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ESTRUCTURAS Y TIPOS DE ESTRUCTURAS COMPARTE TIPOS DE ESTRUCTURAS

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Vamos a estudiar las estructuras, sus tipos de cargas y de esfuerzos, las condiciones que deben cumplir y los tipos que hay. No te pierdas el video de la parte de abajo muy interesante. Puedes estudiar el tema en ingles en el siguiente enlace: Structures.

¿Qué es una Estructura? "Una estructura es un conjunto de elementos unidos entre si, con la misión de soportar las fuerzas que actúan sobre ellos." Fijate en la imagen siguiente donde puedes ver algunos de los elementos de una estructura:

Puedes ver todas las partes de una estructura de un edificio en el siguiente enlace: Partes de Una Estructura Como vemos, las estructuras sirven para soportar fuerzas, por eso vamos a estudiar un poco las fuerzas. Fuerza: es todo aquello capaz de deformar un cuerpos (efecto estático) o de modificar su estado de reposo o movimiento (efecto dinámico). Las fuerzas que actúan sobre una estructura se llaman Cargas.

Las fuerzas se representan con una flecha (vector), donde la longitud del vector es la intensidad de la fuerza, la flecha la dirección y el principio del vector es el punto donde se aplica la fuerza. El peso es también una fuerza. Si quieres saber más sobre los vectores te

recomendamos

Tipos Las

este

de cargas

Cargas son

las

fuerzas

enlace: Vectores.

en que

las tienen

Estructuras que

soportar.

- Cargas Fijas: las que no varían sobre la estructura. Siempre tienen el mismo valor. Por ejemplo el propio peso de la estructura y el de los cuerpos que siempre están en la estructura. - Cargas Variables: las que pueden variar sobre la estructura con el paso del tiempo. Ejemplos: la fuerza del aire, el peso de la gente, la nieve, etc.

En

la

figura

anterior...

¿Qué

cargas

son

fijas

y

variables?.

- Cargas Fijas: peso de la estructura y el peso del deposito. -

Cargas

Variables:

Esfuerzos Lo

fuerza

del

viento

en

y

el

peso

las

primero.....¿Qué

es

del

agua.

Estructuras un

esfuerzo?.

Un esfuerzo es la fuerza interna que experimentan los elementos de una estructura cuando son sometidos a fuerzas externas. Los elementos de una estructura deben soportar estos esfuerzos sin romperse ni deformarse. Pongamos

un

ejemplo

para

que

quede

más

claro.

Cuando te tiras de un dedo de la mano hacia fuera (fuerza externa), notas una tensión en su interior que te causa cierta molestia. Pues bien los elementos de una estructura (una viga por ejemplo), cuando están sometidos a una fuerza externa, también soportan en su interior unas tensiones internas o esfuerzos que no somos capaces de verlos, pero están ahí, al igual que las del dedo de la mano. A estas tensiones internas es a lo que se le llama esfuerzos. Hay 5

tipos

de

esfuerzos diferentes.

- Esfuerzo de Tracción: Un elemento está sometido a un esfuerzo de tracción, cuando las fuerzas que actúan sobre él, tienden a estirarlo. Un ejemplo sería el cable de una grúa. Ojo tiende a estirarlo, pero un una estructura no debe conseguirlo nunca, por lo menos de forma visual (que se vea a simple vista). Esto debe pasar para todos los esfuerzos explicados a continuación. - Esfuerzo de Compresión: Un elemento está sometido a un esfuerzo de compresión, cuando las fuerzas que actúan sobre él, tienden a comprimirlo (juntarlo). Ejemplo las patas de una silla. - Esfuerzo de Flexión : Un elemento está sometido a un esfuerzo de flexión, cuando las fuerzas que actúan sobre él, tienden a curvarlo. Un ejemplo es la tabla de una mesa.

Estos 3 tipos de esfuerzos son lo principales, pero hay más. - Esfuerzo de Torsión: Un elemento está sometido a un esfuerzo de torsión, cuando las fuerzas que actúan sobre él, tienden a retorcerlo. Ejemplo: una llave abriendo una cerradura. - Esfuerzo de Cortadura: Un elemento está sometido a un esfuerzo de cortadura, cuando las fuerzas que actúan sobre él, tienden a cortarlo

o rasgarlo. Ejemplo: trampolín de una piscina en la parte de su unión con la torre.

Veamos todos los ejemplos en una estructura para un columpio:

Cuando queremos construir una estructura, esta, tiene que cumplir unas condiciones. Las 4 siguientes son obligatorias en todas las estructuras. Condiciones

de

las

Estructuras

1ª) que sea rígida: es decir que no se deforme o se deforma dentro de unos límites. Para conseguirlo se hace triangulando, es decir con forma de triangulo o con sus partes en forma de triangulo.

2ª) que sea estable: es decir que no vuelque cuando está sometida a fuerzas externas. Se puede conseguir haciendo más ancha la base, o colocando tirantes.

3ª) debe ser resistente: es decir que cada elemento de la estructura sea capaz de soportar el esfuerzo al que se va a ver sometido (que no rompa). El tamaño y la forma de cada elemento es lo que hará que soporten los esfuerzos. Para que aguanten más las vigas se construyen con perfiles (formas). 4º) debe ser los más ligera posible, así ahorraremos en material, tendrá menos cargas fijas y será más barata. Hay elementos que solo cambiando su forma son más ligeros y aguantan incluso más peso. La forma de las vigas se llama perfil. Aquí tienes algunos ejemplos de los perfiles de los diferentes tipos de vigas metálicas más comunes:

El perfil en H y en T son de los más usados, ya que con poco material aguantan grandes esfuerzos.

Tipos de Estructuras

Las más importantes desde el punto de vista de la tecnología son las estructuras entramadas, aunque hay más tipos de estructuras, como veremos a continuación. Estructuras

Entramadas

Son las estructuras que se utilizan en nuestros edificios de hoy en día. Están constituidas por barras de hormigón armado (hormigón con varillas de acero en su interior) o acero unidas entre si de manera rígida.

Las casas y edificios actuales son todos estructuras entramadas. En este tipo de estructuras es muy importante la construcción de pilares (elementos verticales) y vigas (elementos horizontales). Los pilares suelen hacerse de hormigón armado y se construyen en el mismo sitio donde se hace la estructura. Mira como se hace un pilar de hormigón armado:

Si quieres saber todos los pasos para la construcción de una estructura entramada te recomendamos este enlace: Partes Estructura de una Vivienda. Estructuras

Trianguladas

Están formadas por barras unidas entre sí en forma de triángulo. Por ejemplo las grúas de la construcción.

Estructuras

Colgantes

Se emplean cables de los que cuelgan parte de la estructura. Los cables se llaman tirantes y suelen tender a estirarse. Los tirantes llevan en sus extremos unos tensores para tensar el cable o destensarlo a la hora de colocarlo.

Estructuras

Laminadas

Están formadas por láminas. Un ejemplo son la carrocería de los coches, las carcasas de los televisores, de los móviles, etc. Estructuras

Masivas

Son estructuras que se construyen acumulando material, sin dejar apenas hueco entre él. Un ejemplo son las pirámides.

Estructuras

Abovedadas

Son estructuras que tienen arcos y bóvedas. Los arcos permiten aumentar los huecos en la estructura y las bóvedas son arcos uno a continuación del otro. Se usó mucho en iglesias, catedrales y puentes.

Aqui tienes un video muy interesante sobre las estructuras explicado de forma muy entretenida:

Una vez que hemos hecho un repaso a los conceptos básicos de las estructuras vamos a ver lo que has aprendido con unos ejercicios. Ejercicios 1ª)

4ª)

¿Qué

es

una

2ª)

¿Qué

es

3ª)

¿Qué

es

¿Qué

tipos

5ª)

de

cargas

¿Qué

estructura?

una

fuerza?

una tienen

es

las

una

carga? estructuras? esfuerzo?

6ª) Haz un dibujo con flechas que represente los tipos de esfuerzos a los que pueden estar sometidos los elementos de una estructura. 7ª) ¿Cuál son las 4 condiciones que debe cumplir una estructuras?. ¿Cómo se consiguen? 8ª)

Tipos

de

estructuras

y

un

ejemplo

de

cada

tipo.

En el siguiente enlace tienes más ejercicios: Ejercicios de Estructuras.

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© Se permite la total o parcial reproducción del contenido, siempre y cuando se reconozca y se enlace a este artículo como la fuente de información utilizada. ESTRUCTURAS I

INTRODUCCIÓN 1. ALGUNAS DEFINICIONES

 INGENIERIA “Es el arte de planificar el aprovechamiento de los recursos naturales, así como de proyectar, construir y operar los sistemas y las maquinas necesarias para llevar el plan a su termino.”

“Arte que trata sobre la aplicación de los materiales y de las fuerzas de los materiales. Instinto creador, flexible, independiente, logran objetivos, aprovecha cualquier hecho o teoría de la ciencia con tal de que contribuya a su arte.” 

