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“SISTEMAS ESTRUCTURALES” Tipos de sistemas estructurales en la ciudad de Cajamarca

INTEGRANTES: ROJAS HONORES, Diego CARUAJULCA TIGLLA, Juan Carlos CUEVAS HENRICY, Erickson Arturo CHUGDÉN LÓPEZ, Edson Rolly ISHPILCO CHUQUIMANGO, Noé BUSTAMANTE TERÁN, Yhando

CURSO: Estructuración y Cargas

DOCENTE: Ing. MOSQUEIRA MORENO, Miguel Ángel

3 DE OCTUBRE DE 2019

“SISTEMAS ESTRUCTURALES”

ÍNDICE:

I.

RESUMEN ................................................................................................................................. 2

II.

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 2

III. OBJETIVOS .............................................................................................................................. 3 IV. MARCO TEÓRICO .................................................................................................................. 3 A. Sistemas estructurales cuyos elementos trabajan a tracción o compresión simples, tales como los cables, arcos y cerchas .............................................................. 3 B. Sistemas estructurales cuyos elementos trabajan a flexión, corte y compresión, tales como las vigas, dinteles, pilas – columnas y pórticos ................. 5 C. Sistemas estructurales cuyos elementos se encuentran en estado de tensión superficial, tales como entramados, placas, membranas y cáscaras .......... 9 SISTEMAS ESTRUCTURALES EN CAJAMARCA: ....................................................... 13

V. 1.

CERCHAS ........................................................................................................................... 13

2.

CÚPULAS ........................................................................................................................... 15

3.

ALBAÑILERÍA CONFINADA ........................................................................................... 16

4.

EL ADOBE Y SU SISTEMA ESTRUCTURAL .............................................................. 18

5.

LA MADERA COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL ....................................................... 21

6.

ARCOS .................................................................................................................................... 24

7.

SISTEMAS APORTICADOS ................................................................................................ 27

VI. CONCLUSIONES................................................................................................................... 29 VII. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................... 29

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I.

RESUMEN: Un sistema estructural es un modelo físico que sirve de marco para los elementos estructurales, y que refleja un modo de trabajo. Un objeto puede tener, a su vez, una mezcla de sistemas estructurales. Pueden clasificarse por su campo de actuación (informática, molecular), sistema de trabajo (de vector activo, de compresión, de tracción) y material (fibra natural, piedra natural, cerámica). Estos sistemas tienen como objetivo conocer las exigencias básicas que deben satisfacer las estructuras, relativas a las acciones mecánicas. En este informe conoceremos algunos tipos y clases de sistemas estructurales utilizados en construcción en la ciudad de Cajamarca.

II.

INTRODUCCIÓN: Se define como estructura a los cuerpos capaces de resistir cargas sin que exista una deformación excesiva de una de las partes con respecto a otra. Por ello la función de una estructura consiste en trasmitir las fuerzas de un punto a otro en el espacio, resistiendo su aplicación sin perder la estabilidad. Por tal motivo, las estructuras soportan cargas externas que deben ser resistidas sin que se observe cambios apreciables en su forma o geometría, para tal fin las estructuras generan cargas internas de equilibrio. Estas cargas internas son aquellas que actúan dentro de un elemento estructural y son necesarias para mantener unido a las partículas o moléculas del elemento estructural cuando la estructura global se encuentra sometida a cargas externas. Su determinación es la esencia del análisis estructural. De esta forma, para obtenerlas se hace uso del método de las secciones cuando la estructura es isostática, basada en un principio estructural fundamental. Cuando la estructura es hiperestática, esas cargas internas se calculan usando métodos de análisis estructural. Es porque ello que a continuación se podrá observar sobre los tipos de sistemas estructurales, concepto características, ventajas y desventajas, entre otros.

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III.

OBJETIVOS:  Objetivo General: 

Reconocer tipos de sistemas estructurales existentes en la ciudad de Cajamarca.

 Objetivos Específicos:   

IV.

Identificar y clasificar el tipo de sistema estructural utilizado. Explicar y describir las características principales del sistema estructural. Explicar las características principales de los elementos estructurales, tales como columnas, muros, pilotes, losas, etc.

MARCO TEÓRICO: A. Sistemas estructurales cuyos elementos trabajan a tracción o compresión simples, tales como los cables, arcos y cerchas: Cables: Los cables son elementos flexibles debido a sus dimensiones transversales pequeñas en relación con la longitud, por los cual su resistencia es solo a tracción dirigida a lo largo del cable. La carga de tracción se divide por igual entre los hilos del cable, permitiendo que cada hilo quede sometido a la misma tensión admisible. Materiales: Debido a que los cables solo sostienen fuerzas de tracción, se hacen de acero. Comportamiento: Los cables cambian su forma de acuerdo a las cargas a las que está sometida y pueden dividirse en dos categorías de acuerdo con la carga: Cables que soportan cargas concentradas y Cables que sostienen cargas distribuidas.

