2-sistemas Estructurales Udfjc.pdf

UNIDAD 2 SISTEMAS ESTRUCTURALES Ing. Rodolfo Felizzola C. Departamento de Ingeniería Civil, Universidad Distrital FJDC, Bogotá - Colombia Febrero de 2015

OBJETIVO Mostrar los sistemas estructurales, los parámetros y principios para análisis y diseño sísmico y establecer recomendaciones generales para lograr una estructuración eficiente en edificios bajo el Reglamento Colombiano de construcción Sismo resistente NSR 10

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO ESTUDIOS GEOTÉCNICOS — Debe realizarse una exploración del subsuelo en el lugar en que se va a construir la edificación para detectar movimientos de suelo. DISEÑO ARQUITECTÓNICO — El proyecto arquitectónico de la edificación debe cumplir la reglamentación urbana vigente, los requisitos especificados en el Título J y en el Título K y además debe indicar, para efectos de este Reglamento, los usos de cada una de las partes de la edificación y su clasificación dentro de los grupos de uso definidos en el Capítulo A.2 DISEÑO ESTRUCTURAL El diseño estructural debe ser realizado por un ingeniero civil facultado para este fin, de acuerdo con la Ley 400 de 1997. La estructura de la edificación debe diseñarse para que tenga resistencia y rigidez adecuadas ante las cargas mínimas de diseño prescritas por el Reglamento y debe, además, verificarse que dispone de rigidez adecuada para limitar la deformabilidad ante las cargas de servicio, de tal manera que no se vea afectado el funcionamiento de la edificación.

REVISIÓN DE LOS DISEÑOS

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REVISIÓN DE LOS DISEÑOS — Los planos, memorias y estudios realizados deben ser revisados para efectos de la obtención de la licencia de construcción tal como lo indica la Ley 400 de 1997, la Ley 388 de 1997 y sus respectivos reglamentos. Esta revisión debe ser realizada en la curaduría o en las oficinas o dependencias encargadas de estudiar, tramitar, y expedir las licencias de construcción, o bien por un profesional independiente, a costo de quien solicita la licencia. Los revisores de los diseños deben tener las cualidades establecidas en la Ley 400 de 1997.

CONSTRUCCIÓN — La construcción de la estructura, y de los elementos no estructurales, de la edificación se realiza de acuerdo con los requisitos propios del material, y bajo una supervisión técnica, cuando así lo exija la Ley 400 de 1997, realizada de acuerdo con los requisitos del Título I. La dirección de la construcción debe ser realizada por un ingeniero civil, o arquitecto, o un ingeniero mecánico para el caso de estructuras metálicas o prefabricadas, facultados para este fin, de acuerdo con la Ley 400 de 1997.

REVISIÓN DE LOS DISEÑOS

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SUPERVISIÓN TÉCNICA — De acuerdo con el Título V de la Ley 400 de 1997, la construcción de estructuras de edificaciones, o unidades constructivas, que tengan más de 3000 m² de área construida, edificaciones del grupos de uso III y IV, edificiones diseñadas con el titulo E con mas de 15 unidades de vivienda independientemente de su uso, debe someterse a una supervisión técnica realizada de acuerdo con lo establecido en el Título I del Reglamento NSR10.

ZONAS DE AMENAZA SISMICA Aa: coeficiente que representa la aceleración horizontal pico efectiva, para diseño Av: coeficiente que representa la velocidad horizontal pico efectiva, para diseño

La edificación debe localizarse dentro de una de las zonas de amenaza sísmica siguientes ZONA DE AMENAZA SÍSMICA BAJA — Es el conjunto de lugares en donde tanto Aa como Av son menores o iguales a 0.10 ZONA DE AMENAZA SÍSMICA INTERMEDIA — Es el conjunto de lugares en donde Aa o Av , o ambos, son mayores de 0.10 y ninguno de los dos excede 0.20 ZONA DE AMENAZA SÍSMICA ALTA — Es el conjunto de lugares en donde Aa o Av , o ambos, son mayores que 0.20.