ESTRUCTURA

“Entidad física de carácter unitario, concebida como una organización de cuerpos dispuestos en el espacio de modo que el concepto del todo domina la relación entre las partes”. Según esta definición vemos que una estructura en un ensamblaje de elementos que mantiene su forma y su unidad. Sus objetivos son: resistir cargas resultantes de su uso y de su peso propio y darle forma a un cuerpo, obra civil o maquina. Ejemplos de estructuras son: puentes, torres, edificios, estadios, techos, barcos, aviones, maquinarias, presas y hasta el cuerpo humano.

¿Qué es un sistema estructural? Es un ensamblaje de miembros o elementos independientes para conformar un cuerpo único y cuyo objetivo es darle solución (cargas y forma) a un problema civil determinado. La manera de ensamblaje y el tipo de miembro ensamblado definen el comportamiento final de la estructura y constituyen diferentes sistemas estructurales. En algunos casos los elementos no se distinguen como individuales sino que la estructura constituye en si un sistema continuo como es el caso de domos, losas continuas o macizas y muros, y se analizan siguiendo los conceptos y principios básicos de la mecánica. El sistema estructural constituye el soporte básico, el armazón o esqueleto de la estructura total y él transmite las fuerzas actuantes a sus apoyos de tal manera que se garantice seguridad, funcionalidad y economía. En una estructura se combinan y se juega con tres aspectos:  FORMA  MATERIALES Y DIMENSIONES DE ELEMENTOS  CARGAS los cuales determinan la funcionalidad, economía y estética de la solución propuesta. 

INGENIERÍA ESTRUCTURAL

“Es el arte de idealizar materiales a los cuales no se les conoce bien sus propiedades, para construir formas que no sabemos analizar, de tal manera que soporten

cargas que ignoramos y sin embargo se comporten satisfactoriamente (todo esto sin que la gente se de cuenta)” (autor desconocido). La misma cita es mencionada por Edgard L. Wilson (podructor del progama SAP2000) en su libro Three dimensinal static an dynamic analysis of structures: “STRUCTURAL ENGINEERING IS THE ART OF USING MATERIALS That have properties which can only be estimated TO BUILD REAL STRUCTURES That can only be approximately analyzed TO WITHSTAND FORCES That are not accurately known SO THAT OUR RESPONSIBILITY WITH RESPECT TO PUBLIC SAFETY IS SATISFIED”

Ingeniería estructural es la aplicación de los conocimientos de la Mecánica, ciencia que estudia las fuerzas y sus efectos, al arte de diseñar estructuras. En el análisis estructural conjugamos conocimientos de ciencias básicas aplicadas al arte de la ingeniería para encontrar fuerzas y deformaciones en una estructura. El ingeniero estructural se encarga del arreglo y dimensionamiento de las estructuras y sus partes, de tal manera que soporten satisfactoriamente las cargas colocadas sobre ellas. Pueden servir de ayuda a otros ingenieros en proyectos especiales.

El ingeniero por medio de los conocimientos, físicos y matemáticos, crea modelos, a los que aplica ecuaciones y puede por lo tanto planear, conocer y rectificar una estructura antes de ser construida. Aunque la ingeniería estructural no es una ciencia, ella posee un método propio. Este método nos permite analizar y diseñar estructuras de una manera estándar en cualquier parte del mundo. Solo unos pocos mas adelantados estarían innovando y creando nuevos métodos mas simplificados. 

Objetivo General

Identificar, estudiar alternativas, seleccionar, analizar y verificar resultados de la solución estructural a un problema ingenieril, teniendo presentes los criterios de funcionalidad, economía y seguridad. En el diseño estructural completo se distinguen dos etapas: análisis y diseño. 

Objetivo del Análisis

Determinar fuerzas internas (axiales, cortantes, momentos) y deformaciones de una estructura, sobre la base de: una forma dada de la estructura, del

tamaño y propiedades del material usado en los elementos y de las cargas aplicadas. 

Objetivo del Diseño

Selección de la forma, de los materiales y detallado (dimensiones, conexiones y refuerzo) de los componentes que conforman el sistema estructural. Ambas etapas son inseparables, parecería que se empieza por el diseño, ya que es en esta etapa donde se crea y luego se analiza, pero las cosas no terminan ahí, se requiere verificar que las fuerzas encontradas en el análisis, si son soportadas y resistidas con los materiales y dimensiones seleccionadas, por lo tanto volveríamos al diseño, es decir, el proceso es iterativo.

3. ETAPAS DE DESARROLLO DE UN PROYECTO    

 

Planeación: Se identifica el problema a solucionar y se presentan alternativas generales de solución Diseño preliminar: General Evaluación de alternativas: Diferentes sistemas estructurales, diferentes geometrías y diferentes materiales. Análisis: fuerzas y deformaciones  evaluación de cargas o fuerzas actuantes  modelación, real y abstracta  resolución del modelo: fuerzas internas, de conexiones o uniones. Diseño: detallado y dimensionamiento de los elementos para que resistan las fuerzas actuantes. Construcción: Llevar a cabo la materialización física de lo planeado

El ingeniero Estructural participa en todas las etapas pero es responsable directo de la evaluación de alternativas, el análisis y el diseño. (Ver numeral A.1.3 de las Normas Colombianas de diseño y construcción sismorresistente) 4. PRINCIPIOS DEL DISEÑO ESTRUCTURAL

SEGURIDAD, FUNCIONALIDAD Y ECONOMÍA Una estructura se diseña para que no falle durante su vida útil. Se reconoce que una estructura falla cuando deja de cumplir su función de manera adecuada. Las formas de falla pueden ser: falla de servicio o falla por rotura o inestabilidad. La falla de servicio es cuando la estructura sale de uso por deformaciones excesivas ya sean elásticas o permanentes. La falla por rotura (resistencia) o inestabilidad se da cuando hay movimiento o separación entre las partes de la estructura, ya sea por mal ensamblaje, malos apoyos o rompimiento del material. SEGURIDAD: La seguridad se determina controlando las deformaciones excesivas que obligan a que salga de servicio o el rompimiento o separación de alguna de sus partes o de todo el conjunto. Una de las condiciones de seguridad, la estabilidad, se puede comprobar por medio de las leyes de equilibrio de Newton. En el caso particular de fuerzas estáticas la ecuaciones generales del equilibrio son:

, las

cuales deben ser satisfechas por la estructura en general y por cada una de sus partes. El principio de acción y reacción es uno de los conceptos básicos de uso general en las estructuras, encontrar fuerzas actuantes y fuerzas resistentes hace parte del diario de la ingeniería estructural. Este principio dice: “para toda fuerza actuante debe haber algo que produzca una reacción que contrarreste el efecto o en otras palabras para una fuerza actuante existe una reacción de igual magnitud, dirección pero sentido contrario”. La condición de seguridad de resistencia a la rotura de los elementos que la componen y de las uniones entre estos, depende de las propiedades mecánicas de los materiales utilizados.

FUNCIONALIDAD: La estructura debe mantenerse en funcionamiento durante su vida útil para las cargas de solicitación. Un puente que presenta deformaciones excesivas daría la sensación de inseguridad y la gente dejaría de usarlo, en ese momento deja de ser funcional. ECONOMÍA: El aprovechamiento de los recursos determina un reto para el diseño estructural. En la economía se conjuga la creatividad del ingeniero con su conocimiento. 5.

TIPOS DE ESTRUCTURAS

Se reconocen dos tipos de estructuras: reticulares (frame) y estructuras tipo placa o cascaron (Shell). Estructuras reticulares: Se componen por barras rectas o curvas unidos en sus extremos por pasadores o soldadura. Placa o cascarón: Se construye de losas continuas curvas o planas con apoyos por lo general en forma continua en sus bordes.

Análisis de un edificio en estructura reticular de pórticos utilizando un programa comercial de análisis. Estructura deformada.

Análisis de una estructura con elementos placa o cascarón. En este caso están constituidos por los muros de la vivienda y se realiza por medio de elementos finitos. 6.

ELEMENTOS ESTRUCTURALES MAS COMUNES

6.1 Elemento tipo Cable: No posee rigidez para soportar esfuerzos de flexión, compresión o cortantes. Al someter a cargas a un cable este cambia su geometría de tal manera que las cargas son soportadas por esfuerzos de tracción a lo largo del elemento. Siempre encontraremos que cuando aplicamos una fuerza el cable tendrá otra geometría.

Un cable bajo su propio peso adquiere la forma del diagrama de momentos de tal manera que al encontrar las fuerzas internas en cualquiera de sus puntos el valor del momento sea cero y solo presente componente de tracción.

Un cable bajo carga puntual se deforma de tal manera que el momento interno en todo el tramo sea igual a cero. Los cables no tienen rigidez a flexión. Es un elemento con poca I (inercia) y poca A transversal (área) pero con una gran resistencia a la tracción.

6.2 Elemento tipo Columna: Es un elemento con dos dimensiones pequeñas comparadas con la tercera dimensión. Las cargas principales actúan paralelas al eje del elemento y por lo tanto trabaja principalmente a compresión. También puede verse sometido a esfuerzos combinados de compresión y flexión.