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Arcos: Cuando no es necesaria una cubierta plana para satisfacer las exigencias funcionales de la estructura, generalmente resulta que una cubierta de elementos con simples o doble curvaturas tales como los arcos o las cáscaras delgadas resultan más económicas en consumo de materiales, debido a la capacidad de absorber las cargas con intervención mínima de flexión y corte. Este sistema es el método estructural más antiguo utilizado para puentes cuando las luces son demasiado grandes para poder utilizar vigas rectas. Los esfuerzos en los arcos son proporcionales a las cargas y a la luz, e inversamente proporcionales a la altura del arco. Materiales Pueden ser de concreto armado, acero, mampostería (piedra o ladrillos). Ventajas  



El arco es en esencia una estructura de compresión utilizado para cubrir grandes luces. En gran diversidad de formas, el arco se utiliza también para cubrir luces pequeñas, y puede considerarse como uno de los elementos estructurales básicos en todo tipo de arquitectura. Un arco lleva una combinación de compresión y flexión debido a no puede cambiar su forma para los tipos de carga, por lo que el material a usar debe soportar algo de flexión además de la compresión que se genera por la forma curva.

Comportamiento Si se invierte la forma parabólica que toma un cable sobre el cual actúan cargas uniformemente distribuidas según una horizontal, se obtiene la forma ideal de un arco que sometido a ese tipo de carga desarrolla sólo compresión, los momentos flectores y las fuerzas cortantes se reducen al mínimo e incluso, en algunas estructuras, se eliminan completamente. Cerchas: Puede definirse como una estructura compuesta de un número de elementos o barras unidos en sus extremos por medio de pasadores

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sin fricción para formar una armazón rígida. Las fuerzas externas y reacciones se supone que están en el mismo plano de la estructura y actúan solamente sobre los nodos, en consecuencia, pueden considerarse como una estructura bidimensional. Todas las cargas deben aplicarse en las uniones y no en los elementos, las fuerzas que actúan en cada extremo de una barra se reducen a una fuerza axial (tracción o compresión). (Beer y Jonhston, 1977 y Yuan-Yu Hsieh, s/f). Materiales Por lo general las cerchas son hechas en acero, pero también se pueden encontrar en madera y en casos excepcionales son hechos en concreto armado. Ventajas Proporciona una solución práctica y económica a muchas situaciones de ingeniería, especialmente en el diseño de puentes y edificios. Comportamiento Considérese ahora la estructura obtenida por un cable que sostiene un peso P, volcando hacia arriba el cable y reforzando sus tramos rectos con el fin de conferirles resistencia a la compresión. La "flecha negativa" o elevación modifica la dirección de todas las tensiones y el cable invertido se convierte entonces en una estructura de compresión pura: es el ejemplo más simple de armadura. Las barras comprimidas transmiten a los soportes la carga aplicada en la parte superior de la armadura, sobre los apoyos actúan, por consiguiente, fuerzas verticales iguales a la mitad de la carga y los empujes dirigidos hacia afuera. B. Sistemas estructurales cuyos elementos trabajan a flexión, corte y compresión, tales como las vigas, dinteles, pilas – columnas y pórticos: Vigas: Las vigas son elementos estructurales de secciones trasversales rectas y homogéneas, cuyas longitudes es varias veces mayor que su sección trasversal y sobre las cuales actúan cargas perpendiculares a los ejes centroidales (x e y) longitudinales.

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Clasificación: Las vigas son generalmente de forma rectangular, peraltadas o chatas. Las vigas peraltadas son aquellas que tienen su altura o peralte mayor que el espesor del techo. Las vigas chatas tienen su altura o peralte coincidente con el espesor de la losa.

Materiales A lo largo de la historia, las vigas se han realizado de diversos materiales; el más idóneo de los materiales tradicionales ha sido la madera, puesto que puede soportar grandes esfuerzos de tracción, lo que no sucede con otros materiales, sin embargo, es un material orto trópico que presenta diferentes rigideces y resistencias según los esfuerzos aplicados sean paralelos a la fibra de la madera o transversales. A partir de la revolución industrial, las vigas se fabricaron en acero, que es un material isótropo al que puede aplicarse directamente la teoría de vigas de Euler-Bernoulli. A partir de la segunda mitad del siglo XIX, se ha venido usando hormigón armado y algo más tardíamente el pretensado y el postensado. Estos materiales requieren para su cálculo una teoría más compleja que la teoría de Euler-Bernouilli. Ventajas: La viga peraltada ofrece más resistencia ya que la chata se deforma 6 veces más que la viga peraltada. Comportamiento: a) Efecto de corte: El esfuerzo es máximo en los apoyos y disminuye a medida que se aleja de los mismos, hasta llegar al punto donde se hace nulo. b) Efecto de flexión: Se produce por el desplazamiento vertical (flecha) del eje centroidal longitudinal de la viga. Dinteles: Un dintel es un elemento estructural horizontal que salva a un espacio entre dos apoyos. Es el elemento superior que permite crear vanos en los muros para conformar puertas, ventanas o pórticos.

