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• Luis Miguel Limpias Arnez

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• Hormigón
• Elementos arquitectónicos
• Ingeniería estructural
• Diseño arquitectonico
• Ingeniero civil

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MÁSTER de

ESTRUCTURAS de EDIFICACIÓN con

CYPE B2 Concreto / Hormigón T1

Sistemas estructurales

P1

Tipologías

RESPONSABILIDADES: El contenido de esta obra elaborada por ZIGURAT Consultoría de Formación Técnica, S.L. está protegida por la Ley de Propiedad Intelectual Española que establece penas de prisión y/o multas además de las correspondientes indemnizaciones por daños y perjuicios. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita a ZIGURAT. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. www.e-zigurat.com

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MÁSTER DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACIÓN CON CYPE B2 Concreto / Hormigón T1 Sistemas estructurales P1 Tipologías

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ÍNDICE DE CONTENIDOS ur at

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1. Tipologías estructurales en edificios ................................................................................. 3

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2. Edificios con cargas predominantemente verticales ........................................................ 5 2.1. Losas sobre muros ....................................................................................................... 5 2.2. Losas sobre vigas y soportes ....................................................................................... 6 2.3. Losas sobre soportes aislados ..................................................................................... 6

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© Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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3. Edificios con acciones horizontales relevantes ................................................................ 7 3.1. Funcionamiento de marcos y muros de cortante ......................................................... 9

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No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)

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1. Tipologías estructurales en edificios

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Existen innumerables tipologías de estructuras aplicables a todo tipo de elementos, desde las grandes obras de ingeniería civil, como presas y puentes, hasta las diminutas piezas de la ingeniería industrial, como tornillos.

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Nos centraremos en estructuras de edificios. En algunos edificios la superficie pisable descansa directamente sobre el terreno y sólo hay una cubierta. Es el caso, por ejemplo, de la mayoría de las naves industriales, espacios deportivos, etc. Por el contrario, muchos otros edificios tienen varias superficies horizontales superpuestas sobre las que se desarrollan las actividades para las que está pensado. Los llamamos generalmente edificios de pisos.

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Estructuras de cubiertas con diferentes geometrías que permiten salvar grandes luces.

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Estructuras de edificios de pisos, que ofrecen superficies horizontales pisables.

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Estructuras de cubiertas

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Esto nos conduce a dos grupos fundamentales de estructuras de edificios:

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El objetivo es cubrir grandes espacios con el menor peso y coste, con materiales ligeros y geometrías que la libertad que permiten las cubiertas. Para ello se emplean diferentes estrategias: - Forma activa: tracción (estructuras tensadas) o compresión (arcos, bóvedas y cúpulas) - Superficie activa: superficies laminares (cáscaras y pliegues) - Vector activo: estructuras de barras (celosías) - Masa activa: flexión dominante (pórticos)

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No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)

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Figura 1.1 Pier Luiggi Nervi-Palazzetto dello sport, Roma, 1956 (fuente: wikipedia)

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Estructuras de edificios de pisos

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En el caso de edificios de concreto/hormigón de poca altura en zonas no sísmicas, las acciones horizontales son irrelevantes. En el caso de edificios altos el viento cobra importancia. En edificios sometidos a acciones sísmicas, éstas determinan los sistemas estructurales.

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Figura 1.3 Transmisión de acciones horizontales

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Además deben resistir fuerzas horizontales debidas al viento y al sismo.

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Figura 1.2 Transmisión de cargas verticales

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Las estructuras de edificios de pisos, menos variopintas, son las que nos ocupan en este tema, en particular aquellas resueltas con hormigón armado/concreto reforzado. Constan de elementos horizontales que conforman los pisos y conducen las cargas verticales a elementos verticales que las transmiten al suelo.

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No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)

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2. Edificios con cargas predominantemente verticales

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Las cargas verticales generadas por los usuarios, por el mobiliario, por los elementos constructivos, etc. actúan sobre los suelos del edificio, que son elementos superficiales – horizontales o ligeramente inclinados- que además de resistir cargas compartimentan espacios. En consecuencia, su diseño está condicionado por diversos requerimientos: aislamiento acústico, aislamiento térmico, compartimentación en caso de incendio, etc. En este texto nos centraremos en su comportamiento estructural.

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El caso más simple es el de losas sobre muros. Las losas, macizas o nervadas, transmiten la carga directamente a los elementos verticales y éstos al terreno. Es uno de los sistemas tradicionales de construcción, con fábricas de piedra, adobe o ladrillo y forjados de madera. Los muros suponen importantes servidumbres para el uso del edificio, por su gran ocupación en planta, por lo que es una tipología poco utilizada actualmente.

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Figura 2.1 Planta de edificio con muros de fábrica

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2.1. Losas sobre muros

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Los componentes estructurales de los entrepisos se llaman forjados o losas. Los forjados o losas reciben directamente las cargas. Cuando colocamos un mueble o caminamos por un piso de un edificio, lo hacemos sobre un forjado o losa, independientemente de que tenga sobre él un pavimento de acabado, que no deja de ser una carga más. Las losas pueden transmitir las cargas a los elementos verticales directamente o a través de elementos horizontales más rígidos llamados vigas, jácenas o trabes.

