temperatura, etc. Dureza:resistencia al corte de la
superficie, raspaduras, abrasin o desgaste. Resistencia a la
fatiga: perdida de la resistencia con el tiempo; tractura
progresiva: cambio de forma con el tiempo. Uniformidad de
estructura fsica:vetas y nudos en la madera, agrietamiento del
concreto, planos cortantes en la roca, efectos de la cristalizacin
en los metales.
Las propiedades generales de inters en el uso y evaluacin de
materiales estructurales incluyen las siguientes:
Forma:natural, remoldeada o reconstituida. Peso:como
contribuyente a las cargas gravitacionales de la estructura.
Resistencia al fuego:combustibilidad, conductividad, punto de fusin
y comportamiento general de altas temperaturas.EL ACERODefinicinEl
acero es normalmente conocido como un metal pero en realidad el
mismo es una aleacin de un metal (el hierro) y un metaloide (el
carbono) que puede aparecer en diferentes proporciones pero nunca
superior al dos por ciento del total del peso del producto final.
El acero, debido a sus propiedades, es una de las alineaciones ms
utilizadas por el hombre en diferentes circunstancias, tanto en la
construccin como en la industria automotriz y en muchas otras. Al
mismo tiempo, los materiales que lo componen son muy abundantes en
el planeta a diferencia de otros metales que son mucho ms escasos y
difciles de conseguir. Por lo tanto, la generacin de acero es mucho
ms accesible en trminos de costos que otros metales o
aleaciones.
VentajasEl acero es un material de gran resistencia con poco
peso, facilidad de fabricacin. Esta gran resistencia se traduce en
poco peso, ya que se requieren elementos de poco tamao para
satisfacer los requisitos de resistencia. Asimismo, es un material
que mantiene sus caractersticas sin degradarse a lo largo del
tiempo.La elasticidad es una de las principales propiedades de los
materiales, que en el caso del acero, su comportamiento se asemeja
ms que otros a comportamiento elstico terico. As como la
elasticidad, la ductilidad es otra propiedad que en el acero se
manifiesta en gran medida, ya que soporta sobrecarga mediante la
deformacin en el rango plstico evidenciando una falla
inminente.
La tenacidad es otra ventaja que relaciona la resistencia y
ductilidad, ya que el acero posee su resistencia an en grandes
deformaciones permitiendo as doblar el material sin
fracturarse.
Debido a la naturaleza del acero de construirse mediante la unin
de elementos, permite as ampliaciones a estructuras existentes. Las
uniones se realizan mediante soldadura, pernos y remaches. Cabe
destacar, que por esta forma de construir, el tiempo de construccin
es ms rpido que con otro tipo de material.
Usos
El acero es empleado en todo tipo de construccin, desde clavos
para obras de madera hasta barras de refuerzo para estructuras de
concreto armado. Particularmente el acero estructural corresponde
al empleo de perfiles laminados.
El diseo de estructuras de acero implica la seleccin de perfiles
estndar laminados en caliente, esta es la forma ms empleada del
acero estructural. Adicionalmente, cuando la disponibilidad del
tamao necesario para el diseo no es posible, se fabrican perfiles a
partir de lminas de acero, soldadas o apernadas Perfiles laminados
de acero disponibles en Per
Propiedades
Del diagrama de esfuerzo deformacin practicado en el acero, se
obtienen diversos valores correspondientes al esfuerzo de cedencia
que varan segn el tipo de acero1 y se indican en la Tabla 1. Por
otra parte, el mdulo de elasticidad (E) es el mismo para todos los
tipos de acero y es igual a 2,1x106kgf/cm2o2x105MPa en unidades del
Sistema Internacional
Tabla Valores de cedencia para diversos aceros.
Tipo de AceroFy (kgf/cm2)Fy (MPa)
ASTM A362500248
ASTM A500 grado C3230 - 3515317-345
Mtodo de construccin
La construccin de estructuras de acero implica por una parte la
unin de las piezas y por otra el alzado de ellas para ser colocadas
en el lugar especificado. La conexin de las piezas es de especial
cuidado ya que debengarantizar el comportamiento como un sistema
estructural; estas conexiones pueden ser hechas mediante
soldaduras, pernos o remaches.
En cuanto a la construccin de los elementos de acero, se debe
tener cuidado, ya que el alzado puede implicar inversin de las
fuerzas de diseo 2. Adems debe tomarse en cuenta colocar
arriostramientos para dar estabilidad a la estructura durante la
construccin.