TIPO DE SUELO

GRUPOS DE USO GRUPO IV EDIFICACIONES INDISPENSABLES: - Hospitales, clínicas y centros de salud con servicios de cirugía, cuidados intensivos, salas de urgencia. - Edificaciones que componen aeropuertos, sistemas masivos de transporte - Centrales de Operación y control de líneas vitales de energía eléctrica, agua, combustible, transporte. - En este grupo IV deben incluirse las estructuras que alberguen plantas de generación eléctrica de emergencia, los tanques y estructuras que formen parte de sus sistemas contra incendio. (I = 1.5) GRUPO III: EDIFICACIONES DE ATENCION A LA COMUNIDAD - Estaciones de bomberos, defensa civil, cuarteles de fuerzas armadas. - Estructuras y equipos de centros de atención de emergencias. - Garajes de vehículos de emergencia, otros - Guarderías, escuelas, colegios, universidades ( I= 1.25)

GRUPOS DE USO Grupo II — Estructuras de ocupación especial — Cubre las siguientes estructuras: (a) Edificaciones en donde se puedan reunir más de 200 personas en un mismo salón. (b) Graderías al aire libre donde pueda haber más de 2000 personas a la vez, (c) Almacenes y centros comerciales con más de 500 m² por piso, (d) Edificaciones de hospitales, clínicas y centros de salud, no cubiertas en A.2.5.1.1. (e) Edificaciones donde trabajen o residan más de 3000 personas, y (f) Edificios gubernamentales

. (I=1.1)

Grupo I — Estructuras de ocupación normal — Todas la edificaciones cubiertas por el alcance de este Reglamento, pero que no se han incluido en los Grupos II, III y IV. (I=1.0)

ESPECTRO ELÁSTICO DE ACELERACIONES DE DISEÑO

SISTEMAS ESTRUCTURALES Se reconocen cuatro tipos SISTEMA DE MUROS DE CARGA • Es un sistema estructural que no dispone de un pórtico esencialmente completo y en el cual las cargas verticales son resistidas por los muros de carga y las fuerzas horizontales son resistidas por muros estructurales o pórticos con diagonales • SISTEMA COMBINADO Es un sistema estructural, en el cual: •

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(a) Las cargas verticales son resistidas por un pórtico no resistente a momentos, esencialmente completo, y las fuerzas horizontales son resistidas por muros estructurales o pórticos con diagonales, o (b) Las cargas verticales y horizontales son resistidas por un pórtico resistente a momentos, esencialmente completo, combinado con muros estructurales o pórticos con diagonales, y que no cumple los requisitos de un sistema dual

• SISTEMA DUAL Sistema estructural que tiene un pórtico espacial resistente a momentos y sin diagonales, combinado con muros estructurales o pórticos con diagonales. Para que el sistema estructural se pueda clasificar como sistema dual se deben cumplir los siguientes requisitos: (a) El pórtico espacial resistente a momentos, sin diagonales, esencialmente completo, debe ser capaz de soportar las cargas verticales. (b) Las fuerzas horizontales son resistidas por la combinación de muros estructurales o pórticos con diagonales, con el pórtico resistente a momentos, el cual puede ser un pórtico de capacidad especial de disipación de energía (DES), cuando se trata de concreto reforzado o acero estructural, un pórtico con capacidad moderada de disipación de energía (DMO) de concreto reforzado, o un pórtico con capacidad mínima de disipación de energía (DMI) de acero estructural. El pórtico resistente a momentos, actuando independientemente, debe diseñarse para que sea capaz de resistir como mínimo el 25 por ciento del cortante sísmico en la base. (c) Los dos sistemas deben diseñarse de tal manera que en conjunto sean capaces de resistir la totalidad del cortante sísmico en la base, en proporción a sus rigideces relativas, considerando la interacción del sistema dual en todos los niveles de la edificación, pero en ningún caso la responsabilidad de los muros estructurales, o de los pórticos con diagonales, puede ser menor del 75 por ciento del cortante sísmico en la base.

Sistema de pórtico Es un sistema estructural compuesto por un pórtico espacial, resistente a momentos, esencialmente completo, sin diagonales, que resiste todas las cargas verticales y fuerzas horizontales.

MUROS DE CARGA • MUROS DE CONCRETO • Capacidad de ductilidad de energía • DMI – DMO - DES » Sistemas industrializados.

