UNIDAD 2  SISTEMAS DE ESTRUCTURAS: A la hora de diseñar una edificación u obra civil, cualquiera sea ella (vivienda, comercial, industrial, servicios, instalaciones, etc.), una pauta muy importante será el modo de sustentación de la misma. Para ello será necesario evaluar el material, forma, costo económico (materia prima, mano de obra, fabricación y existencia en el mercado), tipología estructural y aspectos estéticos, del sistema estructural a emplear. Nunca debemos considerar en forma aislada el proyecto de “Arquitectura” del proyecto de “Estructuras”; para lograr un proyecto de edificación eficiente ambos factores serán interrelacionados en todo momento. La estructura no ocupara solo un factor de sustentación, será tenido en cuenta como un elemento más de diseño (sea por su material o forma), siendo en algunos casos la idea rectora del proyecto. Las estructuras metálicas poseen la particularidad y ventaja, sobre otros materiales estructurales, de permitir desarrollar grandes luces entre apoyo, secciones más pequeñas para igual estado de carga (con respecto a otras estructuras), menor peso propio de sus elementos, rapidez de montaje y rapidez puesta en servicio de sus elementos componentes. En las imágenes siguientes podemos apreciar las ventajes de las estructuras metálicas, como así también las distintas tipologías estructurales y sus elementos componentes. 

Grandes luces entre apoyos y pequeñas secciones de sus elementos:

13



Utilización como elemento resistente y de diseño:

14



Otros utilizaciones de las estructuras metálicas:

15

En esta imagen se aprecia la combinación con columnas de hormigón armada, y una gran luz entre dichos apoyos.



Facilidad de Montaje:

En las imágenes anteriores además de lo particularmente señalado se puede contemplar la combinación con otros materiales estructurales y a su vez la combinación entre elementos del mismo materiales pero de distintas conformaciones. Esto nos permite pensar y comprender lo expresado al principio de esta unidad, la estructura será un componente de gran importancia en el diseño de cualquier edificación u obra civil. 16

 ELEMENTOS ESTRUCTURALES: Toda estructura compleja podrá ser reducida a estructuras más simples, haciendo las consideraciones pertinentes y diseñando los elementos (particulares y el sistema total) de la estructura para que se cumpla esto. Debido a la versatilidad las piezas utilizadas en construcciones metálicas, se pueden crear una gran variable de elementos estructurales, a continuación veremos los más comunes y en que parte componente de una estructura serán utilizados:

CUBIERTAS: Las cubiertas podrán ser del tipo planas o inclinadas. Las primeras serian un caso especial de los entrepisos, con la variación de las capas o carpetas que lo componen (esto será visto en construcciones complementarias). Las cubiertas inclinadas podrán estar compuestas por estructuras del tipo reticulado (cabreadas o esteró estructuras) o parabólico o por una simple asimilación a estructuras de entrepisos con consideraciones particulares o bien por vigas y correas. A continuación se ejemplifican algunos casos de cubiertas inclinadas.

CORDON SUPERIOR

CORREA PENDOLON NUDO

NUDO NUDO

CORDON INFERIOR

TORNAPUNTA

DIAGONAL

DETALLES BABETA HIDROFUGA CHAPA ONDULADA

BULON J

CORREA

CABALLETE O CUMBRERA BULON EMBUDO

AISLACION TERMO-ACUSTICA

BULON J CHAPA ONDULADA

TORNAPUNTA

RAMAL A 45º

NUDO

CONDUCTAL FUNDICION DE HIERRO

17



Una cubierta inclinada estará compuesta en esencia por un elemento de cierre (tejas, chapas, cerámicos, vidrio, policarbonato, etc.), una protección mecánica o bandeja de sustentación (entablados o entablonados), un aislante acústico y térmico y la estructura resistente. En el caso de reticulados los elementos a destacar serán:  Cordón Superior o par  Cordón Inferior o cadena  Diagonales  Tornapunta o Pendolón o pendola  Nudos o Uniones  Correas Los 5 ítems iniciales son los elementos propios de los reticulados, pero hay que destacar que las correas serán asimilables a las vigas, ya que la función de estas es transferir (al reticulado las cargas puntuales) y resistir las cargas que son propias del paquete de cierre, protección y aislamiento, además de las cargas debidas a la nieve, viento, lluvia. Todos los elementos componentes de las cubiertas podrán ser dimensionados y proyectados con cualquiera de las piezas metálicas existentes (ver unidad 1) y por combinación de ellas.

18

 Otro caso podría ser el compuesto por elementos únicos como ser correas y par (en el caso de maderas cabios), si bien estos serán dispuestos en dos direcciones ortogonales entre si, la función de ambos será la rigidezar, resistir y transmitir las cargas. Cada uno de estos elementos será calculado como una viga. Para hacer un poco más fácil esto, como regla práctica la correa será perpendicular al sentido del escurrimiento y el par (o cabio) acompañara dicho sentido.

PAR ( CABIOS) CORREAS

 En el caso de las cubiertas parabólicas serán un caso particular de los métodos antes descriptos, como combinación de ellos, con la adición de particularidades propias de dicha cubierta, uno a mencionar es la teoría de barras de eje curvo, y contemplar en el diseño la necesidad de colocar tensores.

19

 Existen además otros sistemas de cubiertas compuestos por barras redondas, son las desarrolladas por sistemas particulares y ya industrializados que se asemejan a los reticulados antes vistos con la consideración que los elementos resistentes se diseñan en base a las existencias en el mercado y de acuerdo al sistema a emplear. El mismo se vera en el anexo que acompaña al material teórico.