6.3 Elemento tipo viga: Es un elemento que tiene dos de sus dimensiones mucho menores que la otra y recibe cargas en el sentido perpendicular a la dimensión mayor. Estas características geométricas y de carga hacen que el elemento principalmente esté sometido a esfuerzos internos de flexión y de cortante. Es un elemento que debe tener la suficiente I (inercia transversal) y A (área transversal) para soportar estos tipos de esfuerzos. Recordemos que los esfuerzos de flexión dependen directamente de la inercia de la sección ( ) y los de cortante indirectamente del área ( primer momento del área).

donde Q , es el

6.4 Elementos tipo Arco: Se comporta o es similar a un cable invertido aunque posee rigidez y resistencia a flexión. Esta característica lo hace conservar su forma ante cargas distribuidas y puntuales. Debido a su forma los esfuerzos de compresión son mucho mas significativos que los de flexión y corte.

Sus esfuerzos principales son compresión y esto permite que su sección transversal sea pequeña relacionada con la luz o claro entre sus apoyos. En el caso de cargas asimétricas el esfuerzo de flexión empieza a ser notable y el arco debe tornarse mas grueso.

6.5 Elementos tipo Cercha: Es un elemento cuya área transversal es pequeña comparada con su longitud y está sometido a cargas netamente axiales aplicadas en sus extremos. Por su geometría y tipo de cargas actuantes soporta solamente fuerzas de tracción y de compresión. Su comportamiento netamente axial exige que sus conexiones a otros elementos o soportes sean rotulas sin rozamiento. Sin embargo en la practica se construyen uniones rígidas que obligan a mantener la geometría de la

sección y la posición de los nudos. Esto hace que las pequeñas deformaciones de alargamiento o acortamiento de los elementos por sus tensiones axiales, no se disipen en deformaciones de los nudos y producen entonces esfuerzos de flexión en los elementos. Estos esfuerzos de flexión son muy pequeños comparados con sus grandes fuerzas axiales y no se tienen en cuenta en su análisis y diseño. 6.6 Elementos tipo cascaron: Pueden ser flexibles, en este caso se denominan membranas, o rígidos y se denominan placas. Membrana: no soporta esfuerzos de flexión, es como si fueran cables pegados. Trabaja por tracción netamente

Cascaron o placa: tiene rigidez a flexión es decir trabaja principalmente por compresión, pero se asocia con esfuerzos cortantes y flectores mínimos.

6.7 Elementos tipo muro: Estos elementos se caracterizan por tener dos de sus dimensiones mucho mas grandes que la tercera dimensión y porque las cargas actuantes son paralelas a las dimensiones grandes. Debido a estas condiciones de geometría y carga, el elemento trabaja principalmente a cortante por fuerzas en su propio plano. Adicionalmente a esta gran rigidez a corte los muros también son aptos para soportar cargas axiales siempre y cuando no se pandeen.

7. PRINCIPALES SISTEMAS ESTRUCTURALES Cerchas Armaduras planas y espaciales Marcos o pórticos planos y espaciales Sistemas combinados o duales Sistemas de muros Sistemas de piso Sistemas continuos CERCHAS: Este sistema combina elementos tipo cercha donde la disposición de los elementos determina la estabilidad. Pueden ser planas y espaciales

ARMADURAS: En este sistema se combinan elementos tipo cercha con elementos tipo viga o columna unidos por articulaciones.

MARCOS O PÓRTICOS: Este sistema conjuga elementos tipo viga y columna. Su estabilidad está determinada por la capacidad de soportar momentos en sus uniones. Pueden ser planos y espaciales

SISTEMAS DE PISOS: Consiste en una estructura plana conformada por la unión varios elementos (cáscara, viga, cercha) de tal manera que soporte cargas perpendiculares a su plano. Se clasifican por la forma en que transmiten la carga a los apoyos en bidireccionales y unidireccionales.

SISTEMAS DE MUROS: Es un sistema construido por la unión de muros en direcciones perpendiculares y presenta gran rigidez lateral. Este sistema es uno de los mas usados en edificaciones en zonas sísmicas.

DOMOS, CILOS Y TANQUES

SISTEMAS COMBINADOS PARA EDIFICACIONES: Se aprovechan las cualidades estructurales de los elementos tipo muro con las cualidades

arquitectónicas de los sistemas de pórticos. Las características de rigidez lateral también se pueden lograr por medio de riostras que trabajan como elementos tipo cercha.( ver figura).

SISTEMAS MASIVOS: Presas o elementos en 3 dimensiones 8. MATERIALES

El tipo de material usado en la estructura define la resistencia, la flexibilidad, la durabilidad y muchas otras características de la estructura. Entre los materiales mas comunes están el hormigón, acero, madera, piedra, unidades de arcilla cocida, plástico, etc. Como se mencionaba al principio en la definición de ingeniería estructural, el avance en el conocimiento de las propiedades de los materiales nos permite que nuestro análisis se acerque mas a la realidad. Es parte de nuestra labor seleccionar adecuadamente los materiales para lograr que nuestra estructura sea segura, económica y factible. Tengamos en cuenta que el seleccionar presupone un buen conocimiento de las propiedades mecánicas del material elegido. 9. PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN

La respuesta de una estructura debida a un numero de cargas aplicadas simultáneamente es la suma de las respuestas de las cargas individuales, aplicando por separado cada una de ellas a la estructura; siempre y cuando para

todas las cargas aplicadas y para la suma total de ellas los desplazamientos y esfuerzos sean proporcionales a ellas. Esto implica que para aplicar el principio de superposición necesitamos trabajar con materiales elásticos, que cumplan la ley de Hooke. Si la estructura a analizar cumple con estos requisitos podemos usar la teoría elástica en su estudio. ¿Qué otras teorías existen para analizar estructuras que no cumplan con una relación lineal de esfuerzos desplazamientos?

Gráfica fuerza vs deformación para un elemento constituido con un material perfectamente elástico

Cuando se habla de respuesta se refiere a los desplazamientos y a las fuerzas internas. Por el principio de superposición podemos expresar los efectos totales como la suma de efectos de cargas parciales:

10. MODELADO DE LA ESTRUCTURA

El modelado es la abstracción de lo real al papel de tal manera que me permita analizarlo y diseñarlo. En el modelado se debe tener bastante cuidado para que la representación del sistema sea lo mas parecido a la realidad; la ubicación y determinación de los apoyos, la selección del tipo de elemento, la combinación de estos y sus uniones juegan un papel primordial en esta etapa. En este curso trabajaremos principalmente con estructuras reticulares, aquellas cuyos elementos tienen una de sus dimensiones mucho mas grande que las otras dos. El modelado de este tipo de estructuras se hace por medio de líneas que representan el eje centroidal de la sección de los elementos.

Diagrama de líneas que representa la estructura.

10.1 TIPOS DE APOYOS Y CONEXIONES

Parte del modelado van en la representación de los soportes o apoyos, estos nos proporcionan estabilidad impidiendo el movimiento.

Los tipos de apoyo se clasifican por la cantidad de grados de libertad que restrinjan. Van desde los más simples que restringen un solo grado de libertad hasta los más complejos que restrinjan seis grados de libertad en el espacio. Los más simples son rodillos, superficies lisas, uniones con cables, apoyos basculantes, etc. Al segundo tipo, aquellos que restringen dos grados de libertad, pertenecen las articulaciones, las superficies rugosas, las rotulas, etc. Al tercer tipo y último en estructuras planas pertenecen los empotramientos.

APOYOS ELÁSTICOS

Se considera como un resorte donde la fuerza de reacción es proporcional a la deformación lineal o angular del apoyo. Entre estos tipos podemos considerar las zapatas sobre un lecho elástico constituido por el suelo de fundación. FOTOS SOBRE TIPOS DE APOYOS O CONEXIONES ENTRE ELEMENTOS CONEXIÓN ARTICULADA

ARTICULACIÓN PLANA. PERMITE ROTACIÓN EN UN SOLO SENTIDO.

ARTICULACIÓN EN EL ESPACIO. PERMITE ROTACIÓN COMPLETA. INGENIERÍA ESTRUCTURAL INGENIERÍA ESTRUCTURAL La ingeniería estructural es una rama clásica de la ingeniería civil que se ocupa del diseño y cálculo de la parte estructural en las edificaciones y demás obras. Su finalidad es la de conseguir estructuras funcionales que resulten adecuadas desde el punto de vista de la resistencia de materiales. En un sentido práctico, la ingeniería estructural es la aplicación de la mecánica de medios continuos para el diseño de elementos y sistemas estructurales tales como edificios, puentes, muros (incluyendo muros de contención), presas, túneles, etc.

Burj Dubai, el edificio más alto del mundo, en Dubái.

