Sistemas Estructurales

1. Sistemas
Estructurales
Proyecto de Estructuras.
Prof.: Héctor Márquez.
Realizado por:
María Viviana Chiarello B.
C.I.: 25.621.181
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”
Barcelona- Edo. Anzoátegui

2. PRIMERA PARTE
Sistemas Estructurales

3. Sistemas Estructurales
Una estructura es la unión de elementos que mantienen una forma
específica con el objetivo de resistir las cargas aplicadas a ella y el peso de si
misma.
Los sistemas estructurales
son estructuras compuestas de
varios miembros dedicados a
soportar una edificación y las
cargas que actúan sobre ellas
transmitiéndolas al suelo.
La manera de ensamblaje y el tipo de miembro ensamblado definen el
comportamiento final de la estructura y constituyen los diferentes sistemas
estructurales.

4. Su Implementación
Un sistema estructural emana su perfil único de las consideraciones
siguientes:
 Los materiales de sus elementos, sus propiedades, procesos de producción y
la necesidad de funciones especiales como desarmar o mover.
 Las funciones estructurales específicas como: resistencia a esfuerzos a
tracción y/o compresión, las luces, las alturas, los volados, etc.
 La forma geométrica o su ubicación.
 La forma de unión de los elementos.
 La forma de apoyo de la estructura.
 Las condiciones específicas de carga.
 Las condiciones de usos y necesidades.

5. Características
 Economía.
 Necesidades estructurales especiales como:
- Resistencia.
-Rigidez.
-Estabilidad.
-Funcionalidad.
 Problemas de diseño.
 Problemas de construcción.
 Materiales y limitaciones de escala.

6. Clasificación
 Estructuras Macizas:
Son aquellas en las cuales la resistencia y la estabilidad se obtienen a través
de la masa, aún cuando la estructura no sea completamente sólida. Son
resistentes a fuertes vientos, el oleaje y vibraciones.
 Estructuras Reticulares:
Consiste en una red de elementos ensamblados. Los sistemas de vigas,
columnas de acero y las torres de celosías son algunos ejemplos, se subdividen
en armaduras y pórticos o marcos.
 Estructuras Superficiales:
Pueden tener alto rendimiento debido a su función doble como estructura y
envolvente, pueden ser muy estables y fuertes, pero están limitadas a recibir
cargas concentradas y facilitar discontinuidades repentinas como en los vanos.
 Estructuras Especiales:
Son aquellas construidas por una combinación de los tipos anteriores, aquí
estarían las estructuras colgantes, los arcos, las estructuras inflables, entre otros.

7. Tipos
 Estructuras Aporticadas:
Están formadas por vigas y columnas,
conectados entre sí por medio de nodos rígidos, que
les permiten transferir los momentos flectores y las
cargas axiales hacia las columnas. La resistencia a
las cargas laterales de los pórticos se logra
principalmente por la acción de flexión de sus
elementos.
Este tipo de sistema estructural amerita del
uso de un sistema estructural secundario de
relleno para producir las superficies de los muros,
pisos y techos.

8. Tipos
 Estructuras Aporticadas:
Ventajas:
• Permiten más distribuciones en el interior de la edificación.
• Son muy flexibles y atraen pequeñas solicitaciones sísmicas.
• Disipan grandes cantidades de emergía por la ductilidad de sus elementos y
la gran hiperestaticidad del sistema.
Desventajas:
• Presenta una baja resistencia y rigidez a las cargas laterales.
• Su flexibilidad permite grandes desplazamientos, pero esto produce daños a
los elementos no estructurales.
• Es difícil mantener las derivas bajo los requerimientos normativos.
• Este sistema está limitado a estructuras bajas o medianas. Debido a que a
medida que aumentan los pisos, aumentan las dimensiones de las columnas,
causando problemas económicos y arquitectónicos.
• Los edificios con este sistema varían entre 10 a 20 pisos, dependiendo de si
la zona es de alto o bajo riesgo sísmico.

9. Tipos
 Muros Estructurales:
Este sistema tiene fundamentalmente
dos distintivos en la estructura general de
un edificio que son dar estabilidad lateral
y apoyo a elementos que cubran una luz.
Estos funcionan como techos, paredes y
pisos.
Los muros portantes generan gran resistencia y rigidez lateral, así como a
los elementos que cubren el claro. Generalmente son elementos a compresión y
pueden ser monolíticos o entramados. Aunque no son utilizados para
transmisiones de cargas verticales, se usan a menudo para dar estabilidad lateral.
Los elementos para cubrir claros funcionan como pisos y techos. Dentro
de estos se encuentran una gran variedad de ensambles, desde simples tableros
de madera y viguetas hasta unidades de concreto precolado o armaduras de
acero.

