ZAPATAS CORRIDAS: ZAPATA DE CINTA Y ZAPATAS AISLADAS

Las formas más comunes de zapatas corridas son las zapatas de cinta y las zapatas aisladas.

Las zapatas de cinta son las zapatas corrídas cortiruas de los muros de cimentación. 1.
Otros tipos de zapatas corridas soN las siguientes:


Las zapatas escaloradas sor zapatas corridas que cambiar de nivel por etapas para adaptarse a ura rasante inclinada y mantener la profundidad requerida en todos los puntos alrededor de un edificio.

Una zapata en cantilever o de fleje consiste en una zapata con columna conectada mediante una viga tensora con otra zapata con objeto de balancear una carga impuesta asimétricamente. 2.

Una zapata combinada es una zapata de concreto reforzado para un muro de cimentación perimetral o ura zapata con columna desplazada para sustentar la carga de una columna interior. 3.
Se usan también zapatas en cartilever y combiradas cuando un cimiento estriba en un lindero y no es posible construir una zapata con carga simétrica. Para evitar la rotador o el asentamiento diferencial que una condición de carga asimétrica puede producir, las zapatas continuas y el cantilever se dimensionan para generar una presión del suelo uniforme.

Una losa o carpeta de cimertación se hace de corcreto grueso y muy reforzado para que sirva como una zapata monolítica individual para varias columnas o un edificio completo. Las losas de cimentación se usan cuando la capacidad de carga permisible de un suelo de cimentación es baja en relación cor las cargas del edificio y las zapatas con columnas interiores se hacen tan grandes que resulta más económico fundirlas en una sola losa. Las losas de cimentación pueder rigidizarse mediante una parrilla de nervaduras, vigas o muros. 4.  5.
Una cimentación flotante, que se usa en suelo blando, tiene como zapata una losa que se coloca lo suficientemente profunda para que el peso del suelo excavado sea igual o mayor al peso de la construcción sustentada. 6.
Las zapatas aisladas son zapatas corridas individuales que sustentar columnas y pilas autoestables.7.
Una zapata continua es una zapata de corcreto reforzado que se prolonga para sustentar una fila de columnas. 8.
Una viga de nivelación es ura viga de concreto reforzado que sustenta un muro de carga a nivel del suelo y que transfiere la carga a zapatas, pilas o pilotes aislados. 9.

CIMENTACIONES POCO PROFUNDAS

La parte más inferior de una cimentación poco profunda son las zapatas corridas. Estas se prolongan en sentido lateral para distribuir su carga sobre un área de suelo que sea sufícientemente ancha. De esta forma la capacidad de carga permisible del suelo no es sobrepasada. El área de contacto reciuerida es igual al cociente de la magnitud de las fuerzas transmitidas entre la capacidad de carga permisible de la masa de suelo sustentante.


Cuando las zapatas para construcción ligera se apoyan en suelo no cohesivo estable y transmiten una carga continua de menos de 29 kN/m (2000 libras por pie lineal), pueden tener las siguientes dimensiones en la sección transversal.




Para minimizar los efectos de abultamiento del terreno cuando se congela y se expande el agua subterránea en clima frío, el reglamento de construcciones requiere que las zapatas se colociuen debajo del nivel de penetración de heladas ciue se espera en el sitio del edificio.

SISTEMAS DE APOYO DE EXCAVACIONES

Cuando el sitio del edificio es suficientemente grande como para que los lados de una excavación puedan abancarse como bermas o se les pueda dar un talud con un ángulo menor que el ángulo de reposo del suelo, no se requiere de una estructura de apoyo. Sin embargo, cuando los lados de una excavación profunda sobrepasan al ángulo de reposo del suelo, el terreno debe apuntalarse o entibarse temporalmente hasta que la construcción permanente esté en su lugar

Una tablaestaca consiste en planchas de madera, acero o concreto precolado hincadas en sentido vertical lado a lado para contener al terreno y evitar que el agua se filtre hacia la excavación. Las tablaestacas de acero y concreto precolado pueden dejarse en su lugar como parte de la subestructura de un edificio. 1.

Las vigas o los montantes de sujeción son perfiles H de acero hincados en el suelo en sentido vertical para sustentar al entablado horizontal. 2.

El entablado se refiere a los tablo¬ nes de madera alineados colateralmente para retener el frente de una excavación. 3.