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Materiales: Los materiales más usados son: hormigón armado, cerámica armada y acero. Estos materiales han sustituido a la piedra o la madera que se usaban antiguamente. Características: -

Los dinteles deben tener la resistencia suficiente para resistir la carga que reciben. Si no fuera así se romperían con el peso. También tiene que tener una inercia suficiente para no deformar en exceso, pues la deformación del dintel puede afectar a las carpinterías, provocando fallos en el cierre de ventanas, fisuras horizontales sobre la parte central o bien romper la parte interior de la esquina superior de la jamba por la flexión.

Tipos: a) Prefabricado: Son elementos específicos fabricados expresamente para este cometido. b) De Madera: Hay que tener la precaución de tratar la madera para garantizar su durabilidad y evitar que le afecten los agentes atmosféricos. Pilares: Los pilares son, por excelencia, los soportes verticales de las estructuras y, por consiguiente, son los responsables máximos de la estabilidad de las mismas. Los lapsos estructurales más notables casi siempre comienzan por fallos relacionados con los pilares y por ello se les debe prestar una atención especial. Materiales: Ladrillo, cemento y también acero, hormigón y hierro. Comportamiento: • Los pilares son elementos estructurales lineales que trabajan principalmente a compresión. Recogen las cargas de las vigas o losas y las transfieren a la cimentación. Pueden ser de sección cuadrada

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(flexión en dos predominante).

direcciones)

o

apantallados

(una

dirección

Columnas: Son elementos para resistir básicamente solicitaciones de compresión axial, aunque, por lo general, esta actúa en combinación con corte, flexión o torsión, ya que en las estructuras de concreto armado, la continuidad del sistema genera momentos flectores en todos sus elementos. Las columnas a diferencia de los pedestales, tienen una relación larga/menor dimensión de la sección transversal, mayor que tres. Materiales: Adobe. Concreto armado. Tipos: -

-

Columnas con estribo, que son generalmente de sección rectangular, cuadrada, T o L, sin embargo, pueden tener forma triangular, octogonal, etc. Columnas con refuerzo en espiral, presentan zunchado continúo provisto por un hélice o espiral de poco paso hecha de alambre o varilla de diámetro pequeño.

Comportamiento: -

-

Columnas con estribo En zonas no sísmicas los ganchos de los estribos pueden ser de 90° (ties) y los estribos en zonas sísmicas (hoops) tienen que tener forzosamente ganchos de 135°. Las varillas longitudinales deberán contar alternadamente con estribos que doblen alrededor de ellas. Si la distancia libre entre las varillas es mayor de15 cm, todas las varillas deberán tener estribos que las apoyen. Columnas con refuerzo en espiral: El refuerzo en espiral consiste en varillas o alambres lisos de tamaño adecuado para su manipuleo y puesta en obra. Su diámetro será mayor o igual a 3/8” y su esfuerzo de fluencia menor que 4200 kg/cm 2 (ACI - 10.9.3).

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Pórticos: La acción del sistema de pilar y dintel se modifica en grado sustancial si se desarrolla una unión rígida entre éste y los pilares resistentes a la flexión. Esta nueva estructura, el pórtico rígido simple o de una nave, se comporta de manera monolítica y es más resistente tanto a las cargas verticales como a las horizontales. Materiales El rascacielos es una de las grandes conquistas del moderno diseño estructural, posibilitado por el pórtico de plantas múltiples y por la elevada resistencia del acero y el hormigón. En pórticos pequeños también se pueden hacer de madera. Ventajas: Gran libertad en la distribución de los espacios internos del edificio. Son estructuras muy flexibles que atraen pequeñas solicitaciones sísmicas. Disipan grandes cantidades de energía. Comportamiento: Bajo la acción de cargas verticales, los tres elementos de un pórtico simple (losa, viga y columna) se hallan sometidos a esfuerzos de compresión y flexión. Con las proporciones usuales de vigas y columnas, la compresión predomina en las últimas y la flexión en la primera. Las columnas son relativamente esbeltas y la viga relativamente alta. C. Sistemas estructurales cuyos elementos se encuentran en estado de tensión superficial, tales como entramados, placas, membranas y cáscaras: Entramados: Los elementos estructurales considerados hasta ahora tienen en común la propiedad de transferir cargas en una sola dirección, desde el punto de vista estructural sería más eficiente tener una "transferencia bidireccional de carga". Esta dispersión se obtiene mediante entramados (parrillas o retículas de vigas) y placas, que actúan en un plano. (Salvadori y Heller, 1963)

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Materiales El material más popular para la construcción de estructuras de entramado es la madera. Ventajas 

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Los sistemas de entramado son particularmente eficientes para transferir cargas concentradas y para lograr que toda la estructura participe en la acción portante. Las vigas de acero pueden tener menor espesor que las de concreto pretensado; las de concreto armado lo tendrán mayor, y será mayor aun el espesor de las vigas de madera; pero la relación de espesor a luz no puede ser muy inferior a 1:24, si las vigas han de ser prácticamente aceptables desde los puntos de vista de resistencia y deformación.