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MUROS DE MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL (Título D) Mampostería de cavidad reforzada. Mampostería Reforzada. Mampostería Parcialmente Reforzada Mampostería no Reforzada Mampostería de muros confinados Mampostería de muros diafragma Mampostería reforzada externamente

ESPECIFICACIONES SOBRE MUROS Tipos de mampuestos:

De perforación vertical

De perforación horizontal

Macizos

De arcilla cocida

Silico-calcáreos

De concreto

REQUISITOS PARA MUROS • Supervisión técnica • Planos y memorias • Especificaciones para la combinación con otras estructuras: Se deben cumplir las disposiciones de similitud en rigidez y disipación general de energía • Se debe garantizar la calidad del mortero de pega y relleno. En general se recomienda el mortero tipo M. • La mampostería debe provenir de una ladrillera certificada ambiental y técnicamente. • La determinación de la resistencia a compresión f’m se determina mediante compresión de muretes.

DISPOSICIONES DE DISEÑOS • Los muros deben tener continuidad desde la cimentación hasta la cubierta. • Se deben ubicar preferiblemente sobre ejes de muros inferiores, cuando se encuentran en pisos superiores. • Los vanos del muro no deben superar el 30 % del área del muro. • Las juntas entre hiladas no puede ser mayor de 1.5 cm en ningún caso, las juntas verticales, 1cm. • No debe existir pandeo, inestabilidad o desprendimiento en ninguna parte del muro.

MAMPOSTERÍA DE CAVIDAD REFORZADA Es el sistema comprendido por dos muros de mampostería, reforzados o no, ubicados paralelamente. El refuerzo principal se encuentra entre los dos muros y esta comprendido por una malla de acero (similar a usada en placas). Todo el espacio de reforzamiento esta lleno de concreto o mortero. Este sistema estructural se clasifica, para efectos de diseño sísmico como Disipación de Energía Especial. (ver D.6)

REQUERIMIENTOS • Los muros laterales pueden ser de mampostería de arcilla, sílico-calcáreas o de concreto, de perforación vertical u horizontal. • El espesor del muro debe ser mayor de 19 cm, 7 cm para cada muro y 5 cm para el lleno. • El mortero de relleno debe cumplir D.3.5. (f’c>=12.5 MPa). • Se deben ubicar conectores de acero entre los dos muros paralelos (ganchos S o C) • Se deben ubicar ventanas de inspección de mínimo 75x75 mm(ratoneras) en ambos muros espaciadas máximo cada 1 m.

REFUERZO • El refuerzo en función del área bruta de la cavidad: – Vertical: 0.0015 – Horizontal: 0.002

• La separación no debe superar los 40 cm ni ser menor de 5 cm. • Se deben ubicar varillas No 4 en cada extremo del muro, de la misma altura y embebidas en las placas o vigas. • Si el espesor de la cavidad supera los 15 cm, se deben ubicar dos capas de refuerzo (dos mallas), que soporten cada una la mitad de la carga.

OTRAS DISPOSICIONES • Los muros paralelos deben cumplir las disposiciones de alineamiento, verticalidad, etc. del titulo D. • El refuerzo horizontal se debe poner a medida que avanza la construcción del muro. • La inyección se debe dar continuamente y sin pasar mas de 90 min. entre cada capa de inyección. La inyección horizontal no debe ser mayor de 8 m de una sola ocasión. • Se debe garantizar la calidad de los materiales basado en D.3.8.

MAMPOSTERÍA REFORZADA Sistema estructural que consiste en muros de mampostería de perforación vertical con relleno en cada una de sus perforaciones con refuerzo en acero y relleno de mortero o concreto. Pueden ser de capacidad de nergía DMO ó DES

REQUERIMIENTOS • El muro debe ser de mampostería de perforación vertical en arcilla cocida o concreto. • Este diseño se puede usar para sistemas de disipación de energía especial o moderada así: – Cuando todas las celdas verticales están rellenas con mortero, el sistema funciona para un requerimiento DES – Cuando solo las celdas que tienen refuerzo vertical están rellenas de mortero, el sistema acepta DMO

• Se deben ubicar ventanas de inspeccion en cada celda vertical rellena de mortero.

DISIPACION ESPECIAL • El refuerzo vertical y horizontal no debe separarse a mas de un tercio de la longitud del muro o 12 cm. • El área del refuerzo vertical debe ser mayor de un tercio del área del horizontal. • Se debe ubicar al menos una barra No 4 en cada extremo del muro, amarrada en cada extremo. • Se deben ubicar al menos dos barras horizontales No 3 en el inicio y final del muro. • Todos los refuerzos horizontales se ubican en la junta de mortero.

