ESTRUCTURAS DE GRAN ALTURA - CONSTRUCCIÓN DE EDIFICIOS

Los edificios altos son especialmente susceptibles a los efectos de las fuerzas laterales. Un manso rígido es la forma menos eficiente de alcanzar la estabilidad lateral y es apropiado solamente para estructuras de baja a mediana altura. A medida que aumenta la altura de un edificio, se hace necesario complementar un marco rígido con mecanismos adicionales de arriostramiento, como apuntalamiento diagonal o un núcleo rígido. Un tipo eficiente de estructura de gran altura es una estructura tubular que tiene sistemas perimetrales resistentes a las fuerzas laterales, apuntalados internamente con diafragmas rígidos de piso. La estructura se comporta esencialmente como una viga de caja en cantilever cuando resiste las fuerzas laterales

• Un cubo reticulado tiene columnas perimetrales con poco espaciamiento conectadas rígidamente mediante vigas de fachada de gran peralte. 1.
• Un cubo perforado tiene muros de cortante perimetrales con menos de 307» del ánsa superficial perforada con vanos. 2.
• Un cubo arriostrado es una estructura reticulada unida mediante un sistema de puntales diagonales. 3.
• Un cubo con armaduras tiene marcos muro con armadura con columnas muy espaciadas unidas mediante puntales diagonales o cruzados. 4.
• Un cubo con armaduras en celosía tiene marcos perimetrales con diagonales muy poco espaciadas sin columnas verticales. 5.
• El manojo de cubos es un ensamblado de cubos estrechos unidos directamente entre ellos para formar una estructura modular que se comporta como una trabe decaja multicelular que se proyecta fuera del suelo comoun cantilever. En algunos casos se suministran más cubos en la parte inferior de una estructura alta, donde serequiere mayor resistencia a la fuerza lateral. 6.
• Una estructura de cubo dentro de un cubo tiene un núcleo interior apuntalado añadido al cubo perimetral para mejorar su resistencia al cortante cuando resiste las fuerzas laterales. 7.
Los mecanismos de amortiguamiento son aparatos visco-elásticos que comúnmente se instalan en los nodos estructurales para absorber la energía generada por el viento opor las fuerzas sísmicas, que disminuyen progresivamente o eliminan los movimientos vibratorios u oscilatorios y que evitan la ocurrencia de las resonancias destructivas.

• Un amortiguadorde masa sintonizado es una gran masa montada en rodillosy unida a la parte superior de un edificio alto con mecanismos de amortiguamiento de resorte, que tienen una tendencia inercial a permanecer en reposo y de esta manera contrarrestary disipar cualquier movimiento del edificio. 8.

• El aislamiento de la base se refiere a aislar la base del suelo con mecanismos de amortiguamiento para permitir que la superestructura flote como un cuerpo rígido y altere el periodo natural de vibración de la estructura de modo que sea diferente del periodo de vibración del suelo, evitando así la ocurrencia de resonancias destructoras. 9.

El amortiguamiento interno ocurre naturalmente cuando un edificio experimenta una deformación elástica o plástica, como la proveniente de la fricción interna de un material sujeto a esfuerzos (amortiguamiento por histéresis), la proveniente de la fricción entre dos partes movibles (amortiguamiento por fricción), o la proveniente de la resistencia viscosa de un fluido, como el aire (amortiguamiento viscoso). 10.

ESTABILIDAD LATERAL - ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE UN EDIFICIO

Diafragma horizontal
• Una estructura de piso rígida, comportándose como una viga plana de gran peralte, transfiere las cargas laterales a los muros de cortante verticales, a los marcos arriostrados o a los marcos rígidos. 1.
Los elementos estructurales de un edificio deben dimersionarse, configurarse y unirse para formar una estructura estable bajo cualquier condición posible de carga. Por lo tanto, un sistema estructural debe diseñarse no solamente para sustentar cargas verticales gravitacionales, sino también resistir fuerzas laterales eólicas y sísmicas desde cualquier dirección. Los siguientes son los mecanismos básicos para asegurar la estabilidad lateral.


Marco rígido
Un marco de acero o de concreto reforzado con uniones rígidas capaz de resistir cambios en las relaciones angulares 2.