Comportamiento En la retícula, las vigas individuales son parcialmente soportadas por vigas perpendiculares que se interceptan, las cuales están a su vez parcialmente soportadas en otras vigas que también se interceptan. Cuando un punto de carga se aplica en la intersección de dos vigas en una retícula, ambas vigas se flexionan junto con las otras vigas cercanas. Además de la flexión, esta interacción produce la torsión de vigas adyacentes como resultado de las conexiones fijas en las intersecciones de las vigas. Estas dos vigas perpendiculares entre sí deben sufrir en su intersección igual deformación, aunque tengan distintas longitudes o distintas secciones. Placas: Una placa o losa es un elemento estructural monolítico de espesor relativamente pequeño, usado para cubrir un área, que distribuye la carga horizontalmente en una o más direcciones dentro de un solo plano mediante flexión. Materiales Las losas son más comúnmente asociadas con la construcción de concreto reforzado. Sin embargo, se puede lograr el comportamiento de la losa con una variedad de otros materiales, en especial la madera. (Moore, 1999)

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Ventajas Las placas presentan la ventaja constructiva de tener superficies inferiores lisas, lo que permite el tendido sin impedimentos de cañerías, conductos y otros elementos de los diversos sistemas mecánicos requeridos en un edificio moderno. Comportamiento El trabajo de una placa es similar a una parrilla con vigas soldadas formado por un número infinito de vigas infinitamente pequeñas. Si esa serie de vigas independientes y paralelas está sujeta a una sola concentración de carga, sólo la viga bajo la carga se deflactará. Membranas: Es una hoja de material tan delgada que, para todo fin práctico, puede desarrollar solamente tracción. Buenos ejemplos de membrana constituyen un trozo de tela o de caucho. En general, las membranas deben estabilizarse, principalmente porque su forma funicular para cargas horizontales difiere de las de las cargas verticales. La estabilización se obtiene por medio de un esqueleto interno o por pretensión producido por las fuerzas externas o por presión interna. (Salvador y Heller, 1998) Ventajas Dada la naturaleza de llevar cargas por acción de membrana es liviana, económica, no ha sido usado ampliamente por su movilidad. (Salvadori y Heller, 1963). Comportamiento Las membranas son estructuras que resisten en dos dimensiones, la cual no desarrolla apreciables esfuerzos de placa como flexión y corte, porque su altura es muy pequeña en comparación con su luz. Dado que la altura que tiene este tipo de elementos se produce en la membrana una doble curvatura, la cual se puede considerar a la membrana como la intersección entre dos cables, en la cual la carga que lleva la membrana es la suma de los dos cables. Las membranas solo transmiten tensión y actúan esencialmente como una red de cables.

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Cáscaras: Es una estructura tridimensional delgada cuya resistencia se obtiene dando forma al material según las cargas que deben soportar, son lo suficientemente delgadas para no desarrollar flexión, pero también suficientemente gruesas para resistir cargas, que según el caso pueden ser de compresión, corte y tracción. Materiales El material ideal de construcción es el concreto armado, aunque se pueden realizar en madera, acero y materiales plásticos. Usos Las cáscaras generan diversos tipos de problemas, el principal radica en los encofrados, impermeabilización, aunque con el desarrollo de las pinturas plásticas, que pueden aplicarse por rociado o rodillos, en capas muy delgadas, ha reducido este problema. Asimismo, las superficies curvas presentan dificultades acústicas, sobre todo si son grandes, lisas y duras. Comportamiento La capacidad portante de la cáscara se genera dándole la forma adecuada sin necesidad de aumentar la cantidad de material, la curvatura hacia arriba aumenta la rigidez y la capacidad de carga ya que se coloca parte del material lejos del “eje neutro”, aumentando la rigidez a la flexión

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V.

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN CAJAMARCA:

1. CERCHAS:

Fotos de Cerchas en construcción en el nuevo edificio de Sistemas, de la Universidad Nacional de Cajamarca, tomadas en la visita de campo que se realizó el día jueves 26 de setiembre del 2019, supervisada por el Dr. Ing. Miguel Mosqueira Moreno

Cerchas en el Coliseo de la Universidad Nacional de Cajamarca, tomadas en setiembre del 2019.