CONCRETO ARMADODefinicin
El concreto es un material semejante a la piedra que se obtiene
mezclando arena y grava con cemento, agua y en ocasiones un
aditivo; estos materiales se fabrican formando un concreto en
estado plstico que se coloca en moldes colocados hasta que el
concreto endurece. El material es relativamente frgil con una
limitada resistencia a la traccin en comparacin a la resistencia a
la compresin; esta limitacin se contrarresta con la colocacin de
barras circulares de acero como refuerzo colocado antes de vaciar
el concreto.Ventajas
Es un material con aceptacin universal, por la disponibilidad de
los materiales que lo componen. Tiene una adaptabilidad de
conseguir diversas formas arquitectnicas. Tiene la caracterstica de
conseguir ductilidad. Posee alto grado de durabilidad. Posee alta
resistencia al fuego. (Resistencia de 1 a 3 horas) Tiene la
factibilidad de lograr diafragmas de rigidez horizontal. (Rigidez:
Capacidad que tiene una estructura para oponerse a la deformacin de
una fuerza o sistema de fuerzas) Capacidad resistente a los
esfuerzos de compresin, flexin, corte y traccin. La ventaja que
tiene el concreto es que requiere de muy poco mantenimiento.
Uso
El dimensionamiento de las secciones busca las propiedades
geomtricas as como la cantidad y posicin del acero de refuerzo,
siendo las formas ms comnmente empleadas las indicadas en la
Figura4. Desde el punto de vista de la estructura, las principales
estructuras donde se emplea el concreto armado son las losas y
vigas monolticas, losas planas sin vigas, cascarones de cubierta
simple o doble curvatura, domos y en el diseo de puentes. Todas
estas formas indican la adaptabilidad del material, porque la forma
se ajusta a la manera ms econmica de funcionar.
Vigas
ColumnasSecciones transversales en concreto armado.
Vigas columnas
Refuerzo Transversal
Vigas (Estribos)
Refuerzo Transversalestribos
Columnas zinchas
Refuerzo Longitudinal
Refuerzo en elementos de concreto armado.
Propiedades
La principal propiedad especificada en el diseo de los elementos
de concreto armado, es la resistencia del elemento a la compresin
correspondiente a los 28 das de curado y se denomina . Es una
propiedad que es variable segn la proporcin de los elementos que
conforman el concreto (agua, arena, grava y cemento). A partir de
este valor de diseo se obtienen las diversas propiedades del
concreto.
Tabla 2. Propiedades del concreto.
PropiedadValor (kgf/cm2)
Resistencia de compresin a los 28 das
Resistencia a la traccin
Mdulo de elasticidad
Tabla 3. Valores de cedencia de las barras de refuerzo.
MaterialFy (kgf/cm2)Fy (MPa)
Acero ASTM A615 grado 402800275
Acero ASTM A615 grado 604200415
Mtodo de construccin
Existen dos formas de construir con concreto armado, una es el
vaciado in situ que requiere de la fabricacin de formaletas de
madera (encofrado) y obliga a una secuencia de operaciones. Por
otra parte la construccin se puede hacer con elementos
prefabricados, este mtodo ahorra el uso del encofrado y permite
realizar simultneamente varias etapas de construccin.
MADERA
DefinicinSe denomina madera a aquella parte ms slida y fibrosa
de los rboles y que se ubica debajo de su corteza.
Cabe destacarse que la madera se caracteriza por la diversa
elasticidad que dispone, la cual estar en estrecha relacin a la
direccin de deformacin que presente, y asimismo sus condiciones
variarn en funcin del tipo de rbol que proviene y las
caractersticas climticas del lugar en el cual el rbol del que se
extraer crece.Respecto de su composicin, est compuesta por los
siguientes elementos: carbono, oxgeno, hidrgeno y nitrgeno, entre
otros.
Si bien la madera es un material altamente resistente a los daos
biolgicos, sin embargo, existen algunos organismos que hacen uso de
la madera con diversos objetivos y ello termina por alterar la
misma. Entre esos organismos se destacan las bacterias, hongos e
insectos.
Una vez que la madera se seca y es cortada podr ser aplicada en
diversos mbitos y darle diferentes fines, entre los que cuentan: la
fabricacin de una pasta que permite que consiste en la materia
prima que nos permite producir el papel; para hacer crecer un
fuego, llamada popularmente como lea; en construccin y carpintera
para fabricar diversos objetos y muebles, como ya veremos ms
adelante; en medicina; y a instancias de los medios de transporte
para justamente construirlos, tal es el caso de los carruajes y de
los buques.