10. Tipos
 Muros Estructurales:
Ventajas:
• Comparado con un sistema aporticado tradicional, este puede costar entre
un 25 a 30% menos.
• Es mucho más liviano que el sistema aporticado, y gracias a su rigidez
lateral se pueden construir edificios de más de 30 pisos de altura.
• Los elementos no estructurales no sufren daños considerables.
• Es constructivamente rápido de ejecutar.
• Es poco propenso a colapso.
Desventajas:
• Se dificulta la distribución interna del edificio.
• Al tener losas delgadas, la longitud de los ramales de instalaciones de
aguas servidas es limitada.
• Está expuesto a grandes esfuerzos sísmicos, teniendo que ser disipados
por las fundaciones, necesitando entonces suelos con gran capacidad
portante.

11. Tipos
 Sistemas Abovedados, de Arcos y Cúpulas:
El concepto de este sistema es cubrir las luces por medio de elementos
que sólo estén sometidos a compresión interna. Su perfil puede ser derivado
geométricamente de las condiciones de carga y soporte. Para un arco de un solo
claro que ni está fijo en la forma de 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 parábola.
Para utilizarlo se necesitan
materiales que aguanten bien los
esfuerzos de compresión, por lo que
tradicionalmente se han construido en
ladrillo cerámico o piedra.
Fue un sistema muy utilizado en
Mesopotamia y la Edad Media
Europea.

12. Tipos
 Estructuras a Tracción:
Son utilizadas generalmente para cubiertas de grandes extensiones, siendo
su principal material el acero y su elemente es el cable.
Desde el punto de vista estructural, el cable suspendido es el inverso del
arco, tanto en forma como en fuerza interna.
Los cables son elementos flexibles por
sus dimensiones transversales pequeñas en
relación con la longitud, por lo cual su
resistencia es solo la tracción dirigida a lo
largo del cable, esta carga se divide por igual
entre los hilos del cable, permitiendo que cada
uno quede sometido a la misma tensión
admisible.
A pesar de la eficiencia y economía de los cables de acero no son tan
populares en estructuras pequeñas, debido a su flexibilidad, ya que este es
inestable y esto es uno de los requisitos básicos par alas estructuras. Este
sistema es más utilizado en puentes y techos de cables.

13. Tipos
 Estructuras Espaciales:
• Estructuras Inflables:
Se utiliza inyección o presión de aire como
recurso estructural en una variedad de formas.
• Estructuras Laminares:
Es un sistema para moldear superficies de arco o bóveda, utilizando una
red de nervaduras perpendiculares que aparecen como diagonales en planta.
• Cúpulas Geodésicas:
Ideada para formar superficies hemisféricas, se
basa en triangulación esférica.
• Estructuras de Mástil:
Son estructuras similares a los árboles, requiere
bases muy estables bien anclados contra el efecto del
viento provocado por fuerzas horizontales.

14. Configuración Estructural
Es la distribución y localización que se le dan a todos los elementos
resistentes de una estructura: columnas, muros, losas, núcleos de escaleras, entre
otros. Pero deben tomarse en cuenta igualmente todos los elementos no
estructurales.
La configuración estructural puede ser considerada como el aspecto
más importante en todo el proyecto estructural.
Su importancia reside en que si el diseño arquitectónico no llega a
complementarse con un óptimo y razonable criterio en el diseño estructural, la
estructura puede comportarse deficientemente ante un terremoto, a pesar de que
se hayan realizado métodos de análisis complejos y muy detallados por parte del
ingeniero.

15. Desarrollo Estructural
Dentro del desarrollo estructural una vez realizada la configuración
de lo que se desea proyectar se procede a ejecutar el siguiente
procedimiento:
a. Etapa de estructuración, la optimización del resultado final del
diseño depende de gran parte del acierto que se haya obtenido en
adoptar la estructura más adecuada para una edificación específica.
Aquí se seleccionan los materiales que van a constituir la estructura,
se define el sistema estructural principal y el arreglo y dimensiones
preliminares de los elementos estructurales más comunes.
a. Análisis de cargas, en esta etapa se identifican las acciones que se
consideran que van a incidir o tienen posibilidades de actuar sobre el
sistema estructural durante la vida útil del edificio. Cuando se
conocen de antemano que en el diseño se tienen que considerar las
acciones accidentales es posible seleccionar en base a la experiencia
la estructuración más adecuada para absorber dichas acciones.