Introducción Los ingenieros estructurales se aseguran que sus diseños satisfagan un estándar para alcanzar objetivos establecidos de seguridad (por ejemplo, que la estructura no se derrumbe sin dar ningún aviso previo) o de nivel de servicio (por ejemplo, que la vibración en un edificio no moleste a sus ocupantes). Adicionalmente, son responsables por hacer uso eficiente del dinero y materiales necesarios para obtener estos objetivos. Algunos ejemplos simples de ingeniería estructural lo constituyen las vigas rectas simples, las columnas o pisos de edificios nuevos, incluyendo el cálculo de cargas (o fuerzas) en cada miembro y la capacidad de varios materiales de construcción tales como acero, madera u hormigón. Ejemplos más elaborados de ingeniería estructural lo constituyen estructuras más complejas, tales como puentes o edificios de varios pisos incluyendo rascacielos.

Principios estructurales Debe entenderse como una carga estructural aquella que debe ser incluida en el cálculo de los elementos mecánicos (fuerzas, momentos, deformaciones, desplazamientos) de la estructura como sistema y/o de los elementos que la componen. Las cargas estructurales son generalmente clasificadas como: cargas muertas que actúan de forma continua y sin cambios significativos, pertenecen a este grupo el peso propio de la estructura, empujes de líquidos (como en un dique) o sólidos (como el suelo en un muro de contención), tensores (como en puentes), presfuerzo, asientos permanentes; cargas vivas que son aquellas que varían su intensidad con el tiempo por uso o exposición de la estructura, tales como el tránsito en puentes, cambios de temperatura, maquinaria (como una prensa), acumulación de nieve o granizo, etcétera; cargas accidentales que tienen su

origen en acciones externas al uso de la estructura y cuya manifestación es de corta duración como lo son los eventos sísmicos o ráfagas de viento. Algunos principios básicos del cálculo estructural son: 

Aleatoriedad e incertidumbre, sobre el valor de las cargas actuantes, por lo que estas deben ser tratadas como variables aleatorias por lo que un cálculo estructural seguro incluye determinar valores estadísticos asociados a la densidad de probabilidad de cada carga. Así se define el valor característico de una carga F de efecto desfavorable como el valor tal que:

Para los cálculos se define el valor de dimensionado o valor de cálculo que es un valor mayorado calculado a partir del valor característico y los correspondientes coeficientes de seguridad como:





Donde es el coeficiente de mayoración de fuerzas. Método de los estados límites, muchas instrucciones técnicas y métodos recomendados usan este método consistente en identificar un conjunto de situaciones potencialmente peligrosas para la estructura, cuando el valor de cierta magnitud supera un cierto umbral. El cálculo estructural consiste en identificar un conjunto de magnitudes relevantes y comprobar que para todas ellas se cumple que:

Donde es valor de cálculo previsto o "valor demando" con una probabilidad alta a lo largo de la vida útil de la estructura; y es el valor último (o capacidad máxima) que es capaz de proporcionar la estructura por sus características. Si el valor de cálculo previsto no supera en ningún caso la capacidad potencial de la estructura, se juzga que la estructura mantendrá la integridad estructural y será segura para su uso establecido. Hipótesis de carga, dadas las incertidumbres existentes sobre una estructura, y las diferentes condiciones en que puede trabajar, no resulta posible determinar mediante un único cálculo o combinación de cargas el efecto general de las cargas. Por esa razón la mayoría de instrucciones técnicas establecen diferentes combinaciones de carga, que en su conjunto reproducen situaciones cualitativamente diferentes que pueden ocurrir durante la vida útil de una estructura.

Elemento Estructural Elemento estructural es cada una de las partes diferenciadas aunque vinculadas en que puede ser dividida una estructura a efectos de su diseño. El diseño y comprobación de estos elementos se hace de acuerdo con los principios de la ingeniería estructural y la resistencia de materiales.

Clasificación de los Elementos 

Dimensionalidad del elemento, según puedan ser modelizados como elementos unidimensionales (vigas, arcos, pilares, ...), bidimensionales (placas, láminas, membranas) o tridimensionales.



Forma geométrica y/o posición, la forma geométrica concreta afecta a los detalles del



modelo estructural usado, así si la pieza es recta como una viga o curva como un arco, el modelo debe incorporar estas diferencias, también la posición u orientación afecta al tipo de estado tensional que tenga el elemento. Estado tensional y/o solicitaciones predominantes, los tipos de esfuerzos predominantes pueden ser tracción (membranas y cables), compresión (pilares), flexión (vigas, arcos, placas, láminas) o torsión (ejes de transmisión, etc.). Unidimensionales

Solicitaciones predominantes

Bidimensionales

rectos

curvos

planos

curvos

Flexión

viga recta, dintel, arquitrabe

viga balcón, arco

placa, losa, forjado, muro de contención

lámina, cúpul a

Tracción

cable tensado

catenaria

Compresión

pilar

membrana elástica

muro de carga

Elementos lineales 

Verticales, comprimidos y rectos: Columna (sección circular) o pilares (sección



poligonal), pilote (cimentación). Horizontales, flexionados y rectos: viga o arquitrabe, dintel, zapata corrida para



cimentación, correa de sustentación de cubierta. Diagonales y rectos: Barras de arriostramiento de cruces de San Andrés, barras



diagonales de una celosía o entramado triangulado, en este caso los esfuerzos pueden ser de flexión tracción dominante o compresión dominante. Flexionados y curvos, que corresponden a arcos continuos cuando los esfuerzos se dan según el plano de curvatura o a vigas balcón cuando los esfuerzos son perpendiculares al plano de curvatura.

Elementos bidimensionales

 

Horizontales, flexionados y planos, como los forjados, las losas de cimentación, y las plateas o marquesinas. Verticales, flexionados y planos, como los muros de contención.

  

Verticales, comprimidos y planos, como los muros de carga, paredes o tabiques. Flexionados y curvos, como lo son las láminas de revolución, como los depósitos cilíndricos para líquidos. Traccionados y curvos son las membranas elásticas como las paredes de depósitos con fluidos a presión.

Elementos tridimensionales  

Las ménsulas de sustentación Las zapatas que presentan compresiones según direcciones cerca de la vertical al pilar que sustentan y tracciones en direcciones cerca de la horizontal.

Diseño de elementos estructurales   



Criterio de resistencia, consistente en comprobar que las tensiones máximas no superen ciertas tensiones admisibles para el material del que está hecho el elemento. Criterio de rigidez, consistente en que bajo la acción de las fuerzas aplicadas las deformaciones o desplazamientos máximo obtenidos no superan ciertos límites admisibles. Criterios de estabilidad, consistente en comprobar que desviaciones de las fuerzas reales sobre las cargas previstas no ocasionan efectos autoamplificados que puedan producir pérdida de equilibrio mecánico o inestabilidad elástica. Criterios de funcionalidad, que consiste en un conjunto de condiciones auxiliares relacionadas con los requisitos y solicitaciones que pueden aparecer durante la vida útil o uso del elemento estructural. Resistencia Para comprobar la adecuada resistencia de un elemento estructural, es necesario calcular la tensión (fuerza por unidad de área) que se da en un elemento estructural bajo la acción de las fuerzas solicitantes. Dada una determinada combinación o distribución de fuerzas, el valor de las tensiones es proporcional al valor de la fuerza actuante y del tipo de elemento estructural. En los elementos lineales el vector tensión en cada punto se puede expresar en función de las componentes intrínsecas de tensión y los vectores tangente, normal y binormal:

Y las dos tensiones principales que caracterizan el estado de tensión de una viga recta vienen dados por:

Y a partir de ahí pueden calcularse los parámetros de la teorías de fallo adecuada según el material que forma el elemento estructural. En elementos bidimensionales que se pueden modelizar

aproximadamente por la hipótesis cinemáticade Love-Kirchhoff, que juega un papel análogo a la teoría de Navier-Bernouilli para vigas, los vectores de tensiones según planos perpendiculares a las líneas de curvatura vienen dado en términos de los vectores tangente a las líneas de curvatura y el vector normal a al elemento bidimensional mediante:

Rigidez La rigidez de un elemento estructural es un tensor que vincula el tensor de las fuerzas aplicadas con las coordenadas de las deformaciones o desplazamientos unitarios. En un elemento estructural existe un conjunto de parámetros de rigidez que relaciona las fuerzas que se producen al aplicar un desplazamiento unitario en particular. Las coordenadas de desplazamiento necesarias y suficientes para determinar toda la configuración deformada de un elemento se llaman grados de libertad. En un material de comportamiento elástico las fuerzas se correlacionan con las deformaciones mediante ecuaciones de líneas rectas que pasan por el origen cartesiano cuyas pendientes son los llamados módulos de elasticidad. El concepto de rigidez más simple es el de rigidez axial que quedó formulado en la ley de Hooke. La pendiente que correlaciona el esfuerzo axial con la deformación unitaria axial se denomina módulo de Young. En un material isotrópico la pendiente que correlaciona el esfuerzo axial con la deformación unitaria lateral se denomina coeficiente de Poisson. El número mínimo de coordenadas de desplazamiento que se necesita para describir la configuración deformada de un cuerpo se denomina número de grados de libertad. La llamada ley de Hooke puede hacerse extensiva para correlacionar de manera matricial la rigidez con los grados de libertad y expresar así la configuración deformada del elemento o cuerpo bajo estudio. El concepto de rigidez puede hacerse extensivo a los estudios de estabilidad en que se indaga la rigidez "detrimental" que ofrece la geometría del elemento. Inestabilidad elástica La inestabilidad elástica es un fenómeno de no linealidad que afecta a elementos estructurales razonablemente esbeltos, cuando se hallan sometidos a esfuerzos de compresión combinados con flexión o torsión. Estados Límite El método de los estados límites es un método usado en diversas instrucciones y normas de cálculo (Eurocódigos, CTE, EHE, etc) consistentes en considerar un conjunto de solicitaciones o situaciones potencialmente riesgosas y comprobar que el efecto de las fuerzas y solicitaciones actuantes sobre el elemento estructural no exceden de las respuestas máximas asumibles por parte del elemento. Algunos de los Estados Límites típicos son:

Estados Límite Últimos (ELU)

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ELU de agotamiento por solicitación normal (flexión, tracción, compresión)

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ELU de agotamiento por solicitación tangente (cortadura, torsión).