Por otra parte, tambin denominamos como madera a la parte,
arriba mencionada, de los rboles y que es empleada a instancias de
la carpintera para realizar muebles, pisos, entre otros.
Uso
La madera para estructuras est disponible en las siguientes
formas:
Madera aserrada en tamaos-corrientes: Secciones con espesor de 2
a 4 pulg y ancho de 2 pulg o ms (utilizadas principalmente para
fabricar cabrios, viguetas, pies derechos o tablones).
Vigas y tirantes. Secciones rectangulares de 5 pulg o ms de
espesor y ancho de 2 pulg o ms de espesor, clasificadas para flexin
si la cargas se aplica en la cara angosta (vase Figura a).
Postes y maderas. Secciones transversales cuadradas o casi
cuadradas, de 5 x 5 pulg o ms grandes y ancho no ms de 2 pulg mayor
que el espesor, clasificadas para compresin donde hay poca flexin
(vase Figura b).
Terrazas. Madera de 2 a 4 pulg de espesor, machihembrada o
ranurada para lengeta en la cara angosta, clasificada para usos
planos, principalmente como terraza de tablones (vase Figura
c).
(a)(b)(c)Tipos de elementos de madera estructural
Propiedades
Las propiedades de la madera varan segn la especia, contenido de
humedad, clase y uso. Las maderas del pas tienen las propiedades
indicadas en las tablas 4 y 5.
Tabla 4. Valores de los esfuerzos admisibles para distintos
tipos de madera
Tipo de maderaFadm (kgf/cm2)Fadm (MPa)
A14013,7
B10510,3
C757,4
D555,4
Tabla 5. Valores de los esfuerzos admisibles para distintos
tipos de madera y fuerza segn el catalogo de Materiales
Andinos.Tipo de madera
Propiedades kg/cmABC
Eprom13000010000090000
Fb (f )210150100
Fc (c paralelo )14511080
Fc (c perpendicular )402815
Fv ()15128
Ft (t )14510575
Mtodo de construccin
La construccin con madera estructural consiste la unin de piezas
de madera de tamaos estndar. Las piezas estn identificadas
fundamentalmente segn el tipo y tamao pero adems de acuerdo a la
especie, uso y contenido de humedad. Debe sealarse que existe una
variedad tamaos estndar en madera estructural, el tamao se
especifica por el ancho b y altura h con incrementos en centmetros
o en pulgadas.
Por otra parte, para el ensamblaje de las piezas se existen
diversas formas de conectarlas. Existen las uniones mediantes
clavos, tornillos, adhesivos y recientemente se emplean los
pernos.
Los clavos se fabrican en una amplia variedad de tamaos y
formas, se hincan por medio de martillo en la misma forma que se ha
realizado durante milenios (vase Figura 7a), pero en los casos
donde se requiere gran cantidad de clavos se dispone de varios
equipos mecnicos para realizar la unin. Tambin se pueden pegar
placas de conexin a las piezas de madera (vase Figura 7b y 7c) y
los clavos se usan para sostener mientras el adhesivo ha fraguado y
las alcayatas son versiones ms fuertes del clavo comn, que se
emplean para elementos ms pesados.
Uniones a base de clavos.
En cuanto a los tornillos, estos tienen mayor sujecin que los
clavos y funcionan igual aunque deben introducirse en agujeros
perforados previamente. El tipo, tamao separacin y longitud
requiere de un criterio ms artesanal que cientfico, similar a los
clavos.
Debe sealarse adems los pernos de acero (vase Figura 8a),116que
similar a los tornillos requiere de realizar una perforacin con un
dimetro mayor al perno de alrededor de plg, Por lo general las
juntas entre piezas de madera son traslapadas (vase Figura 8b) y
tambin se emplean para conectar piezas de acero a la madera como
bases de columnas o de columnas a viga. En algunas ocasiones es
conveniente colocar anillos de aceros que incremente la resistencia
al corte de la unin, esto ocurre con elementos sujeto a los efectos
del viento.
