Nivel II - Guia de Estudio Nro 8 - Estructuras Metalicas

7/31/2019 Nivel II - Guia de Estudio Nro 8 - Estructuras Metalicas

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA - FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO

DNCGE8

Ctedra: ESTRUCTURAS NIVEL 2

Taller: VERTICAL III DELALOYE - NICO - CLIVIO

Gua de Estudio N 8 : Diseo Estructural de una Vivienda

Unifamiliar

Curso 2009 Elabor: Ing. Luis Arisnavarreta Revisin: 0 Fecha: Setiembre 2009

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EL TRABAJO ESTRUCTURAL

Cada elemento estructural tiene una forma particular de trabajar,de transmitir los esfuerzos a los que las cargas lo someten. En una estructura, la correctaconjugacin y disposicin de los distintos elementos que la conforman, juega un papelpreponderante en el funcionamiento de conjunto.

Habr siempre una distribucin estructural que dar porresultado una estructura ptima desde el punto de vista resistente y econmico, y acorde con el

espacio arquitectnico que sostiene, tanto en el aspecto funcional como en el esttico.El diseo estructurales un proceso iterativo, en el que entran en

juego una gran diversidad de variables, pero por lo general no busca la perfeccin sino laracionalidad.

Para lograr una estructura racional, se deben conocer, adems delfuncionamiento resistente de cada elemento que la compone, el tipo y la magnitud de las cargas asoportar y la forma en que stas se transmitirn por la estructura, a travs de sus elementos,hasta llegar a las fundaciones y por stas al terreno.

Las estructuras ms simples y econmicas desde el punto de vistaresistente son aquellas que estn conformadas por elementos que trabajan a esfuerzos directos,por lo tanto en las que las flexiones son mnimas. Esto nos llevara a una estructura que posea un

gran nmero de columnas. Esta estructura ideal choca evidentemente con una cuestin prctica yfuncional desde lo arquitectnico.

Surge entonces el concepto de luces mximas y mnimas entreapoyos, luces usuales o prcticas, que extradas de una lgica intuitiva y muchas veces deexperiencias previas, harn que nos podamos acercar a un trabajo estructural racional, siempreteniendo en cuenta, como dijimos, la magnitud y camino de las cargas.

El camino de las cargas, o cmo se transmite la carga a travs delos elementos que componen la estructura, tambin nos da una idea de la mayor o menoreficiencia de la estructura. Cuanto ms directa sea la transmisin de las cargas hacia lasfundaciones, ms eficiente resultar la estructura.

En una estructura para vivienda el camino de las cargas coincide

con la secuencia de clculo de los elementos que la componen, esto es: las losas reciben en formadirecta las cargas de uso o sobrecarga, y las transmiten por flexin hacia las vigas en las cualesapoyan. Luego, las vigas toman esas reacciones y las cargas de muros que apoyasen en ellas y, porflexin y corte las transmiten a las columnas. Por ltimo, las columnas, trabajando comprimidas,transmiten las reacciones de vigas a las fundaciones. (las columnas con base excntrica trabajanflexo-comprimidas).

PAUTAS GENERALES PARA EL DISEO ESTRUCTURAL.

Si bien las consideraciones siguientes son, en su mayora, vlidastambin para otros materiales, como hierro o madera, estn orientadas especialmente al

hormign armado


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No es posible plantear un procedimiento de diseo nico queresulte igualmente efectivo y aplicable como regla en todos los casos.

El diseo de una estructura es, como ya dijimos, un procesoiterativo que se basa en ciertas pautas generales y aporta una solucin a un proyectoarquitectnico determinado. Por lo tanto, a partir de un anteproyecto de la estructura, se la irajustando con el objeto de alcanzar una estructura eficiente y econmica.

Este proceso comienza con la confeccin del plano de distribucin,en el que se sitan los elementos estructurales, con su denominacin y dimensiones adoptadas(predimensionado), con el que luego se proceder a efectuar el clculo estructural.

En el caso de una vivienda unifamiliar, al efectuar el planteo de laestructura se deben manejar algunas consideraciones:

Desde el punto de vista arquitectnico, debe acompaar, o interferir lo menos posible, alproyecto de arquitectura. As, por ejemplo, se debe evitar que una viga cruce un ambienteprincipal obligando a ocultarla con un cielorraso suspendido y, por consiguiente, reduciendo laaltura til del local; lograr en lo posible que vigas y columnas queden escondidas total oparcialmente en muros.

Desde el punto de vista del funcionamiento estructural, se debe lograr que ste sea lo msarmnico posible y que las cargas realicen el camino ms corto para llegar a las fundaciones. As,las luces entre elementos continuos (losas o vigas) deben ser semejantes; deben evitarse apeos deviga en viga o columna en viga; respetar ciertas luces mximas.