SISTEMAS DE APOYO DE EXCAVACIONES

Se pueden usar brandales anclados en la roca o anclas en el suelo si el arriostramiento transversal o los puntales inclinados interfieren con la excavación o con la operación de construcción. Los brandales consisten en cables o tendones de acero que se insertan en orificios previamente barrenados a través de la tablaestaca y hasta la roca o hasta un estrato adecuado de suelo, lechadeado a presión para anclarlos en la roca o el suelo y postensionarlos con un gato hidráulico. Los brandales se anclan entonces en largueros de acero continuos y horizontales para mantener la tensión. 4.

La tablaestaca y las vigas de sujeción con el entablado se sustentan mediante largueros horizontales continuos. Estos largueros están apuntalados con arriostramiento transversal horizontal de acero o con puntales inclinados diagonales de acero; se apoyan en blocjues de talón o en zapatas. 5.

SISTEMAS DE APOYO DE EXCAVACIONES

Un muro de lechada es un muro de concreto colado en una trinchera para servir como tablaestaca y también como muro de cimentación permanente. Se construye excavando una trinchera en longitudes cortas. Esta trinchera se rellena con una lechada de bentonita y agua para evitar cjue las paredes laterales se colapsen; se coloca un refuerzo y se vacía concreto en la trinchera con un tubo-embudo para desplazar la lechada. 6.

El desaguado se refiere al proceso de abatir el nivel freático o de evitar que una excavación se llene con agua subterránea. se logra hincando tubos perforados llamados puntas coladoras, para recolectar el agua del área de modo que pueda desalojarse por bombeo. 7.

SISTEMAS DE APOYO DE EXCAVACIONES

RECALZO O RECIMENTACIÓN DE UN EDIFICIO

El recalzo o recimentación se refiere al proceso de reconstrucción o de refuerzo de la cimentación de un edificio existente, o a su ampliación, cuando una nueva excavación en la propiedad colindante es más profunda que la cimentación existente.

1. Para suministrar sustentación temporal mientras se repara, se refuerza o se profundiza la cimentación existente. se hacen pasar agujas verticales a través del muro de cimentación y se sustentan con gatos hidráulicosy puntales.



2. Otro método para suministrar sustentación temporal es excavar pozos intermitentes bajo la cimentación existente hasta el nivel de las nuevas zapatas. Después de colocar el nuevo muro de cimentación y las nuevas secciones de zapatas, se excavan pozos adicionales hasta c|ue el muro completo haya sido profundizado.



3. Una alternativa para ampliar un nuevo muro de cimentación y para colocar nuevas zapatas es construir pilotes o pilotes de tubó llenos de concreto en cada uno de los lados de la cimentación existente, retirar una sección del muro de cimentación y reemplazar la sección con un cabezal para pilote de concreto reforzado.


TIPOS DE SISTEMAS DE CIMENTACIÓN

Las cimertaciones utilizar ura combinación de muros de carga, columnas y pilas para transmitir las cargas del edificio directamente al terreno. Estos elementos estructurales pueden formar diferentes tipos de subestructuras;

• Los sótanos ubicados total o parcialmente debajo de la rasante requieren un muro de cimentación continuo para contener la tierra circundante y sustentar los muros exteriores, así como las columnas de la superestructura superior. 1.

• Los espacios de gateo (ductos o vías para arrastrarse) cercados por un muro de cimentación continuo o por pilas suministran espacio bajo un primer piso para la integración y el acceso a instalaciones mecánicas, eléctricas y de plomería. 2.

• Las losas niveladas de concreto apoyadas directamente en el terreno y engrosadas para sustentar las cargas de los muros y de las columnas forman un sistema económico de cimentación y piso para estructuras de uno y dos pisos en climas donde ocurre poco o ningún congelamiento del suelo. 3.
• Una retícula de pilas o postes independientes puede elevar la superestructura por arriba de la superficie del suelo. 4.



Se pueden clasificar los sistemas áe cimentación en dos amplias categorías -cimentaciones poco profundas y cimentaciores profundas.

Cimentaciones poco profundas

Las cimentaciones ensanchadas o cimentadores poco profundas se emplear cuando existe suelo estable, con adecuada capacidad de carga, relativamente cerca de la superficie del suelo. Se colocan directamente debajo de la parte inferior de una subestructura y transfieren las cargas del edificio directamente al suelo sustentante mediante presión vertical.