MAMPOSTERIASe llamamamposteraal sistema tradicional
deconstruccinque consiste en erigirmurosyparamentosmediante la
colocacin manual de los elementos o los materiales que los componen
(denominadosmampuestos) que pueden ser, por ejemplo: ladrillos
bloques decementoprefabricados piedras, talladas en formas
regulares o noEste sistema permite una reduccin en los desperdicios
de los materiales empleados y genera fachadas portantes; es apta
para construcciones en alturas grandes. La mayor parte de la
construccin es estructural.A la disposicin y trabazn dadas a los
materiales empleados en los muros se llamaaparejo.En la actualidad,
para unir las piezas se utiliza generalmente
unaargamasaomorterodecementoy arena con la adicin de una cantidad
conveniente deagua. Antiguamente se utilizaba tambin elbarro, al
cual se le aadan otros elementos naturales comopaja, y en algunas
zonas rurales excrementos devacaycaballo.En algunos casos es
conveniente construir el muro sin utilizar mortero, y los muros as
resultantes se denominanmuros secosomuros de cuerda seca. Este tipo
de trabajo de los muros es tpico de las
construccionesruralestradicionales, por ejemplo, enla
Alpujarragranadina, en la regin deAndaluca,Espaa.Cuando el elemento
que conforma el muro es unsillar, a la fbrica resultante se le
denominasillera a hueso, en la que los sillares se colocan en seco
sin material que se interponga entre ellos.Cuando el elemento que
conforma el muro es un mampuesto, a la fbrica se le
denominamampostera en seco, en la que se colocan los mampuestos sin
mortero que los una, y a lo sumo se acuan conripios.Uso
La mampostera no reforzada por lo general no se considera en
regiones de riesgo ssmico, aunque con un buen diseo y construccin
de calidad es posible que se adecue a las normas sismorresistentes.
La mampostera reforzada se considera en estas regiones ya que
requieren de recomendaciones para poder emplear este tipo de
mampostera.
El uso de la mampostera estructural requiere considerar algunos
factores que se indican a continuacin:
Unidades: los tamaos de las unidades de ladrillos y bloques estn
definidos por el estndar de la industria, los ladrillos son de
5,5x12x25 y los bloques de arcilla y concreto se indican en las
Tabla 6 y 7
Tabla 6. Dimensiones de los bloques de arcilla.
e 20 cme 25 cm
8 x 20 x 308 x 25 x 30
10 x 20 x 3010 x 25 x 30
12 x 20 x 3012 x 25 x 30
15 x 20 x 3015 x 25 x 30
20 x 20 x 3020 x 25 x 30
Tabla 7. Dimensiones de los bloques de concreto.
Denominacin ordinaria (cm)Dimensiones modulares (cm)
1040 x 20 x 10
1540 x 20 x 15
2040 x 20 x 20
2540 x 20 x 25
3040 x 20 x 30
Aparejos: El patrn recomendado es las unidades trabadas (vase
Figura 9) por las propiedades estructurales, ya que tienen mayor
estabilidad.
Figura 9. Forma de trabazn para la mampostera estructural.
Funciones estructurales: Los muros se clasifican en no
estructurales y estructurales. La unidad, mortero, cantidad y
detalles del refuerzo influyen en la resistencia de la mampostera
estructural.
Refuerzo: Refuerzo significa cualquier elemento que se agregue
para ayudar a mejorar la resistencia, se puede colocar en toda la
mampostera como en zonas crticas como los extremos de muros,
remates, bordes y ubicacin de carga concentradas. Este tipo de
mampostera se denomina reforzada.
Propiedades
La resistencia bsica se mide como la resistencia a la compresin,
esta resistencia se toma de las especificaciones para cada tipo de
material. Las Tablas 8 y 9 indican la resistencia a compresin
(COVENIN, 1978a, 1978b, 1982).
Tabla 8. Resistencia a la compresin de ladrillos y bloques de
arcilla en kgf/cm2.
Tipo ATipo B
Promedio de 5 unidadesMnimo para una unidadPromedio de 5
unidadesMnimo para una unidad
Ladrillo200160140110
Bloque50402015
Tabla 9. Resistencia a la compresin bloques de concreto en
kgf/cm2.
TipoPromedio 3 bloquesMnimo 1 bloque
A17055
A25040
B1-B23025
Mtodo de construccin
En la Figura se muestran los elementos de la construccin en
mampostera. Las filas horizontales se llaman hiladas, los planos
verticales paredes. La pared es slida si las paredes se conectan
directamente, si se deja un espacio entre ellas se llama muro hueco
y si la cavidad se llena con concreto se llama muro hueco con
lechada o relleno.