16. Desarrollo Estructural
Dentro del desarrollo estructural una vez realizada la configuración de lo
que se desea proyectar se procede a ejecutar el siguiente procedimiento:
c. Análisis estructural, procedimiento que lleva a la determinación de la
respuesta del sistema estructural ante la solicitación de las acciones externas
que puedan incidir sobre dicho sistema.
c. Disposición geométrica definitiva de columnas, vigas, losas, etc.
Dependiendo del elemento a diseñar.
c. Cálculo sísmico acorde a las normas.

17. Armonía Estructural
La armonía estructural que debe reinar entre la arquitectura y la
ingeniería civil presenta dos vertientes muy relacionadas a los pasos para el
desarrollo estructural:
• El estudio descriptivo: observaciones
basadas en la práctica.
• El estudio prescriptivo: no es más que
transformar estas practicas en normas
de aplicación, en otras palabras en el
caso de proyectos estructurales se
reduce a lo descrito en las normas ya
que resumen todas esas experiencias.

18. SEGUNDA PARTE
Estructuras Aporticadas en Acero Estructural

19. Acero Estructural
El acero estructural se presenta por lo general en forma de perfiles o
laminas. Siendo un material que posee alta resistencia a compresión como a
tracción, por lo que no necesita de otro tipo de material para trabajar.
Debido a su vulnerabilidad a la corrosión
por lo general va acompañado de un
recubrimiento el cual puede ser galvanizado
(recubrimiento de zinc), recubierto de
anticorrosivo, de pintura o una mezcla de ellos.
Las estructuras metálicas tienen gran resistencia por
estar hechas en acero, dándole la posibilidad
de solucionar cubiertas de grandes luces y cargas importantes.
Al ser piezas prefabricadas y con uniones de gran
flexibilidad las construcciones se realizan en tiempos reducidos.

20. Edificios en Venezuela
La Torre CAF
Es un rascacielos que se está construyendo en
Caracas. El proyecto se ubicará en el Centro Financiero
del Municipio Chacao será Sede de la Corporación
Andina de Fomento o Banco de Desarrollo de América
Latina; además poseerá un estacionamiento de cinco
pisos, un puente peatonal, una Parada de Metro Bus y un
edificio público que anexa un centro educativo, un espacio
de exposiciones y oficinas.
El edificio está concebido como una infraestructura equipada con
soportes flexibles y dinámicas del trabajo. La piel externa actúa como
regulador climático permitiendo que la luz entre de forma tamizada y
tenue, al mismo tiempo que proporciona al edificio una apariencia
liviana suavizando su aspecto visual en el contexto urbano.
El Complejo fue llevado a cabo para la integración de espacios
públicos en la ciudad y el ambiente urbano ecológico.

21. Edificios en Venezuela
La Torre de Oficinas BCV "Tepuy"
Es un edificio en construcción en Ciudad Guayana, correspondiente a la
subsede del Banco Central de Venezuela.
Su torre central estará recubierta desde arriba hacia abajo por
una malla, que simula las redes de los pescadores, y tendrá un tipo de
cubierta vegetal que evoca al Salto Ángel.
El proyecto consta de un gran complejo con 19 pisos de
altura ocupando108 metros de altitud. Se plantea que sea un
edificio ecológico y autosustentable que genere el 100% de
la energía eléctrica que consume, con energía eólica,
poseerá un estacionamiento subterráneo, con estaciones de
transporte público. Contando así con los siguientes espacios:
cafetín, auditorio, sala de conciertos, un acuario, museo de
oro y un mirador en el último piso.
Este novedoso edificio cuenta con una estructura
tridimensional de elementos tubulares de
aluminio y acero, flexible y de rápido montaje.

22. Edificios a Nivel Mundial
El John Hancock Center
Es uno de los edificios más famosos del
estilo conocido como expresionismo
estructural y tiene un característico exterior
con vigas con forma de X que hace que la
fachada del edificio forme parte de su
estructura. El John Hancock Center tiene 457,2
metros de altura incluidas sus dos antenas y
exactamente 100 pisos.
Con un sistema estructural de fachada
resistente, reforzada con diagonales, las
columnas se pueden colocar más separadas que
en los sistemas en tubo, conectándolas con
miembros diagonales en la fachada, para lograr
que trabajen en conjunto.