DISIPACION MODERADA • La cuantía mínima de acero con respecto al área bruta, tanto horizontal como vertical no debe ser menor 0.0007 • La suma de las cuantías horizontal y vertical con respecto al área total debe ser mayor de 0.002. • La separación de las barras verticales no debe ser mayor de 1.2 m. • El diámetro del refuerzo horizontal en las juntas horizontales de pega no puede ser menor de 4 mm y no puede espaciarse a mas de 60 cm. • Se debe garantizar la calidad de todos los materiales, según D.1. a D.5.

MAMPOSTERIA PARCIALMENTE REFORZADA Es en la practica, un sistema similar al de mampostería reforzada, con la diferencia de que permite la combinación de mampuestos macizos o de perforación horizontal con los de perforación vertical que se deben ubicar en los refuerzos. La cantidad de refuerzo es la misma que la de mampostería reforzada para Disipación de Energía Moderada (DMO).

REQUERIMIENTOS • Los muros deben tener un espesor (ancho) mínimo de 12 cm. • Se deben ubicar mampuestos de perforación vertical en las zonas de reforzamiento. Todas las celdas reforzadas deben estar rellenas con mortero. • Se permite el uso de mampuestos que no tengan perforación vertical, siempre que estos: – Tengan el mismo tamaño de los mampuestos de perforación vertical usados en el refuerzo. – Sean del mismo material de los usados en el refuerzo. – Se utilice el aparejo trabado únicamente.

• Se debe garantizar la resistencia a la compresión de los mampuestos combinados.

REFORZAMIENTO • La cuantía del refuerzo en cada una de las direcciones, vertical u horizontal, no debe ser menor del 0.00027, evaluadas sobre el área bruta de la sección del muro • El espaciamiento entre refuerzos verticales no puede ser mayor de 2.40 m. • Se debe disponer como mínimo de una barra N° 3 en cada extremo del muro • La resistencia a la compresión de la mampostería, fm′ de este tipo de mampostería estructural no puede ser menor de 8 MPa. • El refuerzo horizontal en las juntas de pega no puede estar espaciado a más de 800 mm.

MAMPOSTERIA NO REFORZADA Es aquella que no cumple los requisitos ni las condiciones de reforzamiento de ninguno de los otros sistemas, o que sencillamente tiene un uso no estructural, meramente logístico o estético. Cuando este tipo de muro represente un peligro para la integridad del usuario, se debe reforzar.

REQUERIMIENTOS • Los muros no reforzados pueden funcionar como estructurales en zonas donde la sismicidad sea baja (Aa < 0.05) • Todos los muros deben tener un espesor mínimo de 12 cm • La construcción y los materiales deben verificarse a partir de las especificaciones de D.1 y D.2 • Se deben diseñar por el método de esfuerzos admisibles

MAMPOSTERIA CONFINADA Es el sistema en que se construye un muro en mampostería de cualquier tipo y luego se rodea con el debido refuerzo, que se funde en concreto (solo después de construir el muro) a forma de vigas y columnas. Es el sistema que mas se utiliza en viviendas de construcción informal. Estos muro son admisible para requerimientos de Disipación de Energía Moderada (DMO).

REQUERIMIENTOS • Se pueden usar mampuestos de cualquier tipo, aunque los de perforación horizontal solo son permitidos en construcciones de max. 2 pisos, o en los dos últimos pisos, para edificios de mas plantas. • La resistencia mínima del concreto de vigas y columnas debe ser de 17.5 MPa. • El reforzamiento de las vigas y columnas debe ser el mismo del diseñado para pórticos de similares magnitudes. • No debe llevar el refuerzo al interior del muro, para el caso de mampostería de perforación vertical.

COLUMNAS • El ancho de la columna debe ser el mismo que el del muro. Se debe garantizar el largo de forma que el área mínima sea de 200 cm². • Se deben ubicar al final de cada muro, en intersecciones con otros muros y nunca espaciadas a mas de 1.5 veces la altura del muro o 4 m. • El refuerzo longitudinal no debe ser menor de tres barras No 3. el transversal debe tener barras mínimo de No 2 espaciadas a máximo 1.5 veces el ancho del refuerzo o 20 cm. • El refuerzo debe anclarse a la cimentación y ser continuo en altura desde ahí hasta la cubierta.

