Tema 3-Sistemas Constructivos

CONSTRUCCION III TEMA 3 : SISTEMAS CONSTRUCTIVOS Y ESTRUCTURALES LIGEROS. CONSTRUCCIÓN METÁLICA: ESTABILIZACIÓN

CONSTRUCCION III

TEMA 3: SISTEMAS CONSTRUCTIVOS Y ESTRUCTURALES LIGEROS.

CONSTRUCCIÓN METÁLICA: ESTABILIZACIÓN(Guión de clase teórica)(Guión de clase teórica)


SISTEMAS CONSTRUCTIVOS ESTRUCTURALES.CRITERIOS DE PROYECTO: (Según CTE)

Robustez:-Diseñar la estructura para soportar sin daño las etapas de transporte, acopio y montaje.-Concebir la estructura con cierta flexibilidad de uso.-Ser capaz de admitir, con daño proporcionado, acciones excepcionales: explosiones,impactos o errores humanos.

Normalización:-Diseñar sistematizando tolerancias, características dimensionales, configuración de elementos yresolución de detalles.-Tener como objetivo economía global y facilidad de construcción, mantenimiento y control.

Simplicidad:-Se procurará la sencillez del concepto estructural buscando la adecuación a los medios disponibles.-Se procurará la facilidad de construcción, inspección y reparación.

Otros:Otros:-Se evitarán puntos de acumulación de agua.-Se evitara -con el adecuado diseño de nudos- la formación de rincones que favorezcan el depositode residuos.S t di l ibilid d li i ió d l j t i t d-Se estudiara la accesibilidad para limpieza y conservación de los apoyos, juntas y sistemas de

evacuación de aguas.


SISTEMAS CONSTRUCTIVOS ESTRUCTURALES.

CLASIFICACIÓN GENERAL DE ESTRUCTURAS (Engel)

Sistemas de forma activa.

Sistemas de vector activo

Sistemas de masa activaSistemas de masa activa

Sistemas de superficie activa.

CLASIFICACIÓN GENERAL SIMPLIFICADACLASIFICACIÓN GENERAL SIMPLIFICADA

Sistemas porticados.

Sistemas triangulados.

Sistemas híbridos.

Cuestión común en estructuras metálicas y de madera:yDificultad de materializar nudos rígidos.

Necesidad de estudiar sistema de estabilización.


CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL. SISTEMAS PORTICADOS.

Básicamente se definen pórticos de carga y pórticos de atado, con las siguientes recomendaciones-que no reglas- generales:

PORTICOS DE CARGA.-Es habitual colocar los pórticos de carga salvando los vanos de mayor luz:

-En general es la solución estructural más económica.En general es la solución estructural más económica.

-Provoca mayor canto en las vigas, a veces incompatible con el diseño.

-Hasta 7-8 m. es habitual utilizar vigas de alma llena.g

-Para luces de vigas superiores a 12 m. suele ser más económico utilizar vigas aligeradas(trianguladas, Boyd, Vierendel).

-Entre 8 y 12 m, aproximadamente, suele ser preciso evaluar ambas posibilidades.

-En edificios marcadamente longitudinales suele ser más económico colocar los pórticos deEn edificios marcadamente longitudinales suele ser más económico colocar los pórticos decarga paralelos a las fachadas más largas.

-Los pórticos de carga asumen a su vez la función de atado en su dirección.



PORTICOS DE ATADO O ARRIOSTRAMIENTO:

Tienen como misión principal soportar las acciones horizontales en su dirección-Tienen como misión principal soportar las acciones horizontales en su dirección.

-Soportan a su vez las cargas que le corresponden por cerramientos o particiones.

-El número y dimensionado de pórticos de atado depende en gran medida de la zonasísmica.

En general se disponen pórticos de atado en los extremos del edificio y dependiendo de la-En general se disponen pórticos de atado en los extremos del edificio y, dependiendo de lalongitud, en una posición intermedia del edificio.

-Evidentemente la posición de los pórticos de atado es coincidente con la de los sistemas debili ióestabilización.

-La colocación de pórticos de atado en todos los vanos complica la ejecución al generarnumerosas uniones en X, complejas de ejecutar.p j j

SOLUCIONES HIBRIDAS: PORTICOS DE CARGA Y ATADO.-En ocasiones la complejidad de la planta conlleva la necesidad de que todos o algunos de los pórticos asuman ambas funciones, incluso en distintos vanos.



DISPOSICIÓN DE SOPORTES:

-Normalmente es la distribución –parking, etc,- la que obliga a una posición concreta desoportes.

-Estructuralmente –y económicamente- es mejor disposición que los vanos extremos tenganluz inferior a los siguientes vanos.

-Estructuralmente es más eficiente la generación de voladizos en los extremos, perodependiendo de la topología de elementos –soportes, vigas-, puede complicar la soluciónconstructiva de las unionesconstructiva de las uniones.