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ELU de inestabilidad elástica (Pandeo, etc.)

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ELU de equilibrio. Estados Límite de Servicio (ELS)

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ELU de deformación excesiva.

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ELU de vibración excesiva.

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ELU de durabilidad (oxidación, fisuración, etc.)

Partes: 1, 2 1.

Resumen ejecutivo

2.

Introducción

3.

Marco teórico

4.

Proyectos más importantes

5.

Retos

6.

Conclusiones

7.

Referencias bibliográficas

Resumen ejecutivo En este trabajo de investigación, como tema elegido la ingeniería civil especializada en estructuras, se explicara un pequeño concepto de este tema. Se conoce como Ingeniería Estructural el área o disciplina de la ingeniería que incluye el conjunto de conocimientos científico-técnicos necesarios en las fases del proceso de concepción, diseño y fabricación de los sistemas estructurales que son necesarios para soportar las actividades humanas.

Por consiguiente, se nombraran y explicaran detalladamente, proyectos estructurales que ayudan a la población, a vivir cómodamente y sin correr riesgos, tales como: El burj khalifa: Fue construida en el país de emiratos árabes, Dubái. Considerado un salto sobresaliente en la ingeniería estructural, y el rascacielos más alto del mundo jamás construido por la humanidad. Mega planta en pucusana: Una obra que se realiza en nuestro país, específicamente en Lima, pucusana. Esta obra será utilizada, para la industria en producción de gaseosas, y consta de más de 669,000 m2. City center quimera: Se lleva a cabo en la ciudad de Arequipa, es una construcción inmobiliaria y que contara con un hotel 5 estrellas, entidades financieras y de seguros, oficinas especializadas, restaurantes y cafés Club empresarial, centro de estudio de posgrado, casino, spa y comercios, tiendas vitrina, 600 estacionamientos entre otros. Puente chilina: El Puente Chilina es uno de los puentes más largo del País con una longitud de 562 metros. Además para su construcción se ha utilizado nuevas materiales y técnicas en su asfalto.

Introducción El termino ingeniería estructural se aplica a la especialidad de la ingeniería civil que permite el planeamiento y el diseño de las partes que forman el esqueleto resistente de las edificaciones más tradicionales como edificios urbanos, construcciones industriales, puente, estructuras de desarrollo hidráulico y otras. El esqueleto estructural forma un sistema integrado de partes, denominadas elementos estructurales: vigas, columnas, losas, zapatas de cimentación y otros. A menudo se requiere resolver problemas de elevada complejidad que se resuelven mediante técnicas de elementos finitos que obligan a penetrar en el cálculo diferencial e integral de diversas variables, temas de álgebra lineal, ecuaciones diferenciales y métodos numéricos. Aunque puede parecer que está más directamente asociada con la ingeniería civil, tiene una fuerte relación con todas aquellas especialidades de ingeniería que requieren un sistema estructural o componente para alcanzar sus objetivos. Son ejemplos de proyectos que requieren el uso de los métodos y técnicas de la ingeniería estructural los proyectos de estructuras de vehículos, componentes de máquinas, estructuras civiles, plantas industriales, medios de transporte, almacenamientos de gases o de líquidos, mecanismos de transmisión, estaciones de generación de potencia, plantas de tratamiento de aguas, naves y plantas industriales, etc. La evolución de la Ingeniería Estructural está asociada a la evolución de la Mecánica de Materiales y del Análisis Estructural, al desarrollo de técnicas computacionales, a la introducción de nuevos materiales constructivos, a la creación de nuevas formas estructurales y al desarrollo de las técnicas constructivas. La actividad profesional del ingeniero estructural se inicia con un bosquejo arquitectónico de la futura edificación, en el cual se comienzan a definir las dimensiones generales tanto en planta como en alzado. Compara las alternativas referentes al material básico de construcción: la conveniencia de usar concreto reforzado o pre esforzado, acero, madera, mampostería confinada o reforzada, aluminio u otras posibilidades más recientes. Asimismo define previamente las dimensiones longitudinales y transversales de los elementos estructurales. En la ingeniería estructural de las obras urbanas, el trabajo entre arquitectos e ingenieros resulta a menudo inseparable. Definidas las características geométricas preliminares se pasa al proceso de predimensionamiento de los elementos estructurales: dimensiones de las vigas y columnas, características de la cimentación, definición de escaleras, muros de contención, posición de ductos de aire acondicionado. Luego se evalúa las cargas que soportara la edificación: cargas muertas que son cargas que no varían dentro de la estructura ni a lo largo del tiempo; cargas vivas que varían en espacio o en el tiempo, por el ejemplo, el peso de los ocupantes y los muebles. El ingeniero a cargo debe analizar las fuerzas de reacción y deformaciones que del esqueleto resistente debido a las cargas. Para esto muchos ingenieros. Muchos ingenieros disponen de programas computarizados en sus oficinas para la solución de los problemas corrientes.

Marco teórico ESTRUCTURAS Todos los cuerpos poseen algún tipo de estructura. Las estructuras se encuentran en la naturaleza y comprenden desde las conchas de los moluscos hasta los edificios, pero el ser humano ha sabido construir las suyas para resolver sus necesidades. Pero… ¿Qué tienen todas en común tantas cosas distintas para ser todas estructuras? 1. Están compuestos por elementos simples unidos entre sí 2. Resisten las fuerzas a las que está sometido sin destruirse

3. Todas conservan su forma básica. Por eso, podemos dar una definición de estructuras Una estructura es un conjunto de elemento unidos entre sí capaces de soportar las fuerzas que actúan sobre ella, con el objeto de conservar su forma, un ejemplo notable de estructuras en la siguiente foto:

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Imagen 1: Puente Lupu, China. Las fuerzas que actúan sobre una estructura se denominan cargas y pueden ser de dos tipos: Fijas como el peso propio de un puente, que siempre actúa sobre los cuerpos; o variables, como el viento que no siempre actúa sobre los objetos. Las estructuras pueden ser naturales (creadas por la naturaleza como el esqueleto, las cuevas, los barrancos, etc.) o artificiales (creadas por el hombre como las viviendas, los vehículos, las carreteras, los aviones, etc.). FUNCIONES DE LAS ESTRUCTURAS. ¿Qué condiciones debe cumplir una estructura para que funcione bien? 1. – Soportar cargas. Es la principal función de toda estructura ya que las fuerzas o cargas siempre están presentes en la naturaleza: la gravedad, el viento, el oleaje, etc. 2. – Mantener la forma. Es fundamental que las estructuras no se deformen, ya que si esto ocurriese, los cuerpos podrían romperse. Es lo que ocurre cuando los esfuerzos son muy grandes. Por ejemplo, en un accidente de coche, la carrocería siempre se deforma o araña dependiendo de la gravedad del impacto. 3. – Proteger partes delicadas. Una estructura debe proteger las partes delicadas de los objetos que los poseen. Por ejemplo, el esqueleto protege nuestros órganos internos, la carcasa de un ordenador protege el microprocesador, las tarjetas, etc. Pero hay estructuras que no tienen partes internas que proteger, como los puentes o las grúas. 4. - Ligeras: Las estructuras deben ser lo más ligeras posibles. Si la estructura fuese muy pesada, podría venirse abajo y, además se derrocharían muchos materiales. 5. - Estable: La estructura no puede volcar o caerse aunque reciba diferentes cargas. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA Las estructuras pueden ser masivas como una cueva o una presa. Pero lo normal es que estén formadas por partes, de manera que se forman por la unión de diferentes clases de elementos estructurales debidamente colocadas. De esta forma se construyen puentes, edificios, naves industriales, etc. Los principales elementos estructurales, llamados elementos estructurales simples o elementos resistentes, son: 1. Forjado: Es el suelo y el techo de los edificios. Son tejidos de metales muy resistentes, a continuación se muestra un modelo: Imagen 2: Modelo de forjado en construcciones.

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2. Pilares: Son los elementos verticales de una estructura y se encargan de soportar el peso de toda la estructura. Por ejemplo las patas de la mesa, las de la silla (que como ves no son exactamente horizontales), los travesaños verticales del marco de la ventana, etc. En un edificio, los pilares soportan el forjado que tienen justo encima, además del peso del resto del edificio. Si los pilares son redondos, se llaman columnas. Aquí se muestran algunos tipos de columnas: Imagen 3: Variación o tipos de pilares.