MEMBRANASARQUITECTNICAS
Las membranas arquitectnicas son estructuras elaboradas con
postes, cables y textiles tensionados que permiten diseos de gran
variedad y belleza y pueden utilizarse como cubiertas y
cerramientos en estadios, coliseos, parques, centros comerciales,
aeropuertos, plazoletas de comidas, terminales de transporte,
instalaciones deportivas y centros recreativos.
CaractersticasLas membranas arquitectnicas son completamente
diferentes a cualquier otra solucin de cubiertas, tanto tcnica como
funcionalmente. A partir de cuatro formas bsicas -plana, cncava,
convexa y la parbola hiperblica- se obtienen gran cantidad de
configuraciones geomtricas, a las cuales se agregan caractersticas
fsicas poco comunes para lograr estructuras nicas.
Las membranas arquitectnicas tienen muchas cualidades tcnicas y
estticas:
Plazoleta de Comidas -Corferias, Bogot. Fotografas cortesa
Castro Rojas Ingenieros Asociados Ltda.
Permiten ilimitadas posibilidades de diseo. Se pueden instalar
en todos los climas Producen ahorros en cimentacin y estructura
porque son muy livianas. Son de larga duracin y fcil mantenimiento.
No se manchan fcilmente. La iluminacin interna genera reflejos
nocturnos muy especiales. Evitan que pase el calor y mantienen
ambientes confortables en clima clido. Permiten ahorros de energa
en iluminacin y climatizacin.
Materiales de cubiertaLos textiles pueden ser importados o de
fabricacin nacional. Las diferentes alternativas son:Tejido en
fibra de vidrio recubierto con Tefln o con silicona:Este material
de color blanco-crema es importado, tiene una vida til superior a
30 aos, resiste muy bien el medio ambiente, es traslcido y tienen
excelente resistencia al ataque de los rayos ultravioleta.Tejido en
polister recubierto con PVC:Es importado y viene en una gran
variedad de colores, tiene una vida til de ms de 20 aos, permite el
paso de la luz y tiene una capa antiadherente para protegerlo de la
polucinTejido en poliester recubierto con PVC - Nacional:Se utiliza
principalmente para carpas publicitarias. Su comportamiento ante el
medio ambiente es bueno y su vida til es de 3 a 5 aos. Se produce
en varios colores.Materiales de soporteLa estructura de soporte de
las membranas arquitectnicas est compuesta por:Cables:Dependiendo
de la complejidad del diseo se pueden utilizar cables de acero del
tipo usado para postensado o cables galvanizados del tipo que se
usa en puentes.Postes:Generalmente tubos circulares de acero o en
celosa.Platinas de anclaje:Platinas de acero comerciales de calidad
ASTM A-36. La soldadura es E70xx y la tornillera es de calidad SAE
grado 5. Tambin se utilizan platinas de aluminio para los bordes de
la membrana.
El diseoUna vez que el arquitecto tiene una idea clara de la
solucin que desea en cuanto a esttica, funcionalidad, forma
aproximada y sitios de anclaje o apoyo, el ingeniero debe buscar
soluciones que satisfagan estas necesidades y, adems, cumplan con
los niveles de esfuerzos permisibles y la estabilidad general de la
estructura, a un costo razonable.
Como resultado del diseo se obtienen, entre otros, la forma
final requerida para el textil y la cantidad, resistencia y
longitud de los postes y los cables requeridos en la estructura.Las
membranas arquitectnicas se disean para resistir los mismos
criterios bsicos de carga que las estructuras tradicionales. Las
cargas vivas mnimas y las cargas de viento se obtienen de los
requerimientos de los cdigos locales.El proceso de crear una
estructura de tensin comienza con los principios fsicos bsicos que
gobiernan su forma. Para producir una estructura estable, la
superficie de la membrana debe tener doble curvatura, es decir, el
radio de curvatura en dos direcciones principales se debe originar
en lados opuestos de la superficie. Esta es definida como curvatura
anticlstica. La forma bsica se define matemticamente como un
paraboloide hiperblico. Esta forma bsica se combina con cables y
otros elementos para crear un nmero infinito de posibilidades.La
forma bsica presenta entonces dos direcciones principales de
curvatura, una cncava y la otra convexa, y el textil generalmente
se orienta de tal forma que sus fibras sean paralelas a estas dos
direcciones.