VIGAS • El ancho de la viga debe ser el mismo que el del muro. Se debe garantizar el largo de forma que el área mínima sea de 200 cm². • Se deben ubicar siempre en el remate y el arranque del muro y nunca a mas de 25 veces el ancho del muro. • Se deben poner dinteles con reforzamiento en la parte superior de todos los vanos. • El refuerzo longitudinal debe ser de minimo tres barras No 3. En caso que se ubique como diafragma de una losa de entrepiso maciza, son dos barras No 4. • El refuerzo longitudinal son estribos de barras No 2, espaciados a distancias no mayores de 20 cm.

CONSIDERACIONES ADICIONALES Los muros confinados se deben diseñar teniendo en cuenta: • Carga axial a compresión • Cargas en la dirección del plano del muro • Cargas de flexo-compresión paralelas al plano del muro • Cortante paralelo al plano del muro • Verificación por aplastamiento del alma del muro • Cortante en los elementos del muro Todas estas consideraciones están concebidas en D.10.7 de la NSR, además se indican las consideraciones generales de construcción, que son similares a las del resto de los muros.

MAMPOSTERIA DE MUROS DIAFRAGMA Los muros diafragma son aquellos que se construyen dentro de un sistema de pórticos y que restringen el libre movimiento de la estructura ante cargas laterales, aportando resistencia en esta dirección. Este tipo de muros solo pueden ser construidos para rehabilitación, reforzamiento o mantenimiento de estructuras existentes.

REQUERIMIENTOS • Un sistema de muros diafragma debe ser continuo desde la base hasta la cubierta de la estructura. • Ninguno de los muros del sistema puede tener aberturas o vanos. • Se puede usar cualquier tipo de mampuesto siempre que cumpla con la resistencia a corte requerida. • El único aparejo permitido para este sistema es el trabado, con mortero tipo M. • El espesor mínimo de todos los muros es 12 cm. • Se pueden construir antes o despues de la instalacion de las vigas y columnas que lo rodean.

DISEÑO • Los muros del sistema pueden reforzarse si es requerido • Se debe evaluar el cortante máximo posible en la zona en que se van a ubicar. A partir de este valor, se diseña la rigidez del muro variando los mampuestos que se van a usar. • El pórtico que rodea al muro debe cumplir las condiciones del titulo C de la NSR. • Las condiciones mínimas que debe cumplir el muro son: – Falla de cortante por tracción diagonal – Falla por aplastamiento diagonal

• Puede soportar cualquier tipo de requisito de Disipación de Energía que no sea mayor de 2.

MAMPOSTERIA REFORZADA EXTERNAMENTE Se trata de un sistema en el que el refuerzo del muro se encuentra en su exterior, con mallas electro soldadas, anclada al muro y recubrimiento con pañete. El refuerzo va en ambas caras del muro y se fijan ambas a través del muro, clavándolos o perforándolos.

REQUERIMIENTOS • El espesor mínimo del muro es de 13 cm, 9 cm de mampostería y 2 cm de pañete a cada lado. • Está evaluado para sistemas que requieren Disipación de Energía Mínima (DMI). • La malla ubicada a cada lado del muro debe tener una relación respecto del área bruta del muro de 0.00035. • Las mallas se deben amarrar al muro mediante clavos de acero de diámetro mínimo 3 mm y salidas al menos 1 cm. Se puede usar también un tiro de explosión. • El pañete debe tener como mínimo 1.5 cm de espesor y máximo 4.5 cm. Debe cumplir las condiciones de un mortero de pega tipo M.

DISEÑO El diseño de los muros debe garantizar que funcionen de forma monolítica, a partir del área transformada elastica de la malla de refuerzo. También se pueden evaluar los muros de forma simplificada, despreciando el aporte de la resistencia de la mampostería y evaluando el sistema como si fuera un muro, cuyo ancho es la suma de los espesores del pañete a ambos lados, y la resistencia a corte y compresion la soportan la malla y el pañete.

SISTEMA ESTRUCTURAL DE PORTICOS Es el sistema que funciona mediante columnas y vigas, que soportan las cargas en todos los sentidos y están unidas en zonas llamadas nudos. En los pórticos se debe garantizar la perpendicularidad de todos los elementos y la conexión entre el acero de refuerzo de todas las vigas y columnas para conseguir la flexibilidad requerida.