Cimentaciones profundas

Las cimentaciones profundas se emplean cuando el suelo que subyace a la cimentación es inestable o de una capacidad de carga inadecuada. Se prolongan a través del suelo inapropiado para transferir las cargas del edificio a un estrato resistente más apropiado de roca o de arenas y gravas densas ciue están bastante debajo de la superestructura.

Los factores c[ue se deben considerar al seleccionar y diseñar el tipo de sistema de cimentación para un edificio incluyen:

• el patrón y la magnitud de las cargas del edificio
• las condiciones subsuperficiales y del agua subterránea
• la topografía del sitio
• el impacto en las propiedades adyacentes
• los requerimiento6 del reglamento de construcciones
• el método y el riesgo en la construcción.

El diseño de un sistema de cimentación requiere de un análisis y un diserío profesionales por un ingeniero especializado en estructuras. Cuando se disePíe una construcción que no sea una habitación unifamiliar en suelo estable, también es aconsejable hacer que un ingeniero geotécnico lleve a cabo una investigación subsuperficial con objeto de determinar el tipo y el tamatío del sistema de cimentación que se requiere para el diseño del edificio.

SISTEMAS DE CIMENTACIÓN

La cimentación es la parte más baja de un edificio —su subestructura— construida total o parcialmente por debajo del suelo. La función primaria es sustentar y anclar la superestructura superior y transmitir sus cargas confiablemente a la tierra. Debido a cjue sirve como un enlace crítico en la distribución y resolución de las cargas del edificio, el sistema de cimentación debe estar diseñado tanto para acomodar la forma y la disposición de la superestructura superior como para responder a las condiciones variables de suelo, roca y agua inferiores.

Las cargas principales sobre una cimentación son la combinación de cargas vivas y muertas cjue actúan verticalmente sobre la superestructura. Además, un sistema de cimentación debe anclar la superestructura contra el deslizamiento, el volteo y el levantado inducidos por el viento, resistir los movimientos repentinos del suelo por sismo y resistir la presión impuesta por la masa circundante de suelo y del agua subterránea sobre los muros del sótano. En algunos casos, un sistema de cimentación también tiene cjue contrarrestar el empuje de las estructuras de arco o a tensión.



El asentamiento es el hundimiento gradual de una estructura a medida «[ue el suelo debajo de la cimentación se consolida bajo la carga. A medida que se construye un edificio, se espera algún asentamiento al aumentar la carga sobre el cimiento y causar una reducción del volumen de vacíos en el suelo que contienen aire o agua. Esta consolidación generalmente es pequeña y ocurre más bien rápidamente cuando se aplican cargas sobre suelos densos y granulares, como arena y grava gruesas. Cuando el suelo del cimiento es una arcilla cohesiva húmeda, que tiene una estructura tipo de escama y un porcentaje de vacíos relativamente grande, la consolidación puede ser muy grande y ocurre lentamente en tiempo prolongado.



Un sistema de cimentación apropiadamente diseñado y construido debe distribuir sus cargas de modo o?e cualquier asentamiento que ocurra sea mínimo o esté distribuido uniformemente bajo todas las partes de la estructura. Esto se logra diseñando y dimensionando los apoyos del cimiento de modo que transmitan una carga igual por unidad de área al suelo o roca sustentantes sin sobrepasar su capacidad de carga.



El asentamiento diferencial - el movimiento relativo de las diferentes partes de una estructura causado por la consolidación desigual del suelo de la cimentación - puede hacer que un edificio pierda la vertical y se presenten grietas en la cimentación, la estructura o los acabados. Si es muy grande, el asentamiento diferencial puede resultar en la falla de la integridad estructural del edificio.




JUNTAS Y CONEXIONES - ESTRUCTURAS

La manera en la cual las fuerzas se transfieren de un elemento estructural al siguiente y la forma en que un sistema estructural se comporta como un todo dependen en gran medida del tipo de juntas y de conexiones que se usen. Los elementos estructurales se pueden unir de tres mareras. Las juntas a tope permiten que uno de los elementos sea continuo y generalmente requieren un tercer elemento mediador para hacer la conexión. Las juntas traslapadas permiten que todos los elementos conectados se empalmen entre ellas y sean continuos a través de la junta. Los elementos de unión también pueden moldearse o conformarse para formar una conexión estructural.