-Los soportes tienen que estar alineados en la dirección de su pórtico -evidente-, pero noi li ió d d id ó ti d t d l dprecisan alineación cuando no quedan unidos por pórticos de carga o atado, lo que da

mayor libertad a la distribución en planta.



Posibilidades de disposición de pórticos.

L1 < L1

< L2

< L2 L2

< L1

L2

L1

PORTICOS PARALELOS AL LADO MAYOR PORTICOS PARALELOS AL LADO MENOR



Posibilidades de ubicación de soportes.

SOPORTES EN CUADRICULA ORTOGONAL


ESTABILIZACIÓN ESTRUCTURALESTABILIZACIÓN ESTRUCTURAL.

DIFERENCIA FUNDAMENTAL ENTRE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN Y ACERO O MADERA:-Los nudos en estructuras de hormigón son rígidos, salvo detalle específico.-Los nudos en estructuras metálicas o madera no suelen ser rígidos (se verá en tema 5):

-Por dificultad de ejecución: coste de ejecución y de control.P l fi i i d t i t (t i l i )-Por la mayor eficiencia de otros sistemas (triangulaciones).

PRINCIPOS BÁSICOS:La estructura debe garantizar la estabilidad desplazamientos admisibles frente a acciones-La estructura debe garantizar la estabilidad –desplazamientos admisibles- frente a acciones

horizontales en todas las direcciones:-Se asume que dos direcciones ortogonales pueden absorber las acciones en cualquier otra dirección de su plano.-Los forjados –o techos- pueden no ser monolíticos-, y precisar elementos adicionales para su estabilidad.

ACCIONES HORIZONTALES A CONSIDERARACCIONES HORIZONTALES A CONSIDERAR:Acciones de viento o sismo sobre el conjunto del edificio.Acción local de viento sobre vigas laterales.C t l d i t bilid d ió d l dó i i d lControl de inestabilidad por compresión del cordón superior en vigas de gran luz.


PROCEDIMIENTOS BÁSICOS DE ESTABILIZACIÓNPROCEDIMIENTOS BÁSICOS DE ESTABILIZACIÓN.

- Utilización de nudos rígidos

- Utilización de entramados triangulados

- Utilización de muros de arriostramiento.

Nudos rígidos Triangulaciones Muros


UBICACIÓN DE ELEMENTOS DE ESTABILIZACIÓN.

Consideración previa: el monolitismo de los forjados:p j

FORJADOS O PLANOS MONOLÍTICOS:Si los forjados son monolíticos, frente a las cargas de viento actúan como una viga degran canto -indeformable-, que transmitirá las acciones horizontales a aquellos elementosestructurales que sean capaces de absorberlos.

Ejemplo: Forjados con capa de compresión de hormigón según normas.

FORJADOS O PLANOS NO MONOLITICOS:

Los forjados o planos pueden no ser monolíticos En ese caso se deben disponer losLos forjados o planos pueden no ser monolíticos. En ese caso se deben disponer loselementos necesarios para su estabilización:

-Triangulaciones en faldones de cubierta-Tableros unidos a pares en estructuras de madera.


UBICACIÓN DE ELEMENTOS DE ESTABILIZACIÓNUBICACIÓN DE ELEMENTOS DE ESTABILIZACIÓN.Considerando el monolitismo del forjado se pueden enunciar variasrecomendaciones -no se puede hablar de reglas-:

1. La estructura debe estar arriostrada en dos direcciones lo más perpendicularesposibles: esto permitirá absorber acciones horizontales de cualquier otra dirección.

2. Los arriostramientos deben disponerse, en el conjunto de edificio, de la forma mássimétrica posible.

3 Son más eficaces las soluciones que trasladan al perímetro exterior la ubicación de3. Son más eficaces las soluciones que trasladan al perímetro exterior la ubicación delos arriostramientos.

4. Por su menor afección a la cimentación son mas recomendables las soluciones queplantean los arriostramientos en la zona central de los pórticos.

5. En cada pórtico de arriostramiento todas las plantas deben estar arriostradas.

6. De una forma más teórica, los arriostramientos se deben disponer de forma que el centro de gravedad del edificio coincida, en planta, con el centro de inercia que determinan los arriostramientos. Esto es especialmente importante en edificios de p pplanta irregular (formas en L, etc.)


UBICACIÓN DE ELEMENTOS DE ESTABILIZACIÓN: ENTRAMADOS VERTICALES.

-Utilización de triangulaciones.



-Utilización de nudos rígidos



-Utilización de muros.



F-Módulo básico.

Relleno

EstableEstable

F F

Triangulacion

F

Inestable (mecanismo) Estable

Nudos rígidos

F

Estable



-La adición de elementos en horizontal a un núcleo ya estabilizado sigue siendo estable.