FUNCIONAMIENTO ESTRUCTURAL • Los sistemas aporticados son básicamente flexibles, comparados con otros sistemas estructurales, aunque existen una gran cantidad de consideraciones tanto constructivas como de resistencia para su diseño, todas contenidas en el titulo C de la NSR10. • Las cargas en todos los sentidos generan derivas en la estructura, que son perfectamente soportables por el sistema. • Todos los elementos no estructurales como muros divisorios, cielo raso, etc deben estar perfectamente anclados al pórtico, de lo contrario representan un peligro potencial para los usuarios de la estructura.

CONSIDERACIONES GENERALES • Los pórticos pueden ser construidos en concreto estructural o acero. • Cuando se garantiza la perpendicularidad de todas las vigas y columnas, es sencillo evaluar la carga y resistencia del sistema mediante software de evaluación estructural. • La rigidez de las placas de entrepiso actúan en el desplazamiento horizontal de los elementos, por lo que se deben evaluar cuidadosamente sus amarres. • Los pórticos se pueden diseñar de forma que soporten ciertas cargas, pero otras no: – Porticos resistentes a Momentos – Porticos no resistentes a Momentos

PORTICOS RESISTENTES A MOMENTO El cual está formado por vigas y columnas, conectados entre sí por medio de nodos rígidos, lo cual permite la transferencia de 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. El comportamiento y eficiencia de un pórtico rígido depende, por ser una estructura hiperestática, de la rigidez relativa de vigas y columnas. Para que el sistema funcione efectivamente como pórtico rígido es fundamental el diseño y detallado de las conexiones para proporcionarle rigidez y capacidad de transmitir momentos.

PORTICOS NO RESISTENTES A MOMENTO Cuando los pórticos no resisten los momentos, deben ser diseñados junto a otros elementos que si lo hagan, de forma que se convierten en sistemas combinados: • Cargas verticales son resistidas por un pórtico no resistente a momentos esencialmente completo y las fuerzas horizontales por muros estructurales o pórticos con diagonales. • Las cargas verticales y horizontales son resistidas por pórtico resistente a momentos combinado con muros estructurales o pórticos con diagonales.

SISTEMA COMBINADO Cuando en un sistema de pórtico existen elementos estructurales que soportan cargas, tanto verticales como horizontales, el sistema es combinado. Se diferencia del sistema dual en que la mayor parte de las cargas (> 70%) son soportadas por el pórtico. Los elementos que soportan cargas extra pueden ser: diagonales entre los pórticos, muros estructurales, etc. Y por lo general soportan cargas horizontales en el sistema.

SISTEMA DUAL En el caso contrario, de que un sistema estructural tenga elementos que soporten cargas tanto verticales como horizontales, superiores a las soportadas por un pórtico existente, el sistema se llama dual. Los elementos como placas estructurales, diagonales o muros soportan las cargas tanto horizontales como verticales, además de los momentos. Los pórticos apoyan en la resistencia general.

PLACAS ESTRUCTURALES • Placas macizas

• Placas aligeradas

• Sistema placa-columna

PLACA MACIZA • Las placas macizas son aquellas que no presentan ahondamientos. • El reforzamiento de la placa varia dependiendo de su espesor. • Las placas deben estar soportadas sobre vigas que resisten sus cargas verticales. Se asume que la rigidez horizontal de la placa es infinita. • Es el tipo de placa que se usa generalmente para viviendas de uno y dos pisos.

• Las placas macizas requieren la ubicación de formaletas temporales, que resisten la carga inicial (primeros tres días) de la placa. • El uso de estas placas esta restringido a luces no muy grandes (en promedio máximo 5 m). • La carga soportada por la placa se redirige en dos direcciones planas, que son trasmitidas a las vigas, y estas a su vez las dirigen a las columnas. • Los bordes de la placa, preferiblemente deben estar rematados por una viga que cumpla la función de confinamiento.

PLACA ALIGERADA • Se usa cuando la superficie de la placa es muy grande, o la luz entre apoyos es mayor. • Consiste en una placa delgada, soportada por viguetas que están muy poco espaciadas entre ellas. Usualmente también se ubica una placa delgada en la parte inferior de las viguetas. • Las viguetas no son muy anchas, pero son altas para compensar la rigidez horizontal de la placa, y son las que soportan las cargas verticales de todo el sistema. • El aligeramiento se realiza ubicando casetones de icopor o guadua sobre la placa inferior o la formaleta antes de fundir el concreto, formando así las viguetas del sistema.