23. Edificios a Nivel Mundial
One World Trade Center
El World Trade Center fue un complejo de edificios en la
ciudad de Nueva York, Estados Unidos, con un total de 102
pisos.
Este sistema es
denominado también de
fachada resistente.
Para llevar a cabo esta edificación se
desarrolló el marco de tubo estructural,
basado en crear una estructura con
columnas en la fachada poco separadas
que se unen con las vigas en cada piso,
volviéndose estructurales a los elementos
arquitectónicos verticales, creando un
sistema que actúa como un tubo
perforado que se proyecta en voladizo
desde el suelo, bajo la acción de las
fuerzas horizontales.
Las columnas trabajan a tensión o compresión, suministrando la capacidad
a volcamiento de la estructura, en momentos flectores.

24. Edificios a Nivel Mundial
Torre Sears de Chicago
Esta torre con 110 pisos y una altura de 443m que superaba
al World Trade Center por unos 30m. Sostuvo el registro de ser el
edificio más alto del mundo, hasta que las Torres Petronas fueran
construidas en 1998.
Con una estructura completamente de acero, columnas y
vigas en un sistema “de megamódulo”.
La estructura de la torre se resuelve con 9 módulos
cuadrados, cada uno rígido dentro de sí mismo sin apoyos
internos, con un sistema de tubo en tubo, con tubos cuadrados
aporticados de 75 pies de lado, separación de columnas de 15
pies y empaquetado en nueve áreas o tubos, los cuales se
interrumpen a diferentes alturas sin afectar la integridad
estructural del edificio.
Gracias al sistema de tubos en paquete es posible el
aprovechamiento de todas las columnas interiores, situando
las columnas cercanas en módulos tubulares, para mejorar el
funcionamiento bajo fuerzas horizontales como las del viento.

25. Edificios a Nivel Mundial
Las Torres Petronas
Evocan motivos tradicionales del arte islámico, haciendo honor a la herencia
musulmana de Malasia, combinadas con una tecnología innovadora. Cada torre
tiene un total de 88 pisos y 427 metros de altura.
El sistema de tubo en tubo combina la “fachada
resistente” con un núcleo rígido de concreto reforzado,
unido mediante un conjunto de vigas en cada piso. El
sistema de piso compuesto de acero estructural
convencional tienen vigas de acero laminado.
La estructura central se basa en un núcleo
cuadrado, básicamente de hormigón armado unido a un
anillo de 16 columnas de hormigón, unidas a su vez al
núcleo central.
El cerramiento externo es de acero inoxidable,
aluminio y cristal. Un sistema de profundos parasoles
modula las formas verticales y produce una fachada
tridimensional apropiada para el trópico.

26. Edificios a Nivel Mundial
El Taipei 101
Es un edificio que cuenta con 106 plantas, 5 subterráneos y
101 por encima del nivel del suelo. Sus 508 metros de altura
superaron los 452 metros de las Torres Petronas.
Este rascacielos, con forma de una caña de bambú, es tan
estable como elástico, por lo que fue necesario instalar 557
pilares de acero a 80 m. de profundidad y sobre ellos una
plataforma de 9.000 toneladas de peso del mismo material. En
cada uno de sus ángulos se erigieron dos columnas de
dimensiones igualmente enormes que soportan la carga
principal.
Esta torre destinada a oficinas, locales comerciales y
parqueaderos es construida en acero estructural, con
columnas tubulares de acero de 80 mm de espesor y rellenas de
concreto de alta resistencia, con un dispositivo de
amortiguación, con una esfera de acero de 800 toneladas, que le
permite controlar las oscilaciones normales del edificio.

27. DATO CURIOSO
Estructuras Aporticadas en Acero Estructural

28. Agora Garden Tower
Su forma retorcida está inspirada en la
cadena de ADN (doble hélice), tiene 20 pisos de
altura, donde cada nivel va rotando 4.5 grados.
Esto hace que la torre realice un giro de 90º desde
su base hasta la coronación.
Posee una estructura de acero con
un núcleo central es el principal elemento
estructural, y de él parte cada planta de
apartamentos, y en direcciones opuestas. Pero debido a la longitud de dichas
plataformas, no pueden trabajar exclusivamente en ménsula, por eso se
apoyan en un doble-soporte (mega-columna) curvo que hay en el extremo.
El resto es un sistema de vigas vierendeel, y soportes apeados en pisos
pares. Hay que tener en cuenta que, debido a su forma retorcida, no hay
soportes verticales que atraviesen los apartamentos. Solamente el núcleo
cilíndrico central es vertical.
Su diseño aprovecha las condiciones climáticas y ambientales
optimizando la entrada de luz natural y ventilación. El muro cortina del
cilindro central es de doble capa, facilitando un control climático pasivo.
Con reciclado de las aguas pluviales, vidrios de baja emisividad térmica,
paneles fotovoltaicos y ascensores son de bajo consumo energético.