Muro de cortante

• Un muro de madera, concreto o mampostería capaz de resistir cambios de forma y de transferir cargas laterales a la cimentación 3.
Marco arriostrado
• Un marco de madera o de acero arriostrado con miembros diagonales 4.


• Cuando se use arriostramiento con cable, son necesarios dos para estabilizar la estructura contra fuerzas laterales de cualcluiera de ambas direcciones. Para cada dirección, un cable operará en forma efectiva a tensión mientras que el otro simplemente se pandearía. Si se usa arriostramiento rígido, se incluye un cierto grado de redundancia porque un solo miembro es capaz de estabilizar la estructura. 5.


Cualquiera de estos sistemas puede usarse individualmente o en combinación para estabilizar una estructura. De los tres sistemas verticales, el marco rígido tiende a ser el menos eficiente. Sin embargo, los marcos rígidos pueden ser útiles cuando el empleo de marcos arriostrados o muros de cortante formaría barreras indeseables entre espacios adyacentes.

• Las fuerzas laterales tienden a ser más críticas en la dirección corta de los edificios rectangulares y es típico el uso de los muros de cortante o marcos arriostados más eficientes en esta dirección. En la dirección larga, puede utilizarse cualcluiera de los elementos laterales que resisten fuerzas. 6.
• Los caballetes son marcos arriostrados o rígidos diseñados para sustentar cargas verticales y laterales transversales a la longitud de una estructura reticular. 7.


Para evitar los efectos destructivos de torsión, las estructuras sujetas a fuerzas laterales deben arreglarse y arriostrarse simétricamente cor los centros de masa y de resistencia tan coincidentes como sea posible. La disposición asimétrica de las estructuras irregulares generalmente recjuiere de un análisis dinámico con objeto de determinar los efectos de torsión de las fuerzas laterales.



Las estructuras irregulares se caracterizar por cualcjuiera de diferentes irregularidades er planta o en sentido vertical, como la disposición asimétrica de la masa o de los elementos cjue resisten a las fuerzas laterales, ur piso blando o débil, o un muro de cortante o un diafragma discontinuos.

• La irregularidad torsional se refiere a la disposición asimétrica de la masa o de los elementos que resisten a las fuerzas laterales, resultando en centros de masa o de resistencia que no coinciden. 8.

• El centro de resistencia es el centroide de los elementos verticales de un sistema que resite fuerzas laterales, a través del cual actúa la reacción de cortante a las fuerzas laterales. 9.



• Una esquina reentrante es una configuración en planta de una estructura que tiene proyecciones más allá de una esquina que son significativamente mayores cjue la dimensión en planta en la dirección dada. Una escjuina reentrante tiende a producir movimientos diferenciales entre las diferentes partes de la estructura, resultando en concentraciones locales de esfuerzos en la esquina. Las soluciones incluyen el suministro de una junta sísmica para separar el edificio en formas más simples, uniendo al edificio más fuertemente en la esquina, o biselando la esquina. 10.

• Las juntas sísmicas separan físicamente las masas adyacentes del edificio de modo que pueda ocurrir un movimiento vibratorio libre en cada uno, independiente del otro. 11.


• Un diafragma discontinuo es un diafragma horizontal que tiene un área grande cortada o abierta, o una rigidez significativamente menor que la del piso superior o inferior. 12.



• Un piso blando o débil tiene una rigidez o una resistencia lateral que es significativamente menor que la de los pisos superiores. 13.

• Un muro de cortante discontinuo tiene un rebajo grande o un cambio significativo en su dimensió horizontal. 14.


PATRONES ESTRUCTURALES - CONSTRUCCIÓN DE EDIFICIOS

La disposiciór de los prircipales apoyos verticales no solamente regula la selección de un sistema para cubrir claros, también establece las posibilidades para el ordenamiento de los espacios y de las funciones en un edificio.

Los principales puntos y líneas de apoyo de un sistema estructural definen típicamente una retícula. Los puntos críticos de la retícula son ao[uello6 en los cuales las columnas y los muros de carga colectan cargas de las vigas y de otros elementos horizontales o[ue cubren claros y canalizan estas cargas en sentido vertical hasta la cimentación.