F



-En desarrollo vertical se precisa la introducción de núcleos estables.

F

F

F

F



-La adición de nuevos módulos sigue conformando una estructura estable.

F

F

F

F



-Los elementos de estabilización pueden ocupar cualquier posición dentro del vano, aunque elloinduce tensiones adicionales a la estructura

F

F

F

F

Compresión



-Disposiciones simétricas con sistemas de estabilización en los extremos evitan sobretensionesadicionales en barras interiores

F F

F F

F F

F F

Compresión


UBICACIÓN DE ELEMENTOS DE ESTABILIZACIÓN: DISPOSICIÓN EN PLANTA.-Núcleos en zonas extremas de pórticos de atado.-Núcleos en zonas extremas de pórticos de carga laterales.


UBICACIÓN DE ELEMENTOS DE ESTABILIZACIÓN: DISPOSICIÓN EN PLANTA.-Núcleos en zonas centrales de pórticos de atado de atado.-Núcleos en zonas centrales de pórticos de carga laterales.


UBICACIÓN DE ELEMENTOS DE ESTABILIZACIÓN: DISPOSICIÓN EN PLANTA.-Núcleos en zona central del edificio.


ELECCION DEL SISTEMA DE ESTABILIZACIÓNELECCION DEL SISTEMA DE ESTABILIZACIÓN.

FUNDAMENTAL: Previsión del sistema en el planteamiento inicial del proyecto.

Arriostramientos por triangulaciones.

En general es el sistema más económico y estructuralmente más efectivo.

Única forma posible de conseguir estructuras totalmente intraslacionales.

L t i l i f t d f t bl l i ió f l d l f h d / lLas triangulaciones afectan de forma notable a la composición formal de la fachada y/o a la distribución interior de la edificación.

Procedimientos: Cualquier disposición que triangule o haga indeformable el plano:- Cruz de San Andrés, - Formaciones en K.- Formaciones en V.

Disposición más habitual: Cruz de San Andres.-En esta disposición es también habitual considerar que los esfuerzos se transmiten exclusivamente por tracción de una de las barras del aspa, asumiendo que la barra contraria no colabora.


ELECCION DEL SISTEMA DE ESTABILIZACIÓNELECCION DEL SISTEMA DE ESTABILIZACIÓN.Arriostramientos por triangulaciones: Posibles disposiciones

Comp.

Comp.


ELECCION DEL SISTEMA DE ESTABILIZACIÓN

Arriostramientos por nudos rígidos.

ELECCION DEL SISTEMA DE ESTABILIZACIÓN.

En ocasiones, las características formales y de distribución del edificio nos obligará a su utilización.

No todos los nudos tienen que ser rígidos La cantidad de nudos rígidos a introducirNo todos los nudos tienen que ser rígidos. La cantidad de nudos rígidos a introducir dependerá de la altura del edificio, riesgo sísmico de la zona y presión de viento.

El dimensionado de soportes y vigas será mayor que con triangulaciones: Sistema más caro.

-Indicaciones básicas:

En estructuras de una o dos plantas de luces moderadas puede ser suficiente con-En estructuras de una o dos plantas, de luces moderadas, puede ser suficiente con conseguir empotramiento en la base de los soportes.

-En general no es necesario que todos los nudos sean rígidos: efectivamente, basta con que d l ó ti t d í id t d lt C ll i lun vano del pórtico tenga nudos rígidos en toda su altura. Con ello se consigue la

estabilidad, pero debe tenerse en cuenta que la afección de la acumulaciónde tensiones provocará incremento de secciones.

-Es preferible no provocar nudos rígidos en los extremos de los pórticos.



Arriostramientos por muros.


La gran rigidez que confieren los muros permite su utilización en una posición centrada, siendo apta incluso para edificios de gran altura.

L d i t i t d i i i d h i ó d l d illLos muros de arriostramiento pueden ser en principio de hormigón o de ladrillo.

Muros de ladrillo:

-Deben rellenar por completo las cuadriculas formadas por soportes y vigas.-Existe dificultad de evaluar su comportamiento estructural.-Lentitud de ejecución-Lentitud de ejecución

El art. 3.1.1.1 de EA-95 señalaba (pero ya no incluido en DB SE-A) Un muro puede considerarse como macizado de arriostramiento si: carece de huecos deUn muro puede considerarse como macizado de arriostramiento si: carece de huecos de puertas y ventanas; su grueso no es menor de 11.5 cm, excluidos los revestimientos; está enlazado convenientemente en todo su perímetro a las vigas y pilares del recuadro, y su resistencia a esfuerzo cortante es suficiente. Si falta alguna de estas condiciones no puede considerarse como macizado de arriostramiento.considerarse como macizado de arriostramiento.