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3. Vigas: Son elementos estructurales que normalmente se colocan en posición horizontal, que se apoyan sobre los pilares, destinados a soportar cargas. En un edificio forman parte del forjado. Ejemplos de vigas son, los rieles de las cortinas, los travesaños horizontales de debajo del tablero en el pupitre o en la silla, el marco de la ventana o de la puerta, etc. Véase a continuación dos tipos de columnas: Imagen 4: Vigas metálicas.

Imagen 5: Vigas de concreto.

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4. Dintel: Viga maciza que se apoya horizontalmente sobre dos soportes verticales y que cierra huecos tales como ventanas y puertas, para mayor información, se ve las siguientes imágenes: Imagen 6: El dintel en la construcción.

Imagen 7: Esbozo de un dintel.

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5. Tirantes: Con objeto de dar rigidez a las estructuras se dispone de unos elementos simples que se colocan entre las vigas y los pilares. Por ejemplo las tijeras de los andamios (oblicuas), esa barra horizontal donde apoyas los pies en el pupitre, etc. Un ejemplo de tirantes tenemos: Imagen 8: Uso de tirantes en un puente.

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6. Tensores: Su misión es parecida a la de los tirantes pero éstos son normalmente cables, como los cables que sostienen la barra de gimnasia, o sujetan una tienda de camping, etc. 7. Arco: es el elemento estructural, de forma curvada, que salva el espacio entre dos pilares o muros. Es muy útil para salvar espacios relativamente grandes, como se muestra en la siguiente foto: Imagen 9: Construcción de un arco, en un puente.

8. Cerchas que son un caso especial de vigas formada por un conjunto de barras formando una estructura triangular. Se usan normalmente en los techos de las naves industriales. Es decir, es una estructura triangular construida con barras de acero o madera que forman tejados 9. Los perfiles: son todas aquellas barras de acero que tienen una forma especial. se emplean para conseguir estructuras más ligeras que soportan grandes pesos con poca cantidad de material. El nombre del perfil viene dado por la forma de la superficie lateral: I, U, T, L… Estos aceros se usan en las vigas, pilares y tirantes. 10. Cimientos: es el elemento encargado de soportar y repartir por el suelo todo el peso de la estructura, aquí se muestra un ejemplo, de cómo se construye un cimiento. Imagen 10: Cimiento común armado.

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LAS FUERZAS QUE SOPORTA UNA ESTRUCTURA. Una estructura tiene que soportar su propio peso, el de las cargas que sujetan y también fuerzas exteriores como el viento, las olas, etc. Por eso, cada elemento de una estructura tiene que resistir diversos tipos de fuerzas sin deformarse ni romperse. Los tipos de fuerza más importantes que soportan son: 1. Tracción: Si sobre los extremos de un cuerpo actúan dos fuerzas opuestas que tienden a estirarlo, el cuerpo sufre tracción. Es el tipo de esfuerzo que soportan los tirantes y los tensores. Ejemplo: Imagen 11: fuerza tipo tracción.

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2. Compresión: Si sobre los extremos de un cuerpo actúan dos fuerzas opuestas que tienden a comprimirlo, el cuerpo sufre compresión. Es el tipo de esfuerzo que soportan los pilares y los cimientos. Ejemplo: Imagen 12: fuerza tipo comprensión.

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3. Flexión: Si sobre un cuerpo actúan fuerzas que tienden a doblarlo, el cuerpo sufre flexión. Es el tipo de esfuerzo que soportan las vigas y las cerchas. Ejemplo: Imagen 13. Fuerza tipo flexión.

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4. Torsión: Si sobre un cuerpo actúan fuerzas que tienden a retorcerlo, el cuerpo sufre torsión. Es el tipo de esfuerzo que soporta una llave girando en una cerradura. Ejemplo: Imagen 14: Fuerza tipo torsión.

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5. Cortadura o cizalladura: Si sobre un cuerpo actúan fuerzas que tienden a cortarlo o desgarrarlo, el cuerpo sufre cortadura. Es el tipo de esfuerzo que sufre la zona del trampolín de piscina unida a la torre o la zona de unión entre una viga y un pilar. Ejemplo: Imagen 15: Fuerza de cortadura o cizalladura.

Proyectos más importantes  Internacional BURJ KHALIFA Complejo de 2 km2 situado junto a la avenida Jeque Zayed, que atraviesa transversalmente la ciudad de Dubái. Su construcción comenzó el 21 de septiembre de 2004, siendo su inauguración oficial el 4 de enero de 2010. Debe su nombre al Jeque y presidente de los Emiratos Árabes Unidos, Jalifa bin Zayed Al Nahayan. Su nombre oficial, o el Burj Khalifa, la estructura más alta construida hasta ahora por el hombre. Con 828 metros de altura es hoy por hoy sinónimo de suntuosidad, modernidad, buen gusto y alta tecnología El arquitecto redactor principal del proyecto fue el Arq. Adrian Smith, que trabajó junto a la firma Skidmore, Owings and Merrill (SOM) hasta 2006. La forma de la base del Burj Khalifa está basada en la forma geométrica de una flor, la Hymenocallis blanca de seis pétalos cultivada en la región de Dubái y en India, como se puede observar en la siguiente imagen: Imagen 16: diseño Arq. Del burj khalifa.

Imagen 17: flor de Hymenocallis.

Ingeniería La estructura del edificio está compuesta por hormigón armado hasta la planta 156 (586 m de altura). Desde el piso 156, las plantas están hechas de acero, lo que las hace más ligeras. ELEMENTOS ESTRUCTURALES Cimentación La cimentación de este edificio es la más grande jamás construida. Se compone por un innovador concepto basado en estudios geotécnicos y sísmicos: el edificio es soportado en primera instancia por una placa inmensa de hormigón armado de casi 4 m de grosor, sumando 12 500 m³. Esta placa a su vez es soportada por un sistema compuesto por 192 pilotes de 1,5 m de diámetro en su base por 43 m de profundidad y un peso cercano a las 7 millones de toneladas. Un modelo de sus cimientos en la siguiente representación: Imagen 18: cimentación profunda del burj khalifa.

Estructura La estructura en forma de Y está conformada por un núcleo que sale de la base del edificio y cuenta con tres secciones laterales, que siguen la dirección del viento en Dubái (noreste-sur), las cuales ascienden a distinta altura cada una y de forma escalonada lo que permite que los pisos hacia el exterior vayan eliminándose a medida que la estructura gana altura, que también favorece así el flujo del viento. El diseño en Y, ayuda además a minimizar el impacto del viento sobre el movimiento de la torre y de las tormentas de arena que se producen habitualmente en Dubái; así como a mantener la simpleza constructiva del Burj Khalifa, siendo esta una de las características más llamativas de la edificación. El cuerpo del Burj Khalifa lo conforman siete niveles mecánicos localizados a lo largo del edificio cada 30 pisos, en donde se sitúa la maquinaria que controla los sistemas del edificio como las estaciones eléctricas o las bombas de agua. A partir del último nivel

mecánico, ubicado a más de 500 metros de altura, en donde terminan las alas, continúa el núcleo del edificio que se subdivide hasta terminar en la antena telescópica de 4000 toneladas de acero, en donde funciona un equipo de telecomunicaciones que agilizan el tránsito de datos a través de la telefonía celular, fija, Internet y otras señales digitales. Esta antena, o torre cumbre, es visible a una distancia de 95 km y para su colocación, se utilizó desde dentro del edificio, una bomba hidráulica que la empujó hasta coronar su altura final. Se muestra un ejemplo de la estructura del rascacielos, es la siguiente página: Imagen 19: estructura interna del burj khalifa.

Imagen 20: estructura externa del burj khalifa.

Tabla de datos de la construcción del burj khalifa.