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La cercha es uno de los principales tipos de estructuras empleadas en ingeniería. Proporciona una solución práctica y económica a muchas situaciones de ingeniería, especialmente en el diseño de puentes y edificios. Una armadura consta de barras rectas unidas mediante juntas o nodos. Los elementos de una cercha se unen sólo en los extremos por medio de pasadores sin fricción para formar armazón rígida; por lo tanto, ningún elemento continúa más allá de un nodo. Cada cercha se diseña para que soporte las cargas que actúan en su plano y, en consecuencia, pueden considerarse como una estructura bidimensional. Asimismo, todas las cargas deben aplicarse en las uniones y no en los mismos elementos. Por ello cada cercha es un elemento sometido a fuerzas axiales directas (tracción o compresión). En un sistema estructural conformado por cerchas, se dispone de un sistema de arriostramiento lateral a fin de contrarrestar el desplazamiento longitudinal de la edificación debido a las fuerzas transversales. Una cercha está formada por los siguientes elementos: o Los miembros de arriba cordón superior. o Los miembros de abajo cordón inferior. o Diagonales. o Verticales Montantes o pendolones dependiendo del tipo de esfuerzo. Tal y como se puede observar en la siguiente imagen:

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2. CÚPULAS:

Fotos de cúpulas en la ciudad de Cajamarca de las iglesias cercanas a la plaza de armas, tomadas el día sábado 28 de setiembre del 2019.

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Se genera una cúpula por la rotación de un arco sobre su eje medio, por tanto funcionan bajo el mismo principio estructural: funciona como un conjunto de elementos que traspasan los esfuerzos verticales hacia las bases en función de su peso, la diferencia está en que los empujes horizontales en las bases son radiales y deben ser anulados por anillos de cadenas, cables, o barras alrededor de dicha base, o paralelos, o bien por masa edificada rodeando la cúpula, las cuales por su peso desvían los empujes horizontales hacia el suelo y evitan la estructura se abra en los apoyos. Es una estructura de tipo auto-soportante, que permite salvar grandes luces.

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3. ALBAÑILERÍA CONFINADA:

Albañilería confinada, fotos en el Jr. Mabuel Ibañez Rosasa, Cajamarca, tomadas en octubre del 2019.

Es la técnica de construcción que se emplea normalmente para la edificación de una vivienda. En este tipo de construcción se utilizan ladrillos de arcilla cocida, columnas de amarre, vigas soleras, etc. En este tipo de viviendas primero se construye el muro de ladrillo, luego se procede a vaciar el concreto de las columnas de amarre y, finalmente, se construye el techo en conjunto con las vigas.

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¿POR QUÉ ES IMPORTANTE LA ALBAÑILERÍA CONFINADA? 

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Desde hace muchos años atrás, las viviendas de este tipo son las construcciones más populares en las zonas urbanas de nuestro país y en la actualidad esta tendencia continúa. Por otro lado, si tú estás a cargo de una obra de este tipo, debes tener en cuenta tres factores: a) El diseño estructural. b) El control de los procesos constructivos. c) El control de la calidad de los materiales. Es importante que considere estos tres factores, ya que para que una vivienda pueda soportar exitosamente los efectos devastadores de un terremoto, debe tener una estructura sólida, fuerte y resistente.

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4. EL ADOBE Y SU SISTEMA ESTRUCTURAL:

Fotos de la casa Mario Urteaga en el Jr. Dos de mayo, de la ciudad de Cajamarca, tomadas el día sábado 28 de setiembre del 2019.

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El adobe es un material con nula capacidad a tensión y flexión, con adherencia entre las piezas limitada por el mortero de pega (generalmente lodo con cal), con una contracción por secado muy alta debida a la humedad propia del material (contiene aproximadamente 40% de arcilla), lo que se puede mejorar con un buen proceso de acabado y tras la incorporación de paja. La resistencia a compresión del adobe varía entre 5 a 10 𝑘𝑔/𝑐𝑚2. El sistema estructural en conjunto tiene dificultades de vinculación entre los elementos de cimentación y cubierta con los muros trasversales y longitudinales, en parte por el espesor de estos y en otra por las propiedades del material como

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la adherencia. La característica de las estructuras de arcilla es su nula o poca elasticidad, las deformaciones no se recobran y los esfuerzos que se requieren para deformarla son muy bajos. Sin embargo, una vez construidos los muros y cuando se ha tenido el cuidado de no sobrepasar las resistencias a los esfuerzos del adobe, el sistema funciona. Producto de la anterior se hacen necesarios muros de espesor considerable para que no sea rebasada su poca capacidad para tomar esfuerzos. PATOLOGÍAS EN ESTRUCTURAS DE ADOBE

Es ampliamente aceptado el hecho que las construcciones de adobe son altamente vulnerables frente a fenómenos naturales como los sismos e inundaciones. Procedimiento de intervención según el nivel de daño    

Leves: resane de grietas y colocación de refuerzos. Moderados: resane de grietas, desmontaje parcial y reconstrucción de la parte del muro, sin desmontar el techo, colocación de refuerzo. Graves: reconstrucción de muros completos, puede necesitarse desmontar parcialmente el techo, colocación de refuerzo Colapso parcial: reconstrucción de muros y techos por completo, colocación de refuerzos.