Arriostramientos por muros.


Muros de hormigón.

Su posición suele englobar -limitar- los núcleos de comunicación -escaleras, pasillo, it d t l á t l ibl d l l tascensores- situados en un punto lo más central posible de la planta.

Cuando se utilizan muros de hormigón es frecuente que éstos se construyan previamente a la estructura metálica: Encofrados deslizantes.la estructura metálica: Encofrados deslizantes.

La estructura metálica no suele continuar en la zona del muro, sino que las vigas se acoplan a éste, ejerciendo también la función de soporte, esto es altamente recomendable, pues una mayor acción vertical sobre los muros le confiere una mayor capacidad resistente.

Un caso especial de utilización de muros de arriostramiento de hormigón son los edificios con estructura metálica colgada. g


SISTEMAS DE ESTABILIZACIÓNSISTEMAS DE ESTABILIZACIÓN-Soluciones constructivas de las uniones


SISTEMAS DE ESTABILIZACIÓNSISTEMAS DE ESTABILIZACIÓN-Soluciones constructivas de las uniones: nudos rígidos.


EJEMPLO COMPARATIVO DE EFICACIA DE SISTEMAS DE ESTABILIZACIÓNEJEMPLO COMPARATIVO DE EFICACIA DE SISTEMAS DE ESTABILIZACIÓN.

En los gráficos siguientes se analiza la zona de arriostramiento del pórtico de atado de una construcción ligera, considerando las siguientes opciones.

-Estabilización por triangulación.

-Estabilización por empotramiento en la base.

-Estabilización con soportes empotrados y nudos rígidos en el marco superior.

-Estabilización con soportes articulados y nudos rígidos en el marco superior.


EJEMPLO COMPARATIVO DE EFICACIA DE SISTEMAS DE ESTABILIZACIÓN.

A). Dimensionado óptimo con nudos articulados y diagonal traccionada.



B) Desplazamientos en diversas configuraciones con igualdad de perfiles.

86 cminestabilidad0,36 cm

25 cminestabilidad casi infinito ...

Nudos articulados Diagonales traccionadas

Soportes empotrados

Barras articuladas

Soportes empotrados

Nudos rígidos

Soportes articulados

Nudos rígidos



C) Dimensionado mínimo en diversas configuraciones.

2,66 cm0,36 cm 2,80 cm 3,40 cm

Nudos articulados Diagonales traccionadas

Soportes empotrados

Barras articuladas

Soportes empotrados

Nudos rígidos

Soportes articulados

Nudos rígidos



Uniones articuladas. Base articulada

Uniones rigidas. Base empotrada

Uniones articuladas. Base empotrada

Uniones rigidas. Base articulada


D) Solicitaciones.

Uniones articuladas. Base articulada


Uniones articuladas. Base empotrada

Uniones rigidas. Base articulada



ORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERAORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERA


ORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERAORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERA1. Acción horizontal perpendicular a los pórticos.


ORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERAORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERA2. Acción horizontal sobre viga articulada en soporte.


ORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERAORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERA3. Acción horizontal de viento en fachada principal sobre viga.


ORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERAORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERA3. Acción horizontal de viento en fachada lateral. Solución en pórticos extremos.

PORTICOS BIARTICULADOS, PORTICOS CON SOPORTES EMPOTRADOS...

EMPOTRAMIENTO DE SOPORTE POR DUPLICACIÓN DE CORDONES

ATIRANTADOS INTERIORES O EXTERIORES.


ORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERAORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERA4. Transmisión de acción horizontal de viento en fachada lateral a pórticos extremos.

-La acción horizontal debe trasladarse a los pórticos extremos ya estabilizados.-La falta de monolitismo de la cubierta incapacita para transmitir acciones.La falta de monolitismo de la cubierta incapacita para transmitir acciones.



-La cubierta es equivalente a plano/viga biapoyada.-Los apoyos se ubican en los pórticos capaces de resistir acciones horizontales.Los apoyos se ubican en los pórticos capaces de resistir acciones horizontales.



-Esquema de soluciones.

Respuesta a solicitación mediante incremento del canto.

Respuesta a solicitación mediante incremento de secciones.

Tablazón estructural conectada a vigas.Forjados con capa de compresión continua.

Respuesta a solicitación mediante monolitismo:


ORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERAORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERA5. Acción local de viento sobre correa-viga extrema.

A) Acción sobre viga superior -Generación de viga contraviento o - Incremento adecuado de sección.

B) Acción sobre soportes:

-Elección de tipo de soporte -Dimensionado adecuado.B) Acción sobre soportes:


ORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERAORGANIZACIÓN CONSTRUCTIVA-ESTRUCTURAL DE EDIFICACIÓN LIGERA6. Configuración final simplificada.

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