Sistemas Residentes a Cargas Verticales y Horizontales

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Sistemas Residentes a Cargas Verticales y Horizontales

Ante cargas verticales, la negación al giro de los extremos de las vigas, impuestas a su vez por su continuidad con las columnas, hace respectivamente rígido el sistema. En las columnas, las cargas se transmiten fundamentalmente por fuerzas axiales, excepto cuando haya asimetrías importantes en la geometría de la estructura o en la distribución de las cargas verticales.

Con respecto a las cargas horizontales, se resisten esencialmente por flexión tanto en las vigas como en las columnas, lo que hace que el control de las deformaciones sea un aspecto importante en el diseño de estructuras a base de marcos que deban resistir cargas laterales de cierta consideración, especialmente cuando se trate de marcos de varios niveles.

Preselección del Sistema Estructural

Para lograr un buen diseño y preselección de un sistema estructural es preciso tomar en cuenta las siguientes consideraciones:

Ubicación de Vigas

Después de elegido la losas a emplear y la ubicación de las columnas, se determina la dirección de las vigas principales de carga y la dirección en que se armarán las losas, esto el fin dar adecuado apoyo a toda la estructura y soportar el mayor esfuerzo flector que se pueda generar. La elección del sistema estructural adecuado, la correcta ubicación de las columnas, la fijación acertada de tas luces de vigas y losas, etc., determinan desde el inicio las características económicas de la estructura.

Ubicación de Columnas

“Al ubicar las columnas, líneas de resistencia claramente definidas en las direcciones principales del edificio y deben localizar los centros de las vigas; que formaran sistemas estructurales que puedan ser analizados en forma simple y de tal modo que el esquema estructural a que ellos se reduzcan, permita un estudio de su comportamiento ajustado a la realidad. Esto no implica restricciones a la libertad arquitectónica”. (Arnal y Epelboim, 1985)

Las columnas proporcionan la máxima abertura en la planta y permiten que la configuración del espacio interior se pueda cambiar moviendo la tabiquería (paredes). Se determinará la ubicación de columnas atendiendo a las características arquitectónicas del edificio y tomando en cuenta aspectos económicos y estructurales. En relación con los aspectos económicos se incluyen luego procedimientos de comparación de alternativas.

La ubicación de las columnas determinará la luz de las losas y vigas, por lo cual deberán tomarse en cuenta los criterios establecidos en el cuadro de luces para losas incluido antes.

“El espacio de columnas en la pared exterior puede ser más pequeño. Se tiene una opción básica que es un enrejado de columnas donde las interiores y exteriores tienen la misma separación, y un enrejado de columnas donde las exteriores están más cerca que las interiores.” (Gero y Cowan, 1976)

El rango de variación del espaciando de columna en construcciones de un solo piso puede estar dentro de límites bastante grandes, porque la carga aplicada en el techo es generalmente pequeña. En edificios de varios pisos, sin embargo, la ubicación de las columnas debe ser la misma para todos los pisos y las columnas de la planta baja llevan la carga de todos los pisos superiores.

Elección Según la Altura

En general se tratará aquí el caso de edificios altos, entendiendo por tales, los edificios en los cuales los requerimientos de resistencia a fuerzas horizontales y de limitación de los desplazamientos que ellas producen, son más importantes que los requerimientos de resistencia a cargas verticales, en cuanto a las dimensiones de los elementos estructurales, a su disposición y a su costo.

En los edificios bajos el sistema de pórticos es el más sencillo y económico en la construcción tradicional, mientras que en la construcción industrializada puede resultar bastante competitivo el sistema de pantallas, que satisfacen a la vez exigencias estructurales y de cerramiento.

En los edificios altos los factores preponderantes en la elección del sistema son los siguientes:

- Altura del edificio

- Características del terreno de fundación

- Requerimientos arquitectónicos

- Relaciones de costos entre mano de obra y materiales.

- Otros factores

CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL

Toda estructura estará razonablemente configurada, con estabilidades vertical y lateral en todas direcciones.

Trayectoria de las Fuerzas

Las estructuras se configurarán de modo que haya una o varias trayectorias de las fuerzas, claramente definidas, para transferir las solicitaciones desde cualquier punto de la estructura hasta la cimentación. En general habrá una jerarquía de menor a mayor en la capacidad de absorción de energía de los componentes de la estructura a lo largo de las trayectorias de las fuerzas, especialmente para solicitaciones sísmicas o de explosión.

La configuración estructural juega un rol vital en la dimensión de una catástrofe. La configuración de la edificación puede ser descrita como regular o irregular en términos del tamaño y forma de la misma, el arreglo de los elementos estructurales y de la masa.

Las configuraciones regulares respetan la simetría (en planta y elevación), y tienen una distribución uniforme tanto de fuerzas de gravedad como de resistencia lateral.

Las configuraciones irregulares carecen de simetría, y presentan discontinuidades en geometría, masa, o elementos resistentes de carga. Pueden causar interrupción del flujo de fuerzas y concentración de esfuerzos. Las irregularidades de masa y rigideces de elementos, también pueden causar grandes fuerzas de torsión.

A su vez, las irregularidades pueden distinguirse como verticales u horizontales:

- Las irregularidades verticales indican cambios súbitos de resistencia, rigideces, geometría y masa, y conducen a una distribución irregular de fuerzas y deformaciones a lo largo de la altura del edificio.

- Las irregularidades horizontales se refieren a formas asimétricas en planta (como F, L, T,