Protección contra la humedad 

La falta de sobrecimientos en los muros de adobe favorece que se presenten humedades en la zona inferior de los muros por capilaridad. Esta humedad tiende a deteriorar los materiales con el paso del tiempo. La presencia de

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aleros cortos o deficiencias en el pañete aumentan la probabilidad que el agua lluvia penetre en el muro, generando socavación y erosión de los materiales, lo cual facilita la presencia de agrietamientos y disminuye la resistencia del sistema estructural.

FALLAS ESTRUCTURALES EN EL ADOBE

a) Mala calidad del Adobe en lo que se refiere a la materia prima utilizada y la técnica de producción. b) Dimensionamiento inadecuado de los adobes, especialmente en su altura, que en la mayoría de los casos es demasiado grande. c) Amarre horizontal insuficiente entre los adobes, principalmente cuando ellos están colocados en punta, motivado por el mal dimensionamiento de los adobes. d) Amarres inadecuados y deficientes en los encuentros de muros que producen juntas verticales continuas de tres y más hiladas. e) Deficiente mano de obra en la colocación de los adobes f) Dimensionamiento incorrecto de los muros: poco espesor y excesivo largo y alto. g) Vanos de puertas y ventanas muy anchos y poco empotramiento en los dinteles. h) Muchos vanos y pocos llenos en la distribución de un lienzo de muro. i) Carencia de una solera superior de amarre. j) Techos muy pesados y soluciones constructivas deficientes en su empalme con los muros de adobe.

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5. LA MADERA COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL:

Fotos de una casa de madera, en la Granja Porcón, de la ciudad de Cajamarca, tomadas en setiembre del 2019.

La madera puede que sea uno de los elementos más antiguos en el mundo de la construcción. Sus diferentes aplicaciones lo han hecho perdurar a lo largo de los años. De los materiales de construcción tradicionales y actuales, podemos decir que sólo la madera es un material estrictamente natural, si bien el material natural puede ser tratado industrialmente -cosa bastante reciente- para mejorar sus prestaciones.

Fotos de la Facultad de Ingeniería Forestal, en la Universidad Nacional de Cajamarca, tomadas en setiembre del 2019.

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Básicamente, todas las maderas tienen la misma composición, en fibras de lignito que crecen longitudinalmente según el tronco y que aumentan en capas según el espesor. De la densidad de tales fibras dependen la densidad y la resistencia de la madera. La madera tiene un comportamiento ligado al tiempo y al grado de humedad del ambiente que es muy importante. La madera se cansa con el tiempo, lo que significa que, si para cargas instantáneas resiste una tensión, manteniendo dichas cargas a lo largo del tiempo, la tensión que puede resistir finalmente será menor. Es decir, que, si para una carga instantánea la madera se rompe, si es con una carga mantenida a lo largo del tiempo, hará falta una carga menor que la anterior para que se rompa igualmente.

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Las deformaciones instantáneas, al cabo del tiempo, y sin que aumenten las tensiones, acaban por aumentar espontáneamente una cierta cantidad, que depende de la humedad ambiente. Para que la madera pueda ser suficientemente eficaz como material de construcción ha de montarse en piezas de manera que las fuerzas se alineen con las fibras de la madera y con unas piezas sobreabundantes para que al cabo del tiempo ni se rompa ni se deforme excesivamente. VENTAJAS DE LA CONSTRUCCIÓN EN MADERA  

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La madera es un material natural, renovable y reciclable. En estos sentidos es la materia prima de referencia. Tiene un excelente comportamiento como material aislante, tanto del ruido como de la temperatura. Por consiguiente, se reducen los gastos en energía de la casa fabricada en madera respecto a otras alternativas sin la necesidad de recurrir a aislamientos adicionales. Es un material abundante y por tanto de un coste relativamente bajo. Se reducen los tiempos de construcción y se evitan en gran medida los tiempos de secado o reposo. No solo precisan de menos mano de obra, también menos tiempo. Lo que como es lógico afecta al precio final. Pero no solo eso, en caso de edificaciones en ciudades o lugares densamente poblados se reducen las molestias. El consumo energético necesario para construir con madera es muy inferior. La madera es un material ligero con una alta capacidad de carga. Por tanto, las estructuras son más livianas y se requieren cimentaciones menores. Apta para toda clase de ambientes, incluido zonas cercanas al mar.