• Otro tipo de placas aligeradas de menor espesor se construyen ubicando mampuestos poco rígidos a forma de casetones entre las viguetas. Los mampuestos quedan embebidos en la placa y hacen parte de esta. • Además de las viguetas de la placa, se deben construir vigas de mayor dimensión, que reciben las cargas verticales soportadas por las membranas y las transmiten a las columnas. • El espesor mínimo de las placas sin contar las membranas es de 8 cm. • Todas las viguetas llevan reforzamiento en acero, ubicado en la parte inferior para garantizar la inercia de la membrana.

LOSA COLUMNA • Es similar a la placa maciza, solo que no esta soportada sobre vigas sino directamente sobre columnas, que resisten las cargas verticales de la placa en dos direcciones. • Las columnas deben tener capiteles que aumenten el área de soporte de la placa, de lo contrario se presenta el fenómeno de punzonamiento en los bordes de la placa soportada por la columna. • Las luces entre columnas deben ser pequeñas para evitar el pandeo de la placa. • Es indicado construir una viga de confinamiento de la placa, aunque esta no debe soportar cargas verticales de la placa.

SISTEMAS PREFABRICADOS PARA LOSAS Plaqueta de concreto: Es una superficie de pequeño tamaño y espesor de al menos 10 cm, construida en concreto de mínimo 21 MPa. Se ubica sobre la estructura que soporta las cargas, de forma perpendicular a las vigas (prefabricadas o no) y se amarra a estas mediante epóxicos o anclaje de acero con mortero. Se debe garantizar una organización adecuada y un acabado en mortero para evitar la presencia de juntas en el acabado o filtraciones.

SISTEMAS PREFABRICADOS PARA LOSAS Vigueta de concreto: Son viguetas de tamaño estandarizado para cada requisito de carga y están fabricados en concreto de 21 MPa. Presentan un corte transversal de forma rectangular para garantizar la inercia de las viguetas. Deben amarrarse entre ellas o con las vigas principales para asegurar la transmisión de cargas, amarrando los pelos de la vigueta al acero de la estructura.

SISTEMAS PREFABRICADOS PARA LOSAS Sistema lámina colaborante: Es el sistema en que se usa una placa preformada de acero, que además de soportar cargas, hace las veces de formaleta, agilizando el proceso constructivo. Sobre la placa de acero, se debe vaciar la plaqueta de concreto, previa ubicación de una malla de acero separada de la placa de acero.

La cuantía de acero en la malla disminuye debido al aporte de la cantidad de acero de la lámina, igual que el espesor de la placa en concreto:

Por lo general la paca se soporta sobre vigas también de acero, aunque también se puede ubicar sobre vigas de concreto, que soportan la carga de la placa y la transmiten a las columnas. Los cálculos de las cargas son similares a los indicados en el titulo C de la NSR, aunque se modifican los cálculos por pandeo e inercia general de la placa. Se pueden encontrar manuales de calculo y construcción.

El detalle del apoyo de las placas: Se ubican tapas de acero en las vigas, que las rodean. Se realiza un embebimiento en la viga y se suelda todo el sistema de acero; el concreto por su parte, se apoya directamente sobre la viga. Este apoyo funciona para vigas tanto en concreto como en acero. Se debe garantizar que el acero tenga una cobertura en pintura anticorrosiva. Si se realizan juntas en la placa de acero, esta se debe sellar con epóxico para evitar las filtraciones durante el uso de la estructura.

CONSTRUCCION EN PANELES 3D Es la construcción de edificaciones completas con el uso de placas de poliestireno, con dos placas de concreto prefabricadas a cada lado y reforzado con mallas de acero electrosoldado. Este sistema permite la ubicación de paneles prefabricados de todas las formas que contiene la estructura y agilizar al máximo la eficiencia de la obra.

En el sistema se pueden reemplazar las placas de concreto por mortero lanzado a forma de pañete, pero garantizando la adherencia de este al poliestireno. Las cargas soportadas por este sistema no son mayores, aunque permite construcciones hasta de dos pisos y los cálculos de las cargas se deben realizar mediante los manuales ofrecidos por las empresas que distribuyen sus productos de elaboración. Los muros internos del sistema pueden elaborarse en drywall, siempre que este se ancle adecuadamente al muro de panel.