El preesfuerzo interno correspondiente a estas direcciones
genera fuerzas opuestas que mantienen el sistema en equilibrio
esttico.
Cuando se aplica carga externa a la estructura, sta se deflecta
cambiando ligeramente su radio de curvatura y entonces el esfuerzo
en una direccin principal resiste la carga mientras que en la
direccin perpendicular ayuda al sistema a mantener la estabilidad.
De esta forma, el textil acta biaxialmente para resistir cargas
aplicadas. Debido a que los esfuerzos se deben resistir en ambas
direcciones, las propiedades biaxiales del textil (mdulo elstico y
radio de Poisson) son crticas para el anlisis.El proceso de diseo
difiere del empleado para estructuras convencionales. El anlisis
estructural debe estar completamente integrado con el diseo
arquitectnico. La geometra de la membrana se establece a travs de
una tcnica especial para asegurar el equilibrio esttico del
sistema. El anlisis de esfuerzos debe incorporar tcnicas de
"grandes deformaciones" para generar resultados precisos.Para
definir la geometra de la membrana -lo cual no puede hacerse con
precisin antes del anlisis- se establece inicialmente la "forma de
equilibrio natural", un sistema compuesto solamente de fuerzas de
tensin, y despus se analiza la estructura bajo varios casos de
carga, utilizando software especializado en un modelo
tridimensional que permite incluir cables, postes y vigas.Al
terminar el anlisis se hace un resumen de las fuerzas de reaccin y
se entrega al ingeniero de diseo del cliente para que complete su
anlisis de la estructura de apoyo. El esfuerzo permisible de la
membrana se determina aplicando a la resistencia original a tensin
un factor de seguridad por lo menos de 4, y factores de reduccin de
capacidad debido a condiciones climticas, a carga biaxial y al
manejo del material.
UnionesEl diseo de las uniones es una labor muy importante y
crtica, ya que se debe asegurar que los esfuerzos de trabajo de la
membrana se transfieran suave y uniformemente a los cables y la
estructura de soporte. Las fuerzas de diseo de cables y acero son a
menudo altas, as que las uniones deben asegurar que la carga fluya
adecuadamente a la estructura.Las uniones deben ser redondeadas en
las reas de contacto con el textil. Igualmente se debe tener en
cuenta la elongacin que sufre el textil luego de estar sometido por
un periodo de tiempo a carga constante, para evitar uniones con
cargas desbalanceadas y desplazamientos peligrosos. Las uniones
deben estar protegidas contra la corrosin, y por ello se recomienda
usar acero inoxidable, aluminio, acero galvanizado o proteccin con
pintura.Los diferentes tipos de uniones son: Textil con textil,
textil con cable, cable con cable, cable con mstil y mstil con
cimentacin.
Residencia Pealisa , 84 m2 - Girardot.Fotografa cortesa
CastroRojas Ingenieros Asociados Ltda
.
Complejo policial del Sumapaz, 124 m2 - Fusagasug.Fotografa
cortesa CastroRojas Ingenieros Asociados Ltda
Fabricacin y montajeUna vez terminado el diseo, se inicia la
fabricacin de la estructura en tres frentes: la fabricacin de los
postes de acero, la compra de los cables (segn medidas de diseo) y
el alistamiento del textil, el cual se hace en dos etapas: corte y
sellado.Un buen proceso de fabricacin y montaje debe reproducir en
el proyecto construido las mismas condiciones de geometra y niveles
de tensin establecidos por el diseador. Todo el proceso de
fabricacin debe estar estrictamente controlado en cuanto a
dimensiones, y el fabricante debe entender muy bien las propiedades
de esfuerzo y deformacin del textil a utilizar.Durante la
fabricacin el textil se manipula en el piso y por ello se debe
tener especial cuidado para que no se dae. Se recomienda, pues, que
la fabricacin se realice en un rea especficamente dedicada a este
propsito, en la cual la superficie y el equipo de corte o sellado
se mantengan absolutamente limpios y libres de objetos
innecesarios. Se debe tener mucho cuidado cada vez que sea
necesario transportar, doblar y desdoblar el textil, planeando de
antemano lo que suceder durante el montaje.Despus de que todo el
sistema ha sido fabricado, se procede a la instalacin, que tambin
requiere mucho cuidado y planeacin en temas como estos:nSe debe
instalar la membrana por mdulos?nQu tan grande debe ser cada
uno?nEn qu direccin es ms fcil realizar la instalacin?Antes de
comenzar, el instalador debe revisar la localizacin exacta de los
puntos de contacto entre la estructura de la membrana y la
construccin convencional, y durante el montaje debe monitorear
permanentemente la geometra de la estructura.