DESVENTAJAS DE CONSTRUIR CON MADERA 

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La madera es susceptible al ataque de hongos e insectos. Si está tratada correctamente y el mantenimiento periódico es el adecuado es un riesgo que prácticamente desaparece, aunque ahí está. Vulnerabilidad frente al fuego. Hoy en día existen tratamientos aislantes que reducen drásticamente la acción del fuego y alargan considerablemente los tiempos. En los casos de construcción con madera contra laminada la debilidad contra el fuego es mucho más limitada y presenta mejor comportamiento que otros materiales constructivos tradicionales. Las edificaciones resultantes son a día de hoy más limitadas en dimensiones. Si la madera no proviene de explotaciones responsables desaparece en gran parte el concepto de “material sostenible”.

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6. ARCOS:

Fotos del puente El Tingo, distrito de San Juan, de la ciudad de Cajamarca.

Puente tipo arco: 

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La construcción de puentes tipo arco da lugar a innovaciones en nuevos métodos constructivos que permiten desarrollar procesos muy económicos, rápidos y eficaces. Un puente de arco es un puente con apoyos a los extremos de la luz, entre los cuales se hace una estructura con forma de arco con la que se transmiten las cargas. El tablero puede estar apoyado o colgado de esta estructura principal, dando origen a distintos tipos de puentes. Los puentes en arco trabajan transfiriendo el peso propio del puente y las sobrecargas de uso hacia los apoyos mediante la compresión del arco, donde se transforma en un empuje horizontal y una carga vertical. Normalmente la esbeltez del arco (relación entre la flecha máxima y la luz) es alta, haciendo que los esfuerzos horizontales sean mucho mayores que los verticales. La curva natural del arco y su capacidad de disipar la fuerza hacia fuera reduce grandemente los efectos de la tensión en la superficie inferior del arco. Cuanto mayor es el grado de curvatura (cuanto más grande es el semicírculo del arco), sin embargo, mayores son los efectos de la tensión en la superficie inferior.

Materiales que se utilizan para la construcción de los puentes:    

Piedra artificial y ladrillo Hormigón Acero Aluminio

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VENTAJAS   

Permiten utilizar materiales simples, como piedra y similares, cemento, materiales de relleno, hormigón en masa (no armado), ladrillo, etc. Son adecuados en sitios capaces de proporcionar una buena resistencia al empuje horizontal. Se pueden utilizar para salvar grandes distancias construyéndolos con una serie de arcos sucesivos.

DESVENTAJAS 

La piedra y muchos materiales similares son fuertes en esfuerzos de compresión, pero poco resistentes a esfuerzos de tracción, por lo que, por eso, muchos puentes en arco, están diseñados para trabajar a compresión.

Construcción en arco:

Fotos de la iglesia Catedral, en el centro de la ciudad de Cajamarca.

El arco es una particular solución estructural que resiste las cargas que actúan sobre ella trabajando exclusivamente a compresión, minimizando todo lo posible los esfuerzos de flexión. Para ello, la forma del arco debe aproximarse a la del antifunicular del sistema de fuerzas. El arco permite el uso de materiales no resistentes a tracción, como la piedra o fábrica, que resisten bien a compresión y algo a esfuerzos cortantes. Esta forma de trabajo minimiza la cantidad de material a emplear, con el consiguiente ahorro.

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Elementos de un arco de dovelas 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)

Clave: es la dovela central que cierra el arco Dovela Trasdós Imposta Intradós Flecha Luz o vano Contrafuerte

Apoyos del arco 

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Los apoyos del arco deben estar coaccionados tanto horizontal como verticalmente si no queremos comprometer la estructura. En arcos continuos, aparecerían flexiones que los transformarían en una viga curva y ya no podríamos hablar de arco. La componente horizontal de las reacciones en los apoyos (denominada coceo) dependen de la esbeltez del arco (relación flecha máxima/luz). A mayor esbeltez, mayor componente horizontal de la reacción. Por este motivo, esta tipología estructural sólo es adecuada en terrenos consistentes con gran resistencia a los empujes horizontales. Otra solución sería la disposición de tirantes a fin de absorber los empujes transmitidos a los estribos.

Tipos de arcos en la construcción   

Arcos simples: constituidos por un solo vano curvo. Arcos Compuestos: constituidos por varios vanos curvos, tangentes o no entre sí. Falsos arcos: su intradós está formado por tramos rectos.

Tipos de arcos compuestos 

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Apuntados: El arco apuntado (o arco ojival), está formado por dos tramos de arco formando un ángulo en la clave. El Arco Tudor o arco de cuatro centros es un tipo de arco apuntado. Carpaneles Rampantes Conopiales o flamígeros Angrelados o polilobulados. De inflexión Bizantino

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7. SISTEMAS APORTICADOS:

Fotos del edificio 1A, de la Universidad Nacional de Cajamarca.