Desde el punto de vista constructivo, se tratar en lo posible de unificar espesores de losas porsectores, alturas por tiras de vigas continuas, secciones de columnas, para facilitar el replanteo dela estructura en obra y optimizar la utilizacin de madera de encofrado (aunque se debe tener encuenta el mayor costo que esto trae aparejado debido al aumento del volumen de hormign).

A continuacin se describen distintas pautas generales a tener en

cuenta en el proceso de diseo estructural, que servirn de punto de partida, y debern luego serconjugadas y adaptadas en cada caso particular.

Como sabemos, y de acuerdo a su funcionamiento estructural,existen dos tipos de losas: losas cruzadas, con armadura en dos direcciones ortogonales entre si, ylosas unidireccionales, con armadura en una direccin. Las primeras poseen un trabajoestructural ms eficiente y por lo tanto permiten cubrir mayores luces.

Es difcil establecer valores generales de luces mximas o usuales,de separacin entre apoyos, para que nos conduzcan, a priori, a la mejor solucin, ya que en cadacaso particular habr que tener en cuenta adems, el tipo y la magnitud de la carga actuante.Podemos enunciar los siguientes valores mximos:

Losas armadas en una direccin: 4 m Losas con armadura cruzada: 6 mVigas 6 m

En general, los valores racionales y econmicos se hallan cercadel 60% de los arriba detallados.

Con losas armadas en dos direcciones no conviene cubrir lucesmayores de 6 m, debido a que, en caso contrario, se obtendran losas muy deformables. En el casode losas armadas en una direccin con luces mayores a los 4 m, se obtendran losas de alturasconsiderables que se traduce en una excesiva carga permanente final.

La disposicin de las columnas, tender a evitar apeos, o sea unapoyo de una viga en otra y en el caso de columnas de planta alta, se las deber hacer coincidircon las ubicadas en planta baja para evitar apeos de columnas en vigas, recordando que una


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estructura es ms eficiente cuanto ms directa sea la transmisin de las cargas a las fundaciones(los apeos implican un desvo en el camino de carga). En cuanto a la separacin de columnas, seevitarn, en lo posible, distancias superiores a los 6 m (lo que conduce a tener vigas muy altas), niinferiores a los 2 m (para evitar la superposicin de sus bases de fundacin). Los valores deseparacin razonables para viviendas estn entre 3 m y 5 m.

Asimismo tampoco conviene que las columnas medianerasresulten excesivamente cargadas, ya que aumentara el valor de la flexin compuesta que lassolicita, obligando a incrementar las dimensiones de la columna o bien a disponer elementos defundacin especiales.

Las vigas se dispondrn de manera tal de no sobrepasar las lucesmximas en las losas que resulten por ellas definidas. En lo posible debern quedar ocultas en losmuros de planta baja. De no ser posible, se puede recurrir al uso de una viga invertida, quequedar absorbida por el contrapiso o dentro de un muro de la planta superior. Como ya seexplic anteriormente se tratar de apoyarlas directamente en columnas, a fin de evitar apeos.

Para el caso de tabiques divisorios de planta alta que apoyendirectamente en losas unidireccionales y en la direccin de armado (luz menor), se debermaterializar dicho apoyo con el uso de refuerzos. Los refuerzos son vigas que tienen

aproximadamente la altura de la losa.En los entrepisos y en correspondencia con los baos es posible

tener que prever una losa descendida o bajo losa, cuya cota superior se encuentra no menos de 20cm por debajo del resto de las losas de la planta, para poder ubicar las piletas de piso y lascaeras de desage.

Las escaleras, por lo general, estn constituidas por losasinclinadas armadas en una direccin (en la de la luz mayor). Si la escalera es de dos tramos, sedispondrn apoyos intermedios en el descanso; el primer tramo apoyar inferiormente en unafundacin directa o en una viga de fundacin y superiormente en una viga intermedia a niveldescanso, el segundo tramo apoyar inferiormente en la viga a nivel descanso y su extremosuperior en una viga a nivel de entrepiso.


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Todo lo expuesto hasta aqu se refiere a la supraestuctura, la partevisible de la estructura, ahora haremos algunos comentarios sobre otra parte que si bien no se vees de fundamental importancia en el trabajo estructural de conjunto: las fundaciones

Los elementos a fundar en una vivienda se pueden dividir en dosgrupos: por un lado las columnas y por el otro los muros de planta baja.

Para el caso de las columnas podremos recurrir al uso de basesaisladas, centradas para las columnas interiores o excntricas o doblemente excntricas para lascolumnas medianeras y esquineras respectivamente. Cabe acotar que las bases excntricas sedeben disponer con su lado mayor en la direccin de la linea medianera (para disminuir laexcentricidad y as la flexin). Las bases se pueden vincular entre s para evitar posiblescorrimientos de apoyo por medio de vigas de arriostramiento.

Los muros pueden fundarse con una zapata de mampostera uhormign armado, independiente de la estructura, o, como es ms frecuente, con una viga defundacin dispuesta entre columnas que pueden a su vez, llevar pilotines intermedios parareducir la luz del tramo, separados de 1,50 m a 2,50 m, y/o en las intersecciones de muros.