Tabla 1: tabla de datos generales del burj khalifa. DATOS GENERALES

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ALTURA FINAL:

828 metros

NÚMERO FINAL DE PISOS:

200 con 160 pisos habitables

TOTAL SUPERFICIE CONSTRUIDA:

5,670,000 m2

PESO DEL EDIFICIO VACÍO:

500,000 toneladas

TOTAL DE CONCRETO UTILIZADO:

330,000 m3

TOTAL DE ACERO REFORZADO UTILIZADO:

39,000 toneladas

TOTAL DE VIDRIO UTILIZADO PARA LA FACHADA:

103,000 m2

TOTAL DE ACERO INOXIDABLE UTILIZADO PARA EL REVESTIMIENTO:

15,500 m2

DESARROLLADOR:

Emaar Properties PJSC

ARQUITECTOS E INGENIEROS:

Skidmore, Owings and Merrill (SOM), con sede en Chicago, EE.UU

DISEÑADOR:

Adrian Smith

CONTRATISTA PRINCIPAL:

Samsung Corporation, Corea del Sur

GERENTE DE CONSTRUCCION:

Turner Internacional en Nueva York, EE.UU

En nuestra capital (Lima) MEGAPLANTA EN PUCUSANA La nueva infraestructura industrial ejecutada por la empresa constructora Gerencia de Proyecto S.A.C (GERENPRO), se eleva desde un área de más de 669,000 m2 que colinda por el Este con la carretera Panamericana Sur. Sobre este lote se edifica un área construida de 90,409.4 m2. El proyecto consistió en la construcción de una mega planta industrial de bebidas conformada principalmente por una nave de producción de 59,659m2 que alberga 10 líneas de producción. Asimismo, incluye las áreas de almacenamiento de productos terminados, una nave de procesamiento de agua y bebidas de 13,170m2 y una nave de 3,740m2 que será almacén general. Complementariamente, el proyecto incluye oficinas administrativas, servicios de fuerza, servicios complementarios al trabajador, tratamiento de afluentes, plantas de residuos sólidos, anden de carga y estacionamiento. DISEÑO El diseño de las naves fue desarrollo por el Arquitecto Luis Sala Bacigalupo, corresponde a techos a dos aguas y el sistema estructuras porticadas. Los pórticos se componen de columnas de concreto armado de sección circular y vigas metálicas de sección rectangular. Los pórticos se encuentran unidos mediante vigas de concreto postensado, las mismas que se apoyan en las columnas de concreto y van a lo largo de toda la nave. Cuando la separación entre pórticos es 19 m, el diseño contempla 2 vigas metálicas intermedias apoyadas en las caras laterales de las vigas postensadas; cuando la separación es de 23 m, se instalan 3 vigas metálicas. Las vigas metálicas se fijan mediante soldadura a placas de anclaje que son unidas a pernos de anclaje que se encuentran embebidos en las caras laterales de las vigas de concreto. Entre las vigas metálicas se instalan viguetas metálicas de sección rectangular que sirven de apoyo y fijación de las coberturas. En la cobertura se usaron paneles termo acústico, conformado por 2 láminas de acero pre pintado y un núcleo aislante de poliuretano. Con respecto a los cerramientos, el diseño contempla la instalación de paneles de forma horizontal apoyados en columnas metálicas ubicadas cada 3 m. este diseño descarta la indeseable presencia de polvo que normalmente aparece cuando hay elementos metálicos instalados de forma horizontal, cumpliendo condiciones de seguridad alimentaria. Se puede observar el perfil del diseño en la figura siguiente: Imagen 21: modelo Arq. De la planta industrial.

Fabricación de Estructuras Metálicas EL impresionante tonelaje de estructuras metálicas necesarias para la construcción de as planta industrial, al requerimiento de entrega en un corto plazo, genero la necesidad de realizar fabricaciones con mayor velocidad. Con este fin, GERENPRO implementó un sistema de fabricación de vigas metálicas por soldadura automática AWS GMAW en transferencia spray pulsado, utilizando maquinas sinérgicas de parámetros autoregulables.se acondicionaron 2 líneas de soldadura automáticas por ratios de producción por línea de 10 Ton/día y velocidad de avance de 37.3 cm/min. Estos equipos poseen antorchas con sistema de refrigeración por agua obteniéndose siglos de trabajo de 100% y cuenta con un accesorio lineal oscilador que permite controlar el ancho del cordón de soldadura, todo esto resultando en depósitos de gran calidad debido a la mayor estabilidad del arco de soldadura y la buena función durante el proceso. Un modelo de las estructuras usadas en este proyecto se observa en la siguiente imagen: Imagen 22: Estructuras usadas en la planta.

Obras Civiles En el proceso constructivo se estableció el postensado de las vigas de concreto como requisito previo al montaje de las vigas metálicas. Y fue condicionante que antes del postensado se verifique que el concreto haya alcanzado el 75% de su resistencia. Con un diseño estándar de concreto a 28 días, la resistencia del 75 por ciento se hubiese conseguido a los 7 días, periodo no acorde con las exigencias de los plazos comprometidos. Ante esta restricción, se encargó a la empresa proveedora de concreto premezclado estos tiempos, logrando conseguir un diseño de concreto f"c = 350 Kg/cm2 –cemento tipo 1, con lo a los 3 días sus testigos curados in situ arrojaron una resistencia del 75% equivalente a f"c = 245 Kg/cm2; siendo este el nuevo periodo concordante con la planificación de la obra. Obras Metálicas La aplicación de una planificación confiable permitió ejecutar el montaje de las 3,000 Tn de estructuras metálicas en 6 ½ meses, todo un tiempo record. Se estableció una estratégica de secuencia de las fabricaciones de elementos y de las construcciones de vigas postensadas, permitiendo trabajos continuos de montaje. En base a rendimientos de montaje se determinó la cantidad necesaria de personal técnico para cumplir con los plazos previstos, llegando a contar con 230 montajistas. Igualmente, se determinó la cantidad de equipos necesarios llegando a contar 3 grúas telescópicas de 30 Tn, 3 grúas telescópicas de 10 Tn, 5 camión grúas, 16 plataformas articuladas, 6 plataformas de tipo tijeras y 3 montacargas permitiendo realizar trabajos de montaje de forma simultánea. Cuadro de los datos generales de la obra. Tabla 2: ficha técnica de datos generales del proyecto. FICHA TÉCNICA

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Proyecto:

Mega planta Industrial Pucusana

Propietario:

Corporación Lindley S.A.

Contratista principal:

Gerencia de Proyectos S.A.C. ( GERNPRO)

Arquitecto:

Arq. Luis Sala Bacigalupo

Área de terreno:

669,000 m2

Área construida ( primera etapa)

90,409.4 m2

Inversión aproximada:

UU$ 180 millones

En el interior del país CITY CENTER QUIMERA (AREQUIPA) Con la convicción de ofrecer siempre productos innovadores en el sector inmobiliario que se diferencien por sí mismos y con la seguridad que Arequipa ha recuperado su liderazgo como centro generador del desarrollo

económico de la región sur del Perú, QUIMERA inmobiliaria, presenta CITY CENTER, la mejor alternativa frente a las principales necesidades del sector productivo, proyecto concebido bajo una idea original, con un estilo funcional y moderno. Descripción El confort, modernidad, tecnología y seguridad con sus elementos característicos cumpliendo con los más altos y exigentes estándares del mercado global. CITY CENTER contara con un hotel 5 estrellas, entidades financieras y de seguros, oficinas especializadas, restaurantes y cafés Club empresarial, centro de estudio de posgrado, casino, spa y comercios, tiendas vitrina, 600 estacionamientos entre otros. A continuación se ejemplifica el diseño arquitectónico: Imagen 23: modelo Arq. Del city center.

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Características Sótanos: Consta de dos niveles subterráneos para estacionamiento de hasta 600 vehículos. Planta Baja: Comercio, restaurantes, casino, cafés, supermercado, oficina de administración. Primer Nivel: Entidades financieras y de seguros, tiendas vitrina, hotel 5*, comercio, tiendas. Segundo Nivel: Centro de estudios de postgrado, oficinas corporativas Tercer Nivel: Oficinas premiun con terraza, empresariales, profesionales. Cuarto Nivel: Oficinas empresariales y corporativas. Quinto Nivel, Torre Sur: Oficinas premiun con terraza, empresariales, consultorios médicos, club empresarial, amplias terrazas. Quinto al Duodécimo Noveno Nivel, Torre Sur hotel 5*. Torre 1 - 20 niveles, Bancos, financieras y seguros, restaurante, club empresarial, centro de postgrado, comercio, tiendas vitrina, casino, restaurant, agencias financieras. Del tercero al veinteavo oficinas profesionales, empresariales y corporativas de 40 a 530 metros cuadrados. Torre 2 - 20 niveles, Bancos, hotel 5*, restaurantes, comercio, agencias financieras y spa. Del tercero al cuarto oficinas profesionales, corporativas y premiun con acceso a terrazas Del décimo tercero al veinteavo oficinas profesionales, empresariales y corporativas de 45 a 500 metros cuadrados. Este proyecto un se encuentra en construcción, por lo que se mostrara un avance de la construcción en las siguientes fotografías: Imagen 24: vista frontal del avance.

Imagen 25: vista posterior del avance.

Beneficios Para la construcción del "CITY CENTER" se utilizará un novedoso sistema antisísmico, único en Arequipa y el Sur del país y uno de los primeros en todo el Perú, permite disipar la energía sísmica y disminuye considerablemente los desplazamientos laterales haciendo que los daños en equipamiento y elementos no estructurales sean mínimos ante un sismo moderado o severo. Este sistema es utilizado actualmente en países que han desarrollado alta tecnología en este campo, como México, Japón y USA. Se contará además con control de accesos e intrusión, detección, alarma de incendios y alarma preventiva de sismos, circuito cerrado de televisión, entre otros. Los restaurantes, cafeterías y servicios higiénicos estarán implementados con un sistema de extracción de gases y olores. PROYECTO PUENTE CHILINA CARACTERÍSTICAS El Puente Chilina es uno de los puentes más largo del País con una longitud de 562 metros. Cuenta con dos tableros paralelos con capacidad de hasta 3 carriles de 11.3 m. de ancho cada uno y están separadas por 2 m. entre sí para alojar en cada tablero una plataforma asfaltada de 10.50m. Esta plataforma se distribuye en una calzada de dos carriles de 3.60m cada uno, berma exterior de 0.5 m y berma interior de 2.80m. En el tramo de estructura recto en planta, los tableros mantienen una pendiente transversal constante con bombeo del 2% para cada plataforma. En los tramos en curva, la losa superior de los tableros gira para adaptarse progresivamente a los condicionantes de peralte transversal del trazado, hasta un máximo del 4% de peralte transversal. La separación transversal de 2 m es necesaria por razones constructivas, para el paso de los carros de avance que permiten la ejecución en dovelas de voladizos, y para garantizar que los tableros no chocan entre sí en caso de sismo.