Los conectores c[ue se usan para unir los elementos estructurales pueden tener la forma de un punto, una línea o una superficie. Aun cuando los tipos de conectores lineal y de superficie resisten la rotación, los conectores puntuales no lo hacen a no ser que una serie de ellos se distribuya a través de un área superficial grande.

Las uniones con pasadores teóricamente permiten la rotación, pero resisten la traslación en cualquier dirección. 1.
Las juntas rígidas o fijas conservan la relación angular entre los elementos unidos, restringen la rotación y la traslación en cualquier dirección y suministran resistencia tanto a la fuerza como al momento. 2. Las uniones con rodillos permiten la rotación, pero resisten la traslación en una dirección perpendicular hacia sus caras o alejándose de ellas. No se emplean en la construcción de edificios con tanta frecuencia como las conexiones con pasadores o fijas, pero son útiles cuando una junta debe permitir que ocurra la expansión y la contracción de un elemento estructural. 3.

Un ancla de cable permite la rotación, pero resiste la traslación solamente en la dirección del cable. 4.



ESTRUCTURAS - MEMBRANAS

Las membranas son superficies flexibles y delgadas que sustentan cargas principalmente a través del desarrollo de esfuerzos de tensión. Pueden ser suspendidas o extendidas entre postes, o ser sustentadas por la presión del aire.

Las estructuras en forma de toldo son estructuras de membrana cjue son presforzadas por fuerzas externamente aplicadas y c[ue se mantienen tensionadas por completo en todas las condiciones anticipadas de carga. Para evitar fuerzas de tensión demasiado altas, las estructuras de membrana deben tener curvaturas relativamente pronunciadas en direcciones opuestas.

Las estructuras neumáticas son estructuras de membrana que son puestas a tensión y estabilizadas contra cargas de viento y de nieve mediante la presión de aire comprimida. La membrana generalmente es una tela de material textil tejido o de fibra de vidrio recubierta con un material sintético, como el silicón. Las membranas translúcidas suministran iluminación natural, recogen la radiación solar en el invierno y enfrían el espacio interior por la noche. Las membranas reflectoras reducen la ganancia del calor del sol. Un forro de tela puede capturar un espacio de aire para mejorar la resistencia térmica de la estructura.

Existen dos clases de estructuras neumáticas: las estructuras sustentadas con aire y las estructuras infladas con aire.

• Las estructuras sustentadas con aire consisten en una membrana sencilla sustentada por una presión interna de aire ligeramente mayor que la presión atmosférica normal. La membrana está bien anclada y sellada a lo largo del perímetro para evitar las fugas. Se requieren esclusas de aire en las entradas para conservar la
presión interna del aire.

• Las estructuras infladas con aire son sustentadas con aire pnssurizado dentro de elementos de construcción inflados. Estos elementos están conformados para sustentar cargas de una manera tradicional, mientras c?ue el volumen confinado de aire para la edificación permanece a la presión atmosférica normal. La tendencia de una estructura de doble membrana a abultarse a la mitad se restringe mediante un anillo de compresión o mediante amarres o diafragmas internos.


La membrana y los cables de acerotransmiten las cargas externas a los mástiles y a las anclas en el suelo mediante fuerzas de tensión. 1.Los cables de refuerzo en las orillas rigidizan los bordes libres de una estructura de toldo. 2.


La membrana puede estar amarrada a los apoyos del mástil mediante un lazo de cable de refuerzo o estirarse sobre un cabezal de distribución. 3.Los mástiles están diseñados para resistir el pandeo bajo cargas de compresión. 4.


Algunas estructuras sustentadas con ains usan una red de cables que trabajan a tensión por la fuerza del inflado para evitar c[ue la membrana desarrolle su perfil inflado natural.

ESTRUCTURAS CON CABLES - CONSTRUCCIÓN

Las estructuras con cables utilizan el cable como el principal medio de apoyo. Debido a que los cables tienen una alta resistencia a la tensión, pero no ofrecen resistencia a la compresión o a la flexión, deben usarse solamente a tensión. Cuando se sujeta a cargas concentradas, la forma de un cable consiste en segmentos de línea recta. Bajo una carga uniformemente distribuida, adoptará la forma de un arco invertido.