El orden geométrico inherente de una retícula puede usarse en el proceso de diserío para iniciar y reforzar la organización funcional y espacial del disePio de un edificio.

• Los muros sin carga pueden colocarse de modo que definan varias configuraciones espaciales y permitan que un edificio sea más flexible en su respuesta a los requerimientos programáticos de sus espacios. 1.
• Una retícula estructural puede modificarse mediante la adición o la sustracción para acomodar necesidades especiales, como espacios grandes o condiciones poco comunes del sitio. 2.
• Una retícula puede ser irregular en una o dos direcciones para acomodar los requerimientos dimensionales de los espacios del programa. 3.
• Una parte de la retícula puede dislocarse y girarse alrededor de un punto en el patrón básico. 4.
• Dos retículas paralelas pueden desplazarse una de otra para desarrollar espacios intercurrentes o intersticiales que definan patrones de movimiento, que medien entre una serie de espacios más grandes, o que alojen servicios mecánicos. 5.
• Cuando dos patrones estructurales no se puedan alinear convenientemente, puede usarse un tercer elemento, como un muro de carga, un espacio mediador o un sistema, para cubrir claros de textura más fina. 6.

• Pueden emplearse retículas no uniformes o irregulares para reflejar el ordenamiento jerárquico o funcional de los espacios dentro de un edificio. 7.
• Las líneas de la retícula representan vigas horizontales y muros de carga. 8.

• Las intersecciones de las líneas de la retícula representan las ubicaciones de columnas o de cargas gravitacionales concentradas. 9.

• Una unidad estructural básica o crujía puede prolongarse lógicamente en sentido vertical a lo largo de los ejes de las columnas y en sentido horizontal a lo largo de los claros de las vigas y de los muros de carga. 10.

CLAROS ESTRUCTURALES - CONSTRUCCIÓN DE EDIFICIOS

La capacidad para cubrir claros de los elementos horizontales determina el espaciamiento de los apoyos verticales.

Esta relación fundamental entre el claro y el espaciamiento de los elementos estructurales influye en las dimensiones y la escala de los espacios definidos por el sistema estructural de un edificio. Las dimensiones y las proporciones de las crujías estructurales, a su ya., deben relacionarse con los recjuerimientos programáticos de los espacios.

Rangos representativos de claros estructurales

UNIDADES ESTRUCTURALES - CONSTRUCCIÓN DE EDIFICIOS

Cor los elementos estructurales principales de columna, viga, losa y muro de carga es posible formar una unidad estructural elemental capaz de definir y cercar un volumen de espacio para habitación. Esta unidad estructural es el blooque básico de construcción para el sistema estructural y la organización espacial de un edificio.

• Los claros horizontales pueden ser cubiertos por losas de concreto reforzado o por un arreglo jeráro[uico en capas de trabes, vigas y viguetas que sustentan tablones o cubiertas.

• El apoyo vertical de una unidad estructural puede suministrarse mediante muros de carga o por una armazón de columnas y vigas.

Las dimensiones y las proporciones de una unidad estructural o de una crujía influyen en la selección de un sistema apropiado para cubrir los claros.

• Los sistemas de un solo sentido de viguetas, tablones, o losas son más eficientes cuando las crujías estructurales son rectangulares —es decir, cuando la relación de la dimensión larga a la corta es mayor que 1.5:1— o cuando la retícula estructural genera un patrón lineal de espacios. 1.

• Los sistemas de dos sentidos de vigas y losas son más efectivos para crujías cuadradas o casi cuadradas. 2.

• Una losa de dos sentidos apoyada en cuatro columnas define una capa horizontal de espacio. 3.

• La naturaleza paralela de los muros de carga conducenaturalmente al uso de sistemas de un solo sentido para cubrir los claros.

• Debido a que los muros de carga son muy efectivos cuando soportan una carga uniformemente distribuida, es típico que soporten una serie de viguetas, tablones o una losa de un solo sentido. 4.

• Una armazón lineal de columnas y vigas define un módulo tridimensional de espacio capaz de expandirse tanto horizontal como verticalmente. 5.
• Dos muros de carga definen en forma natural un espacio axial bidireccional. Pueden desarrollarse ejes secundarios perpendiculares a los ejes primarios con vanos dentro de los muros de carga. 6.