La instalacin se realiza en tres etapas.
1. PreparacinEn esta etapa se desempaca la membrana y se coloca
suelta sobre los dems elementos estructurales, asegurndola con
manilas para minimizar los riesgos que puedan tener los
trabajadores.2. AmarreLa membrana se ancla a su sistema permanente
de amarre (cables, postes, cimentacin, platinas, etc.) En caso de
que no encaje adecuadamente, el problema se debe corregir antes del
tensionamiento, pues cualquier error en este sentido tiene
consecuencias graves no solamente estticas sino tambin
estructurales.3. TensionamientoEn esta etapa la membrana adquiere
su forma definitiva. El tensionamiento debe realizarse gradual y
uniformemente en toda la estructura, eliminando cualquier arruga y
garantizando que se obtienen las tensiones deseadas en la
membrana.
MantenimientoPara lograr la mxima duracin posible es
indispensable dar un mantenimiento apropiado a la estructura,
limpindola peridicamente e inspeccionando en detalle las tensiones
en el sistema de cables para verificar que no haya prdidas de
tensionamiento que afecten el buen comportamiento de la
estructura.Tanto las inspecciones como eventuales retensionamientos
deben ser hechos por personas calificadas y en ciclos de
incrementos pequeos para no desbalancear el sistema.
SISTEMAS ESTRUCTURALESQu es una Estructura?Una estructura es un
ensamblaje de elementos que mantienen una forma y su unidad,
teniendo como objetivo resistir las cargas resultantes de su uso y
su propio peso dndole forma a un cuerpo, obra civil o
mquina.Ejemplos de estructuras son: puentes, torres, edificios,
estadios, techos, barcos, aviones, maquinarias, presas y hasta el
cuerpo humano.
Qu es un sistema estructural?Es un ensamblaje de miembros o
elementos independientes para conformar un cuerpo nico y cuyo
objetivo es darlesolucin (cargas y forma) a un problema civil
determinado.La manera de ensamblaje y el tipo de miembro ensamblado
definen el comportamiento final de la estructura y constituyen
diferentes sistemas estructurales.Los elementos no se distinguen
como individuales sino que la estructura constituye en s un sistema
continuo como es el caso de domos, losas continuas o macizas y
muros, y se analizan siguiendo los conceptos y principios bsicos de
la mecnica.Son sistemas compuestos de uno o varios elementos
dispuestos de tal forma que la estructura total y cada uno de sus
elementos sean capaces de mantenerse sin cambios apreciables en su
geometra durante la carga y descarga.Algunas caractersticas para
calificar los sistemas disponibles que satisfagan una funcin
especfica:ECONOMANECESIDADES ESTRUCTURALES ESPECIALESPROBLEMAS DE
DISEOPROBLEMAS DE CONSTRUCCINMATERIAL Y LIMITACIN DE ESCALA
TIPOS DE SISTEMAS ESTRUCTURALESMUROS PORTANTES
Tambin llamado como sistema tipo tnel se conoce a los arreglos
entre placas verticales (muros), las cuales funcionan como paredes
de carga, y las placas horizontales (losas). Este sistema genera
gran resistencia y rigidez lateral, pero si la disposicin de los
muros se hace en una sola direccin o se utiliza una configuracin
asimtrica en la distribucin de los muros, se generan
comportamientos inadecuados que propician la posibilidad del
colapso. Ventajas:Es un sistema que constructivamente es rpido de
ejecutar, ya que se utilizan encofrados de acero con forma de U
Invertida que dispuestos en el sitio permiten vaciar los muros y
las losas de manera simultnea. Se puede llegar a construir un nivel
de 1200 m2 cada 3 das, es decir tiene un alto rendimiento.
Comparado a un sistema aporticado tradicional, el sistema Tipo
Tnel puede costar entre un 25 a 30% menos. Adems de su rpida
ejecucin, el hecho de ya tener muros permite un ahorro en costos en
la construccin de las paredes de bloques y el friso de las
mismas.
Es un sistema que bien configurado es poco propenso al colapso,
ya que ofrece gran resistencia a los esfuerzos laterales.