• Una forma funicular es la que adopta un cable que se deforma libremente como respuesta directa a la magnitud y a la ubicación de fuerzas externas. Un cable siempre adapta su forma de modo que se encuentre en tensión pura bajo la acción de una carga aplicada. 1.

• Una catenaria es la curva adoptada por un cable uniforme perfectamente flexible suspendido libremente de dos puntos que no se encuentran en la misma línea vertical. Para una carga que está uniformemente distribuida en una proyección horizontal, la curva se aproxima a una parábola. 2.


ESTRUCTURAS CON CABLES - CONSTRUCCIÓN

Las estructuras suspendidas utilizan una red de cables suspendidos y presforzados entre miembros a compresión para sustentar directamente las cargas aplicadas.


• Las estructuras de curvatura simple utilizan una serie paralela de cables para sustentar vigas o placas que forman una superficie. Son susceptibles de vibrar inducidos por los efectos aerodinámicos del viento. Este riesgo puede reducirse aumentando la carga muerta en la estructura o anclando los cables primarios al suelo con contravientos transversales. 3.

• Las estructuras con cables dobles tienen conjuntos superiores e inferiores de cables de diferentes curvaturas, pretensionados por amarres o por puntales a compresión para hacer al sistema más rígido y resistente a la vibración. 4.

• Los contravientoe absorber la componente horizontal del empuje en una estructura suspendida o atirantada con cables y transfieren la fuerza a un cimiento. 5.

• El mástil es un miembro a compresión vertical o inclinado en una estructura suspendida o atirantada con cables, cjue sustenta la suma de las componentes de las fuerzas verticales en los cables primarios y en los contravientos. La inclinación del mástil permite recibir parte del empuje horizontal del cable y reduce la fuerza en los contravientos. 6.


ESTRUCTURAS CON CABLES - CONSTRUCCIÓN

• Las estructuras de doble curvatura consisten en un campo de cables cruzados de curvaturas diferentes y con frecuencia invertidas. Cada conjunto de cables tiene un periodo natural de vibración diferente, formando así un sistema autoamortiguado que es más resistente a la vibración.


ESTRUCTURAS CON CABLES - CONSTRUCCIÓN

• Las estructuras atirantadas con cables tienen mástiles verticales o inclinados desde los cuales se extienden los cables para sustentar miembros que cubren claros horizontales dispuestos según un patrón paralelo o radial.


ESTRUCTURAS - CASCARONOES

Los cascarones son estructuras de placa curva y delgada construidas de concreto reforzado. Están conformados para transmitir fuerzas aplicadas mediante esfuerzos de membrana — los esfuerzos de compresión, de tensión y cortantes que actúan en el plano de sus superficies. Un cascarón puede sustentar fuerzas relativamente grandes si se aplican uniformemente. Sin embargo, debido a su delgadez, un cascarón tiene poca resistencia a la flexión y no es adecuado para cargas concentradas.

• Las superficies de traslación se generan al recorrer una curva plana a lo largo de una línea recta o sobre otra curva plana. 1.

• Las superficies nsgladas se generan mediante el movimiento de una línea recta. Debido a su geometría de línea recta, una superficie nsglada generalmente es más fácil de formar y construir que una superficie de rotación o de traslación. 2.




• Las superficis de rotación se generan al girar una curva plana alrededor de un eje. Las superficies de domo esférico, elíptico y parabólico son ejemplos de superficie de rotación.

• Los cascarones de barril son estructuras de cascarón cilindrico Si la longitud de un cascarón de barril es tres o más veces su claro transversal, se comporta como una viga de gran peralte con una sección curva que cubre el claro en la dirección longitudinal. Si es relativamente corta, presenta un comportamiento del tipo de arco. Se requieren tirantes o marcos rígidos transversales para contrarrestar el empuje hacia fuera de la acción del arco. 3.
• Un paraboloide hiperbólico es una superficie generada al recorrer una parábola con la curvatura hacia abajo a lo largo de otra parábola con la curvatura hacia arriba, o al recorrer un segmento de línea recta con sus extremos sobre dos líneas sesgadas. Se le puede considerartanto una superficie de traslación como reglada. 4.
• Las superficies de silla de montar tienen curvatura hacia arriba en una dirección y curvatura hacia abajo en la dirección perpendicular. En una estructura de cascarón con superficie de silla de montar, las regiones con curvatura hacia abajo exhiben un comportamiento del tipo de anco, mientras que las regiones con curvatura hacia arriba se comportan como estructuras de cable. Si los bordes de la superficie no están apoyados, también puede estar presente un comportamiento de viga.