ENTREPISOS: Se da este nombre a la estructura que separa un piso de otro en un edificio. Un entrepiso esta formado por:  Una estructura resistente. (vigas y viguetas)  Una estructura aislante (forjado o bovedilla)  El piso o solado  Cielorraso En esta materia solo será estudiado el tema de la estructura resistente, todo lo demás será visto es construcciones complementarias.

20

En los gráficos anteriores se aprecia la composición básica de un entrepiso, observando que las viguetas son aquellas que resisten las cargas permanentes y cargas accidentales, y transfieren estas a las vigas.

VIGAS: Las vigas cumplen un papel muy importante en ciclo de transferencia y resistencia a las cargas que derivan de otros elementos estructurales o de elementos componentes de la construcción (muros, tabiques, tensores para soporte de motores o cañería, etc.). Como se dijo a medida que vimos diferentes elementos constructivos hay elementos, como ser las correas, viguetas, pares (o cabios), mensulas, etc., que su función se asemeja a una simple viga. Veremos diferentes tipos de vigas con la combinación de las diferentes piezas metálicas existentes. 1. Estos podrán ser utilizados por si solos o con la combinación del mismo tipo y forma o con alguno de ellos. 2. Además en el caso de que sea necesario se podrán adicionar platabandas (refuerzo por medio de planchuelas de acero que se adicionan en el alma o alas de los perfiles). 3. En la unión de piezas será necesario adicionar elementos que permitan dicha unión, de tal forma que las cargas y los esfuerzos se distribuyan en forma pareja y de igual modo en sus secciones. Estas piezas serán chapas de enlace o presillas, perfiles ángulos, planchuelas, platabandas, chapas de unión, celosías. 4. Otro elemento a adicionar, en las piezas que cumplan con las especificaciones impuestas por los reglamentos o que por cuestiones de resistencia, serán rigidizadores. Estos serán para evitar que se produzcan fenómenos de pandeo local, abolladura y pandeo longitudinal al eje del perfil (es decir en el sentido perpendicular al del pandeo local).  Por perfiles laminados en caliente:  Viga compuesta por 2 o más perfiles: La viga que se esquematiza a continuación esta conformada por 2 perfiles doble T (pudiendo ser más y de diferentes tipos de perfiles), la cual puede ser utilizada en caso de grandes cargas o por una necesidad funcional y constructiva. Para que la distribución de cargas y por consiguiente tensiones, sea uniforme es necesario vincular ambos perfiles con planchuelas de acero (chapas de enlace o presillas).

21

PLANCHUELA DE ENLACE

SECCION

VISTA

 Viga reforzada por platabandas: La viga esquematizada muestra el refuerzo por medio de platabandas (panchuelas), las mismas podrán abarcar la totalidad de la longitud o solo una parte. Esto será de acuerdo al valor necesario para que la estructura sea correctamente reforzada, sin incurrir en un exceso de refuerzo el cual acarreara mayores gastos económicos (materiales y mano de obra) y un aumento de peso del elemento. PLATABANDA



Por piezas de sección maciza laminadas en caliente y plegadas en frío: 1. Estos podrán conformados por barras de sección circular o cuadrada (estas ultimas prácticamente no se utilizan). Las mismas no podrán ser utilizadas por si solas, sino formando una sección compuesta, la misma podrá ser cuadrada o rectangular o triangular. 2. Para este tipo de configuración se podrían utilizar perfiles laminados en caliente de alas iguales o alas desiguales. Las mismas tendrán las mismas condiciones de diseño (configuración de sección y caras, es decir cordón superior, inferior y celosías) y de análisis de calculo.

CELOSIAS

CORDON SUPERIOR

CELOSIAS

CELOSIAS

CORDON INFERIOR

SECCION

VISTA

PLANTA 22

En la imagen se puede observar, que todos los elementos se diseñaron con secciones macizas laminadas en caliente.

En este caso se observar, que las vigas (par o cabios) se diseñaron con secciones laminadas en caliente, perfiles de alas iguales y/o desiguales.

Es este caso observamos, que todos los elementos se diseñaron con secciones plegadas en frío.

23

Si bien la configuración de las barras es similar a la de un reticulado estas no serán calculadas como tales.  Uniones y Rigidizadores: 1. Debido a la necesidad de combinar los distintos elementos estructurales, y en algunos casos debido a la longitud y forma de los mismos, es necesario una unión. 2. Otra particularidad será la necesidad de rigidizadores, que serán la respuesta (en algunos casos) a los problemas de inestabilidad local. Estos serán los encargados de aumentar las propiedades geométricas y por consiguiente de resistencia (sección, momento de inercia, momento resistente,etc.), en las secciones criticas. 3. Ambos elementos, anteriormente mencionado, se harán posibles con adición de dos componentes. Uno de ellos serán planchuelas, perfiles ángulo, perfiles T, perfiles C, etc.; y el otro serán remaches, bulones de alta resistencia y soldaduras. Se nota a simple vista que tendremos un elemento auxiliar y otro que permitirá la fijación entre estos.

24

25

COLUMNAS: Este elemento será el encargado de recibir las cargas provenientes de las vigas, resistiendo y transfiriendo dichas cargas a las bases. Podrán estar compuestas por cualquier tipo de sección y producto estructural. En esta imagen contemplamos una columna compuesta por perfiles laminados en caliente, con las putas comunes que debemos tener a la hora de diseñar. En la unión con las vigas será preciso un capitel que asegure ésta y además permite una correcta distribución de tensiones. En la parte inferior tendremos las chapas de unión y de asiento que harán posible la vinculación con la cimentación (base, platea, cabezal de pilotes, etc.).

PLANTA DE LA BASE

26