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Sistemas estructurales de concreto armado

diciembre 7, 2021
sistemas estructurales

Si eres seguidor de nuestro blog, sabes que en Ingegeek tocamos todos los temas posibles enfocados en la ingeniería civil, desde temas básicos hasta incluso avanzados para profesionales de la rama.

Siguiendo con este objetivo, nos resulta necesario tocar un tema básico pero quizá desconocido para propios y extraños: Los tipos de estructuras.

¿Qué es una estructura?

Una estructura es una «colección» de elementos vinculados entre sí, de tal manera que cumplan con un objetivo o propósito significativo. Así, una estructura es una organización de elementos interrelacionados en un sistema, con la carga que afecta a los componentes estructurales verticales y horizontales.

tipos de estructuras
Sistema Mixto

Estos miembros o componentes de las estructuras pueden adoptar una variedad de formas dependiendo a los requisitos de diseño, ejemplo de ello son las torres, arcos, viviendas (unifamiliares y multifamiliares).

Tipos de sistemas estructurales

1. Sistema aporticado

Este tipo de sistema se caracteriza por sus 2 elementos estructurales reconocidos: Vigas (También llamadas «trabes») y columnas. En este sistema estructural por lo menos el 80% de la fuerza cortante (sismo) en la base actúa sobre las columnas de los pórticos.

Un sistema aporticado es el que se utiliza como estructura una serie de pórticos dispuestos en un mismo sentido, sobre los cuales se dispone un forjado. Es independiente de su arriostramiento, que podrá hacerse con pórticos transversales, pantallas u otros métodos.

En caso se tengan muros estructurales, estos se diseñan para resistir una fracción de la acción sísmica total de acuerdo a su rigidez. Es decir, como un acompañamiento de los pórticos de la estructura (predominante), otorgando rigidez a la zona más franqueable frente a sismos de acuerdo a la dirección más débil (X o Y).

Características

  • Es el sistema de construcción mas difundido en mucho países y el mas antiguo basa su éxito en la solidez, la nobleza y durabilidad.
  • Es aquel que cuyos elementos estructurales consisten en vigas y columnas conectados a través de nudos formando pórticos resistentes en las dos direcciones principales de análisis.
  • 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 detalle de las conexiones para proporcionarle la rigidez y capacidad de transmitir momentos.
  • Económicamente no se puede fijar un límite de altura generalizando para los edificios con sistema aporticado, pero se estima que en zonas poco expuestas a sismos el límite puede estar alrededor de 20 pisos.

Ventajas y desventajas

VentajasDesventajas
Tiene la ventaja de poder ejecutar todas las modificaciones que se quieran al interior de la vivienda, ya que esos muros al no soportar el peso, tienen la posibilidad de moverse.Tienen longitudes limitadas, cuando se usa concreto las luces deben ser inferiores a 10 metros. La longitud de las luces puede ser incrementada con el uso de concreto pretensado.
Proceso de construcción económico para edificaciones inferiores a 20 pisos.Generalmente los pórticos, son estructuras flexibles y su diseño es dominado por desplazamientos laterales para edificaciones con alturas superiores a 4 pisos.
El sistema aporticado posee versatilidad que se logra en espacios y que implica el uso del ladrillo.Este tipo de construcción húmeda es lenta, pesada y por consiguiente más cara.
El uso de muros de ladrillos al tener una cámara de aire, el calor que transmiten al interior de la vivienda es menor.Obliga a realizar marcha y contramarcha en los tabajos.

2. Muros Estructurales

Sistema en la que la resistencia sísmica está dada predominantemente por muros estructurales sobre los que actúa por lo menos el 70% de la fuerza cortante de la base. En este tipo de sistema estructural pueden haber pórticos, que dependerán netamente del diseño de la estructura, con la finalidad de otorgar más rigidez a la zona más «débil». La clasificación de un sistema aporticado o muros estructurales estará supeditada a la proporción de estos elementos en el diseño.

Se denominan muro de carga o muro portante a las paredes de una edificación que poseen una función estructural, es decir, aquellas que soportan otros elementos estructurales del edificio, como arcos bóvedas, vigas o viguetas.

Este tipo de sistema estructural están sujetos a compresión ya que su función principal es la de soportar cargas. El espesor del muro se relaciona directamente con el peso que soporta y la fatiga de trabajo de sus componentes. Los materiales para construir un muro de carga son: Piedra, ladrillos, concreto armado, tabique de barro o de cemento, piedra artificial, bloque de cemento, hueco y adobe.

Características

  • Lograr que sea lo suficientemente resistente para soportar las cargas que le son transmitidas por los elementos que soportar, como cubiertas, entrepisos, otros muros superiores, entre otros.
  • Para la lograr la resistencia necesaria se debe tener en cuenta el espesor del muro, la calidad de los materiales con los que se está construyendo, la altura y el tipo de carga que soportará.
  • Los muros de carga reciben y trasmiten las cargas de forma lineal.