Como es un sistema muy rgido, donde casi no se producen
desplazamientos laterales, los elementos no estructurales no sufren
daos considerables.
Termina siendo una estructura mucho ms liviana que el sistema
aporticado, y gracias a su rigidez lateral se pueden llegar a
construir edificios de ms de 30 pisos de altura.
Desventajas:Por ser un sistema que posee gran rigidez, estar
expuesto a grandes esfuerzos ssmicos, los cuales tienen que ser
disipados por las fundaciones, esto significa que debe estar
sustentado por un suelo con gran capacidad portante. Por poseer
losas de delgado espesor, la longitud de los ramales de
instalaciones de aguas servidas es limitada. En algunos casos se
tiene que llegar a aumentar el espesor de la losa donde van
ubicados los baos para poder cumplir con las pendientes.
Ya que los muros son continuos dificulta la distribucin de los
espacios internos, porque su uso es limitado a viviendas y hoteles.
Generalmente se requiere en la planta baja mayores espacios libres,
ya sea para estacionamientos o en el caso de un hotel para el
lobby. Como no se puede aumentar el espesor de la losa, debido al
encofrado, se tiene que implementar el uso de losas post-tensadas,
pero esta tcnica no es aplicada en Venezuela.Puede llegar a ser un
sistema muy vulnerable si la configuracin estructural no posee
lneas de resistencias en las dos direcciones ortogonales. Por lo
cual es muy importante que exista una interaccin entre
Arquitecto-Ingeniero al momento de realizar el proyecto.
SISTEMA APORTICADO
Est formado por vigas y columnas, conectados entre s por medio
de nodos rgidos, lo cual permite la transferencia de los momentos
flectores y las cargas axiales hacia las columnas. La resistencia a
las cargas laterales de los prticos se logra principalmente por la
accin de flexin de sus elementos.Ventajas:Permite mas
distribuciones en los espacios internos del edificio.Son
estructuras muy flexibles que atraen pequeas solicitaciones
ssmicas.Disipan grandes cantidades de energa gracias a la
ductilidad que poseen los elementos y la gran hiperestaticidad del
sistema.
Desventajas:El sistema en general presenta una baja resistencia
y rigidez a las cargas laterales.
Su gran flexibilidad permite grandes desplazamientos lo cual
produce daos en los elementos no estructurales.
Es difcil mantener las derivas bajo los requerimientos
normativos.
Por su alta flexibilidad, el sistema da lugar a perodos
fundamentales largos, lo cual no es recomendable en suelos
blandos.
El uso de este sistema estructural est limitado a estructuras
bajas o medianas. Ya que a medida que el edificio tenga ms pisos,
mayores tendran que ser las dimensiones de las columnas, lo cual
puede hacer el proyecto inviable econmica y arquitectnicamente.
Para los edificios con sistemas de prticos rgidos se estima que en
zonas poco expuestas a sismos el lmite puede estar alrededor de 20
pisos, Y para zonas de alto riesgo ssmico alrededor de 10
pisos.
SISTEMAS ABOVEDADOS, ARCO Y CPULAEl concepto bsico del arco es
tener una estructura para cubrir claros, mediante el uso de
compresin interna solamente. El perfil del arco puede ser derivado
geomtricamente de las condiciones de carga y soporte. Para un arco
de un solo claro que no esta fijo en la forma d resistencia a
momento, con apoyos en el mismo nivel y con una carga uniformemente
distribuida sobre todo el claro, la forma resultante es la de una
curva de segundo grado o parbola. Fue un sistema muy utilizado en
Mesopotamia y la edad Media Europea. Para utilizarlo se necesitan
materiales que aguanten bien los esfuerzos de compresin, por lo que
tradicionalmente se han construido en ladrillo cermico o piedra.
Este sistema fue muy utilizado en el Imperio Bizantino siendo su
ejemplo ms conocido Santa Sofa, Estambul.
BIBLIOGRAFIA
http://www.definicionabc.com/general/madera.phphttp://www.arqhys.com/articulos/estructuras-membrana.htmlhttp://www.materialeslosandes.com/tproductos.php?pagina=losacerhttp://www.construdata.com/BancoConocimiento/R/r120membranas/r120membranas.asphttp://es.wikipedia.org/wiki/Celos%C3%ADa_(ingenier%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Malla_espacialhttp://www.civil.cicloides.com/cestructurales/2.3.3/http://www.sencamer.gob.ve/sencamer/normas/2897-95.pdf