Las placas de entrepiso se pueden construir con el mismo sistema, y están soportadas directamente por los muros. La cimentación debe ser en forma de vigas o placa flotante. La malla de refuerzo de los muros se embebe en el concreto de la placa o viga directamente, garantizando el transpaso de cargas y la uniformidad flexible del sistema. Cuando se van a realizar vanos en los muros, se deben ubicar paneles que tengan el vano requerido y se ubica el concreto o mortero en base a este panel.

CUBIERTAS • Placas

• Membranas

• Laminas

CUBIERTA EN PLACA Son cubiertas a forma de placa, maciza o aligerada, que se apoya sobre la viga de diafragma de la cubierta. La placa, siempre que no requiera transito sobre ella, puede tener espesores pequeños, aunque nunca menores a 8 cm. El refuerzo de la placa es similar al de las placas de entrepiso, es de importancia las cargas climáticas, como lluvia, nieve o granizo. Lo ideal al tener una placa de cubierta, es que esta tenga una pendiente de al menos el 3% en cualquier sentido, para evacuar las aguas de lluvias. Es adecuado poner una capa de pintura impermeabilizante sobre la superficie de la placa para evitar infiltraciones.

CUBIERTA EN CASCARON Son cubiertas que permiten luces bastante grandes, ya que por su forma permiten el traspaso lateral de las cargas a los otros elementos de la cubierta. El principio de los arcos que manejan estas membranas, aseguran la distribución de las cargas uniformemente a lo largo de toda la membrana.

CUBIERTA EN MEMBRANA Generalmente se usan textiles pretensados para este tipo de cubiertas. Son membranas resistentes de cualquier material flexible que se tensan para aumentar la resistencia ante cargas horizontales como el viento. Se amarran a bases estructurales que soportan el peso de la membrana y lo transmiten al resto de la estructura. Los textiles generalmente son semi-translucidos. El calculo de cargas es similar al de cables tensados por pesos externos

CUBIERTAS EN LAMINAS Son todo tipo de cubiertas que requieran la instalación de laminas prefabricadas: • • • • • • •

Paneles Tableros Planos delgados Paraboloides hiperbólicos Domos Cúpulas Bóvedas

La generalidad de este tipo de cubierta, es que requiere la construcción de un sistema (por lo general uno liviano) que soporte la cubierta de forma independiente a la estructura, pero transmitiéndole las cargas verticales. Se requiere el uso de láminas de cualquier material resistente y durable (paneles de concreto, fibrocemento, zinc, Plástico termotratado, etc.) que se ubican de forma que no hallan infiltraciones y que sea agradable visualmente.

Principios del diseño estructural Modelos de carga

Modelo estructural

Modelos de resistencia

Análisis estructural Revisar diseño

No cumple

Comparar respuesta vs. resistencia

Cumple

Proceso de diseño estructural

Fin

Principios del diseño estructural • Variabilidad de las solicitaciones – Cambio de uso – Estimación poco conservativa de las solicitaciones – Mala estimación de los efectos de las solicitaciones debido a simplificaciones excesivas durante análisis – Diferencias en el proceso constructivo

Q Qc

Solicitaciones

Probabilidad de exceder Qc

Principios del diseño estructural • Variabilidad de la resistencia – – – – – –

Imperfecciones geométricas Tensiones residuales Variabilidad de la resistencia del material Defectos en el proceso constructivo Deterioro de resistencia con el tiempo Aproximación en fórmula para determinar la resistencia

R Rc Probabilidad de tener resistencia menor que Rc

Resistencia

Principios del diseño estructural • Diseño estructural debe proveer confiabilidad adecuada para el caso de solicitaciones mayores que las consideradas o baja resistencia

Q

Qm

R

Rm Falla

Principios del diseño estructural fRc gQc

Q

Qm

Rm Falla

Probabilidad de falla:

R

PR  Q  0  P R  1  P ln  R   0   Q    Q 

Principios del diseño estructural b

ln Rm Qm  VR  VQ 2

2

Índice de Confiabilidad

ln(R/Q)

Falla

0 bsln(R/Q)

[ln(R/Q)]m