• Un hiperboloide de una hoja es una superficie reglada generada al recorrer un segmento inclinado de recta sobre dos círculos horizontales. Sus secciones verticales son hipérbolas. 5.

ESTRUCTURAS EN FORMA DE DOMOS

Un domo es una estructura con forma de superficie esférica que tiene una planta circular y que está construida de bloques apilados, de un material rígido continuo como el concreto reforzado, o de elementos lineales cortos, como en el caso de un domo geodésico. Un domo es similar a un arco que gira excepto que se desarrollan fuerzas cincunferenciales que son de compresión cerca de la corona y de tensión en la parte inferior

• Las fuerzas meridionales que actúan a lo largo de una sección vertical cortada en la su¬ perficie del domo siempre son de compresión bajo una carga vertical completa. 1.
• Las fuerzas tangenciales, que restringen el movimiento hacia fuera del plano de las franjas meridionales en el cascarón de un domo, son de compresión en la zona superior y de tensión en la zona inferior. 2.
• La transición de fuerzas tangenciales de compresión a fuerzas tangenciales de tensión ocurre a un ángulo de 46° a 60° con respecto al eje vertical. 3.

• Un anillo de tensión circunda la base de un domo para contenerá las componentes hacia fuera de las fuerzas meridionales. En un domo de concreto, este anillo se engrosa y se re¬ fuerza para manejar los esfuerzos por flexión causados por las deformaciones elásticas diferentes dsl anillo y del cascarón. 4.


• Los domos Schwedler son estructuras á& domo de acero que tienen miembros que siguen las líneas de latitud y longitud y un tercer conjunto de diagonales que completan la triangulación.



• Los domos de enrejado son estructuras de domo de acero que tienen miembros que siguen los círculos de la latitud y dos conjuntos de diagonales que forman una serie de triángulos isósceles.



• Los domos geodésicos son estructuras de domo de acero que tienen miembros que siguen tres conjuntos principales de círculos máximos quese intersecan a 60°, subdividiendo la superficie del domo en una serie de triángulos esféricos equiláteros.

ARCOS Y BÓVEDAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE EDIFICIOS

Las columnas, las vigas, las losas y los muros de carga son los elementos estructurales más comunes debido a la geometría rectilínea que son capaces de generar. Sin embargo, hay otros medios de cubrir claros y de cercar espacios. Generalmente, éstos son elementos con forma activa que, a través de su forma y su geometría, hacen un uso eficiente del material para las distancias cubiertas en los claros. Aun cuando están fuera del alcance de este libro, se describen brevemente en la siguiente sección.

Los arcos son estructuras curvas para cubrir el claro de un vano, disetíadas para sustentar una carga vertical principalmente por compresión axial, Transforman las fuerzas verticales de una carga sustentada en componentes inclinadas y las transmiten a los estribos en cada uno de los lados del vano arqueado.

• Los arcos de mampostería se construyen con piedras en forma de cutía o dovelas de ladrillo.

• Los arcos rígidos consisten en estructuras curvas y rígidas de madera, acero o concreto reforzado capaces de sustentar algunos esfuerzos flexionantes. 1.



•Para que se elimine la flexión en un arco, la línea de presiones debe coincidir con el eje del arco.

•El empuje de una estructura en arco sobre sus estribos es proporcional a la carga y claro totales, e inversamente proporcional a la altura.

Las bóvedas son estructuras en arco de piedra, ladrillo o concreto reforzado, que forman un cielo raso o techo sobre un salón, un cuarto u otro espacio total o parcialmente cercado. Debido a que una bóveda se comporta como un arco extendido en tercera dimensión, los muros de apoyo longitudinales deben tener estribos para contrarrestar los empujes hacia fuera de la acción del arco.

• Las bóvedas cilindricas tienen sección transversal semicircular. 2.
• Las bóvedas de aristas o de crucería son bóvedas compuestas formadas por la intersección perpendicular de dos bóvedas, que forman cantos vivos diagonales en arco denominados aristas de encuentro. 3.

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.