Ventajas y desventajas

VentajasDesventajas
Aceleración de los tiempos de construcción.Por ser un sistema que posee una gran rigidez estará expuesto a grandes esfuerzos, que disiparan las fuerzas hacia las fundaciones.
Menor costo.Como posee unas losas delgadas, los ramales de instalaciones de las aguas servidas es limitada.
Acabado de mejor calidad en la superficie de las paredes.En algunos casos se tiene que llegar a aumentar el espesor de la losa donde van a ser ubicados los baños para poder cumplir con las pendientes necesarias.
Mejor resistencia sísmica y al viento.Ya que los muros son continuos dificulta la distribución de los espacios internos, por esta razón el uso puede estar limitado para viviendas y hoteles.
Excelente sistema a prueba de sonido.Generalmente se requiere una en la planta baja mayores espacios libres, ya sea para estacionamientos o en el caso de un hotel para el lobby.
Paredes y losas monolíticas.Puede llegar a ser un sistema muy vulnerable si la configuración estructural no posee líneas de resistencia en las dos direcciones ortogonales.
Mínimo encofrado necesario encofrado de paredes y losas puede ser reutilizado.
Este sistema al estar diseñado de la mejor manera, con todos los cálculos necesarios, termina siendo muy rígido, ya que ofrece una gran resistencia a los refuerzos laterales.
Se producen muy pocos desplazamientos laterales, los elementos no estructurales no sufren daños considerables.

3. Sistema Dual

Es un sistema mixto de pórticos reforzados por muros de carga o diagonales de arriostramiento.

Las acciones sísmicas son resistidas por la combinación de pórticos y muros estructurales. La fuerza cortante que toman los muros es mayor que el 20% y menor que el 70% del cortante en la base del edificio.

Es el sistema estructural conformado por pórticos de concreto y muros estructurales empleados para resistir fuerzas laterales formado por la combinación de un sistema resistente y la rigidez de una pared de arriostramiento.

Características

  • Este sistema se utiliza cuando en el edificio se tendrán fuerzas de compresión, flexión y tracción.
  • Es uno de los sistemas mas usados en países de zona símica.
  • Los muros resisten las cargas laterales y el sistema aporticado todas las gravitacionales.
  • Se utiliza para proyectos con características especiales, como grandes volados o cargas concentradas en ciertos puntos.
  • Este sistema usa una mayor cantidad de concreto.
  • En los pisos inferiores la rigidez del muro es muy alta, por lo que se restringe prácticamente el desplazamiento, mientas que en los pisos superiores el muro en vez de colaborar a resistir las cargas laterales, termina incrementando las fuerzas que los pórticos deben resistir.

Ventajas y desventajas

VentajasDesventajas
Mejor resistencia sísmica.El costo de este sistema es más elevado debido al incremento de concreto que es usado en el sistema.
Es la más recomendable de usar en países sísmicos.Una edificación al tener dos sistemas estructurales a la vez, ante un sismo el comportamiento en ambos casos es distinto debido a la interacción entre los dos sistemas.
Posee mayor espacio utilizable debido al sistema aporticado que contiene.No es factible para edificios muy altos, dependiendo de la zona sísmica y la sobredimensión requerida.
Posee una buena rigidez debido al arriostramiento en muros.

4. Muros de ductilidad limitada (MDL)

Edificaciones que se caracterizan por tener un sistema estructural donde la resistencia sísmica y de cargas de gravedad está dada por muros de concreto armado con espesores reducidos, en los que se prescinde de extremos confinados y el refuerzo vertical se dispone en una sola capa. Con este sistema se puede construir máximo 8 pisos.

En la actualidad está siendo muy utilizado en varios países debido a la facilidad que la industrialización ha traído para este sistema mediante el uso de encofrados metálicos estructurales, y el uso de concreto premezclado, haciendo mas ágil y económico el proceso constructivo de las obras.

La importancia estructural de este sistema radica en el uso de muros de concreto, lo cual nos asegura que no se produzcan cambios bruscos de las propiedades resistentes y principalmente de las rigideces.

Análisis comparativo vs Albañilería confinada

Estructural

AspectosMDLAlbañilería Confinada
Acero de refuerzo en elementos verticalesAcero Corrugado fy = 4200 kg/cm2
Malla electrosoldada fy = 5000 kg/cm2
Acero Corrugado fy = 4200 kg/cm2
Comportamiento de murosMayor resistencia y rigidez, pero menor ductilidadAdecuada resistencia, rigidez y ductilidad
Fuente: Universidad Privada de Trujillo – Perú

Constructivo

AspectosMDLAlbañilería Confinada
Acabados de murosNo tarrajeo por ser caravista, solo solaqueado finalTarrajeo antes del pintado, aumentando los costos
Instalaciones sanitarias y eléctricasEmbutidas en los muros, especial control para evitar picadoras posterioresTrabajos adicionales (picado de muros).
Mayor tiempo, muros y losas son actividades separadas
Fuente: Universidad Privada de Trujillo – Perú

Arquitectura

AspectosMDLAlbañilería Confinada
AcabadosProblema por aislamiento acústico o térmicoNo hay problema por aislamiento acústico o térmico
Diseño arquitectónicoSolo se puede diseñar un modelo de vivienda y no hay cambios.Se realizan cambios posteriores a la construcción
Fuente: Universidad Privada de Trujillo – Perú

Administrativo

AspectosMDLAlbañilería Confinada
Programación y controlRegida por el ritmo de vaciado de losas y murosRegido por el levantamiento de muros y vaciados de losas
Mano de obraMenor número, pero especializadaMayor número, pero mas especializada
Fuente: Universidad Privada de Trujillo – Perú

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