El puente está apoyado en 4 pilares de 35.60, 39.00, 28.71 y 21.10 m. respectivamente, los cuales tendrán 5 vanos de luces de 100, 157, 142, 102 y 61 m. El vano principal de 157 m. m es un vano de muy grandes dimensiones para este tipo de estructura con vanos más habituales entre los 100 y 150 m. Cantidad De Pilotes: Diámetro De Los Pilotes Es De 1.50 Metros, a continuación se mostrara una tabla de pilares empleados en esta obra. Tabla 3: tabla de contenido, en cantidad de pilares utilizados. Teórico Nº Pilotes

L Pilotes

L Total Pilotes

Estribo 1

21

17

357

Pilar 1

26

25

650

Pilar 2

26

24

624

Pilar 3

24

21

504

Pilar 4

16

16

256

Estribo 2

18

14

252

. Para mayor visualización de este megaproyecto, se expone imágenes del mismo a continuación: Imagen 26: puente chilina, vista superior.

Imagen 27: puente chilina, inaugurado.

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DESAFÍOS Y PUNTOS A RESALTAR DEL PUENTE CHILINA La Mega obra Puente Chilina viene lidiando con grandes desafíos y diversos temas a resaltar, con el fin de lograr concretar el gran sueño Arequipeño: De acuerdo a los plazos acordados, que establecen una ejecución de la obra en 22 meses, el puente Chilina deberá estar concluido en 2014. Y para demostrar que el Consorcio está honrando fielmente este compromiso la construcción se realiza en turnos que comprenden las 24 horas del día, conscientes de que solo con un esfuerzo proporcional a la dimensión de la obra sacaremos adelante el mega proyecto que beneficiará a toda Arequipa. El Puente Chilina es uno de los mayores puentes del Perú. Una vez construido será el puente urbano más largo con 562 m de longitud. Con sus dos tableros de 11.3 m y una superficie de estructura de más de 12.700 m2, sin duda se convertirá el puente con mayor superficie del país. El Puente Chilina es un puente construido por avance en voladizos sucesivos. El vano principal tiene una luz de 157 m entre pilares. Esta es una gran luz para un puente de este tipo y es la mayor de este tipo en Perú, superando por ejemplo al puente Pilcomayo del mismo tipo entre Bolivia y la República Argentina con luz principal de 115 m, 505 m de longitud y un único tablero de 12 m de anchura. INGENIERIAS Arenas & Asociados nace en noviembre de 1999 cuando su Presidente, Juan J. Arenas, Profesor de la Universidad de Cantabria, decide crear una nueva empresa, capaz de responder a las exigencias de calidad y compromiso que demandaba el mercado. Es así que Arenas & Asociados, fusionando los esfuerzos de varios ingenieros y profesionales, es hoy en día una empresa especializada en el diseño de puentes y estructuras singulares. La empresa basa su en la búsqueda de un alto nivel de expresividad formal y valores estéticos, bajo la funcionalidad y resistencia de los proyectos estructurales elegidos. Desarrollando diseños de ingeniería y arquitectura conceptual, desde sus primeros bocetos pasando por las siguientes etapas del proyecto, hasta finalmente llegar a su construcción. Método Constructivo El puente continuo segmental se construye mediante un procedimiento de avance en voladizos simétricos con carros de avance para la ejecución del tablero sobre los pilares, y con dos tramos cimbrados anexos uno a cada estribo. El método constructivo de avance en voladizos simétricos o FCM (Free Cantilever Method) consiste en la ejecución de tramos del tablero llamados dovelas, avanzando desde la coronación de un pilar, de forma simétrica de forma que el tablero a un lado de la pila se vea balanceado con el tablero al otro lado. Los tramos o dovelas son generalmente de una longitud aproximada de 5 m y se ejecutan con la ayuda de un elemento auxiliar llamado carro de avance que se desplaza a medida que progresa la construcción. La fase inicila consiste en la ejecución de los pilotes de cimentación y los cabezales que unen los pilotes y sobre los que apoyarán los pilares y estribos. La ejecución de pilares se realiza con la ayuda de encofrado trepante en tramos de 5 m. Una vez ejecutada la subestructura, es decir, los pilares y estribos, se comienza la construcción de cada tablero. Sobre el pilar 3 se ejecuta la dovela 0 de 6+6m sobre consola, y se continúa con la ejecución de las dovelas de avance en voladizo ejecutadas sobre carro para un total de 11 dovelas de 5.10m a cada lado completando un voladizo máximo de 62.10m (6.00+11×5.10m) desde el eje de apoyo a cada lado. Con un desfase en el tiempo de acuerdo al cronograma se comienza la ejecución del voladizo tablero desde eje de pilar 2. Sobre el pilar 2 se ejecuta la dovela 0 de 6+6m sobre consola, y se continúa con la ejecución de las dovelas de avance en voladizo ejecutadas sobre carro para un total de 14 dovelas de 5.10m a cada lado completando un voladizo máximo de 77.4m (6.00+14×5.10m) desde el eje de apoyo a cada lado. Tras otro desfase temporal, se comienza la ejecución del voladizo tablero desde eje de pilar 1 con las mismas características del voladizo de pilar 2 descritas en el párrafo anterior. En los vanos centrales se ejecutan unas dovelas de cierre de 2.20m en vano 2 y 2.5 m en vano 3 para completar los vanos. El vano 1 requiere ejecutar 22.6m de tablero sobre cimbra para completar el vano de 100.0m de longitud junto al estribo 1. Los tableros de vano 4 parcialmente (38.50m de 102.00 m) y vano 5 completamente (61.00 m) se ejecutan sobre cimbra apoyada en el terreno. El plazo de ejecución previsto del total del Puente Chilina es de 22 meses.

Retos A continuación se establece retos en los siguientes aspectos: Construcciones de edificios antisísmicos Durante tiempos históricos se tiene conocimiento de terremotos que han ocasionado destrucción en ciudades y poblados de todos los continentes de la tierra. Un elevado porcentaje de los centenares de miles de víctimas cobradas por los sismos, se debe al derrumbe de construcciones hechas por el hombre; el fenómeno sismo se ha ido transformando así en una amenaza de importancia creciente en la medida en que las áreas urbanas han crecido y se han hecho más densas. Para ello se propone diversas estrategia la más eficiente es de proyectar y edificar utilizando racionalmente los conocimientos de la Ingeniería Sismo resistente ; y con la integración de ello se plantea construir de

manera constante y permanente edificio antisísmicas ; que al lograr este sueño cubriendo en la mayoría de territorios urbanos y rurales en las que se concentra la mayor población en todos los lugares del mundo se reducirá las pérdidas humanas y materiales al momento de ocurrir este tipo de desastre que se menciona ;contribuyendo así a la economía de los países. Además de ello para desarrollar la construcción de estos tipos de edificios se requiere la incorporación y desarrollo de la Resistencia de Materiales . De igual modo la aplicación de procedimientos de análisis y la incorporación del acero en la construcción, y así se incrementaran sensiblemente la seguridad en las edificaciones y la de vidas humanas. Edificaciones sostenibles y sustentables Se anhela proyectar de manera persistente el diseño y construcción ecológica, utilizando nuevas tecnologías que mejoren la calidad de vida en entornos urbanos, implantado nuevos procesos menos perjudiciales para el medio ambiente En suma estas edificaciones se refieren a la utilización de métodos constructivos y el uso de materiales respetando el medio donde se desarrolla desde su planificación, diseño, ubicación, construcción, usando energía renovable (fuente solar, eólica, etc.), conservando el agua, aprovechando los recursos naturales de luz y ventilación, minimizando los residuos y creando ambientes productivos. Edificios inteligentes o Domótica Son aquellas edificaciones equipadas con cableado estructurado que permite a sus ocupantes controlar, remotamente, una serie de dispositivos automatizados por medio de un solo comando, es decir que un solo botón pueda realizar varias tareas a la vez. Este concepto de edificios inteligentes permite sistematizar automáticamente el control de la luz, temperatura y cambios de humedad y que sus ocupantes puedan personalizar los servicios del edificio. 1. Eficiencia del Consumo de Energía 2. Sistema de aseguramiento de Vidas 3. Sistemas de Telecomunicaciones. 4. Automatización de áreas de trabajo

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