DENOMINACION DE LOS ELEMENTOS

a. Simbologa y representacin

Losa armada en una direccin:

Losa cruzada.

Losa en voladizo

Dentro del crculo se colocar la denominacin de la losa y su altura total.Los bordes de losa apoyados (que coinciden con las vigas) se representan mediante lineas

llenas, y los bordes libres, con lineas punteadas.Los bajo losa se indican con un rayado a 45, en toda la losa.Las vigas se representan con una linea continua, y los refuerzos en losa, con una linea

punteada

b. Nomenclatura:

L : losa

LE : losa de escalera

V : viga

R : refuerzo en losa

C : columna

TC : tronco de columna

B : base de fundacin

VF : viga de fundacin

Va : viga de arriostramiento

P : pilotn


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c. Numeracin.

La letra que simboliza cada elemento deber acompaarse con unnmero de orden. La numeracin se realiza por planta y en el sentido de la lecto-escritura, estoes, de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo. Por lo tanto:

Estructura sobre planta baja: del 1 al 99Estructura sobre 1 piso: del 101 al 199

Y as sucesivamente.

Al numerar las columnas debe mantenerse la correspondencia denmeros en la misma vertical (C1, C101, C201, etc.), y la base respectiva con el mismo nmero deorden (B1)

d. Predimensionado.Por ltimo, en cada elemento se indicarn, entre parntesis, las

predimensiones adoptadas.

ELEMENTOS PARA EL PREDIMENSIONADO

A continuacin se sugieren algunos coeficientes, adoptados pordiferentes reglamentos para el clculo de HA:

a. LosasLos valores sugeridos para el predimensionado de losas conducen

por lo general a resultados aceptables desde el punto de vista de la deformacin,independientemente de la carga actuante.

Dichos coeficientes dependen de las condiciones de apoyo (esquemaestructural), y se detallan en la siguiente tabla:

h u = lado menor / m

h total = h u + recubrimiento


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En ningn caso la altura total de las losas ser menor a:

Para uso general: 7 cmPara cocheras de edificios: 12 cmPara cubiertas inaccesibles: 5 cm

b. Vigas.Los reglamentos dan valores para el predimensionado de la altura

de vigas, aunque en estos casos nos conducen a valores mnimos (indicados en la primera columnacomo m), para los cuales debe tenerse especial cuidado en el clculo de realizar verificaciones dela deformacin. En la segunda columna se indican valores del coeficiente prcticos (n) y queconducen a resultados aceptables.

h u = L tramo / nh total = h u + recubrimiento

El ancho mnimo de una viga es 12 cm siendo conveniente que larelacin entre el ancho y la altura total de la viga este comprendida entre 1/4 y 1/3. En la prcticalas alturas totales de las vigas deben ser mltiplo de 5 cm.

c. Columnas.En una vivienda la mayora de las columnas resultarn de

dimensin mnima, 20 cm x 20 cm. Las columnas medianeras y/o esquineras, eventualmente,podrn tener dimensiones mayores para absorber los momentos flectores inducidos por lasfundaciones.

d. Fundaciones.Para fundar una columna, por lo general, se recurre al uso de

Bases.

Los muros de planta baja podrn apoyarse en Vigas de fundacin,que se dispondrn entre columnas. A su vez pueden requerir de Pilotines intermedios, paradisminuir su luz.


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En cuanto a todos los elementos de fundacin, sus dimensionesestarn ntimamente ligadas a las caractersticas resistentes del suelo y a la carga del elemento afundar. Por razones constructivas se toma como lado mnimo de una base 60 cm..

La seccin de las vigas de fundacin depender en gran medida dela carga del muro y de la existencia o no de pilotines intermedios. Su ancho se adopta teniendo encuenta el espesor de muro y su altura, por lo general, vara entre los 25 cm y los 40 cm.

La seccin (circular) de los pilotines vara entre 20 cm y 30 cm dedimetro.

LA CUBIERTA

La cubierta de techo de la vivienda se resolver con una o msvigas metlicas reticuladas, que apoyarn en muros o en refuerzos de hormign armado. Estaviga reticulada principal servir de apoyo a la tirantera de madera sobre la cual se disponen elentablonado, la aislacin correspondiente, las clavaderas, y las chapas o tejas.

Tanto el predimensionado de la viga reticulada, como lasescuadras y separacin de tirantes, se ver en los respectivos Trabajos Prcticos.

Podemos tomar los siguientes valores mximos, usuales encubiertas de este tipo:

Tirantera de madera:

Distancia entre apoyos: L = 4.00 m Separacin entre tirantes: de 0.60 m a 0.80 m.

Viga reticulada metlica:

L = 5.00 m a 6.00 m (valores usuales)


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Se muestra, a modo de ejemplo, una Distribucin Estructural.Obsrvese la denominacin y numeracin de los distintos elementos.

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