Un sistema porticado es el que utiliza como estructura una serie de pórticos dispuestos en un mismo sentido, sobre los cuales se dispone un forjado. Es independiente de su arriostramiento, que podrá hacerse con pórticos transversales, cruces de San Andrés, pantallas u otros métodos; y del material utilizado, generalmente hormigón o madera. Este sistema es el más utilizado hoy en día en las zonas desarrolladas, especialmente en hormigón desde la patente Domino de Le Corbusier. Los forjados transmiten las cargas a los pilares o muros, y éstos a la cimentación.

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VENTAJAS: 

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El sistema aporticado tiene la ventaja al permitir ejecutar todas las modificaciones que se quieran al interior de la vivienda, ya que en ellos muros, al no soportar peso, tienen la posibilidad de moverse. Proceso de construcción relativamente simple y del que se tiene mucha experiencia. Generalmente económico para edificaciones inferiores a 20 pisos. El sistema aporticado posee la versatilidad que se logra en los espacios y que implica el uso del ladrillo. El sistema aporticado por la utilización muros de ladrillo y éstos ser huecos y tener una especie de cámara de aire, el calor que trasmiten al interior de la vivienda es mucho poco.

DESVENTAJAS: 

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Las luces tienen longitudes limitadas cuando se usa concreto reforzado tradicional (generalmente inferiores a 10 metros). La longitud de las luces puede ser incrementada con el uso de concreto pretensado. Generalmente, los pórticos son estructuras flexibles y su diseño es dominado por desplazamientos laterales para edificaciones con alturas superiores a 4 pisos. Obliga a realizar marcha y contramarcha en los trabajos.

CARACTERÍSTICAS: 

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Es el sistema de construcción más difundido en nuestro país y el más antiguo. Basa su éxito en la solidez, la nobleza y la durabilidad. Un sistema aporticado es aquel cuyos elementos estructurales principales consisten en vigas y columnas conectados a través de nudos formando pórticos resistentes en las dos direcciones principales de análisis (x e y). El comportamiento y eficiencia de un pórtico rígido depende, por ser una estructura hiperestática, de la rigidez relativa de vigas y columnas. Para que el sistema funcione efectivamente como pórtico rígido es fundamental el diseño y detallado de las conexiones para proporcionarle rigidez y capacidad de transmitir momentos. Económicamente no se puede fijar un límite de altura generalizado para los edificios con sistemas de pórticos rígidos, pero se estima que en zonas poco expuestas a sismos el límite puede estar alrededor de 20 pisos. Y para zonas de alto riesgo sísmico ese límite se tiene que encontrar en alrededor de 10 pisos.

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VI.

CONCLUSIONES: 

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VII.

Muchos y variados sistemas estructurales se utilizan en la ciudad de Cajamarca, el tipo de sistema depende de las necesidades del edificio, la altura del edificio, su capacidad de carga, las especificaciones del suelo y los materiales de construcción dictan el sistema estructural necesario para un edificio. En particular, estos sistemas han evolucionado para centrarse en la construcción a medida que el suelo no urbanizado se ha vuelto escaso. Igualmente, un sistema estructural deriva su carácter único de cierto número de consideraciones; consideradas por separados, como, por ejemplo, funciones estructurales especificas resistencia a la compresión, resistencia a la tensión; para cubrir claros horizontales, verticalmente; en voladizo u horizontal. Asimismo, existen características para calificar los sistemas disponibles que satisfagan una función específica. De este modo, las soluciones estructurales que se adopten en un proyecto están sujetas a las restricciones que existen con las interacciones de otros aspectos del proyecto, como el arquitectónico, instalaciones sanitarias, entre otros., también por limitaciones en costos, procesos constructivos o por tiempo de ejecución. Por otro lado, la adecuada selección del sistema estructural también depende de la altura del edificio, riesgo sísmico que exista en el área, capacidad portante del suelo, entre otros.

BIBLIOGRAFÍA:  R., G. d. (s.f.). SISTEMAS ESTRUCTURALES. Proyecto de Estructura.  CARLOS NAVARRO, “Estructuras Articuladas” de OCW Ingeniería Estructural, obtenido de https://www.edu.xunta.es/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/dato s/1464947489/contido/75_cerchas.html  ANÓNIMO, Elemento Estructural, Cúpula, obtenido de https://wiki.ead.pucv.cl/index.php/LA_C%C3%9APULA,_ELEMENTO _ESTRUCTURAL  Harmsen, T. E. (2005). Diseño de Estructuras de Concreto Armado. lima: Pontificia Universidad Católica del Perú.  TORROJA, E. Razón y ser de los tipos estructurales. Editorial IccET. Madrid.

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