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Estos elementos horizontales transmiten las cargas a los elementos verticales, que pueden ser lineales (muros) o puntuales (pilares o columnas).

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Sus principales campos de aplicación son las obras pequeñas, como algunas viviendas unifamiliares con muros de fábrica y los sistemas con muros de hormigón muy industrializados. En zonas sísmicas, donde se precisan una gran rigidez horizontal, sí se utilizan en habitualmente.

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No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)

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2.2. Losas sobre vigas y soportes

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La aparición del hierro primero y del acero y el hormigón después permitieron superar la rigidez que suponen los muros al permitir disponer soportes puntuales, es decir, pilares o columnas. Los soportes se unen mediante vigas, que conducen a ellos las cargas transmitidas por las losas o forjados.

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Los pórticos no tienen que ser necesariamente rectos ni estar en la misma dirección. En edificios irregulares, se adaptan a la geometría del edificio. En edificios con acciones horizontales importantes, es habitual disponer pórticos en ambas direcciones.

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Figura 2.2 Carga de forjados unidireccionales sobre pórticos

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Cuando sólo tenemos cargas verticales las vigas pueden estar en una dirección, de modo que junto a los pilares/columnas forman pórticos/marcos, que soportan la carga de losas o forjados unidireccionales.

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Tanto los soportes como las vigas pueden ser de hormigón armado, metálicos, mixtos, de madera, etc. Habitualmente se utiliza el mismo material en soportes y vigas.

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2.3. Losas sobre soportes aislados

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Figura 2.3 Carga de forjados bidirecionales sobre soportes aislados

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Esta tipología supone un cambio cualitativo en la manera de conducir los esfuerzos. En lugar de canalizarse a través de vigas, todos los elementos del forjado o losa colaboran.

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No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)

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3. Edificios con acciones horizontales relevantes

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En todos los edificios actúan cargas verticales y acciones horizontales. El peso propio, las cargas muertas, las cargas vivas y las acciones climáticas deben preverse siempre. Sin embargo, hay edificios en los que las acciones horizontales cobran tal relevancia que exigen consideraciones especiales. En el caso de edificios de pisos, los dos principales casos son: Edificios altos y esbeltos, en los que los efectos del viento resultan significativos.

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Edificios situados en zonas sísmicas

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Ante las acciones horizontales, el edificio debe conservar el equilibrio y ofrecer la suficiente resistencia y rigidez.

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Pórticos rígidos

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Pantallas, tabiques o muros de cortante

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Triangulaciones

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Documento 3.1. Javier Manterola. La estructura resistente de los edificios altos

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No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)

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En edificios de gran altura se utilizan sistemas más sofisticados, como los núcleos resistentes, vinculados o no con las fachadas, y los tubos simples o múltiples.

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Muros portantes

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Las condiciones de resistencia y rigidez se alcanzan mediante sistemas estructurales adecuados, entre los cuales podemos destacar cuatro:

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Figura 3.1 Edificio con tracciones en cimentación

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Las condiciones de equilibrio no suelen verse comprometidas, generalmente el peso propio y las cargas muertas estabilizan el edificio. Si esto no es suficiente, puede ser preciso plantear cimentaciones que funcionen a tracción.

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Muros portantes

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Por su gran rigidez en su plano, los muros portantes resisten simultáneamente cargas verticales y esfuerzos horizontales. Su competitividad estriba en que sirven también como muros de cerramiento y partición, de modo que suelen trabajar holgados, con tensiones muy pequeñas.

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Pórticos rígidos

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Sin embargo, ocupan mucho espacio en planta y dificultan posteriores modificaciones. Debido a ello y a su escasa ductilidad se utilizan generalmente en edificaciones de escasa entidad. En zonas sísmicas, las fábricas suelen ir reforzadas o confinadas entre pórticos.

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Pantallas, tabiques o muros de cortante

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En estructuras de acero o madera la dificultad para conseguir nudos rígidos limita aún más las posibilidades de este sistema.

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Si las uniones entre vigas y pilares/columnas son rígidas –algo habitual en hormigón- los pórticos son estables ante esfuerzos horizontales. Para conseguir la suficiente rigidez, sin embargo, son precisas secciones importantes, mucho mayores que las necesarias para soportar las cargas verticales.

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Se trata de un mismo elemento cuya denominación varía según el lugar. Son muros de hormigón/concreto de dimensiones más o menos ajustadas, pero en cualquier caso mucho más rígidos que los pilares o columnas.

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Es un sistema muy eficaz cuyo principal inconveniente es su repercusión en la planta.

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Consiste en triangular los cuadrantes de los pórticos con barras que funcionan a tracción o compresión, formando una celosía. Se trata de un sistema típico de estructuras de acero o madera, pero muy infrecuente en estructuras de concreto/hormigón.

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Triangulaciones

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No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)

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3.1. Funcionamiento de marcos y muros de cortante

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Los muros de cortante funcionan como ménsulas empotradas en el terreno. Su deformación, por lo tanto, es la propia de una ménsula.

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Figura 3.2 Deformación de un muro de cortante/tabique/pantalla

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Si tenemos marcos rígidos y muros de cortante, interaccionan entre sí. En los pisos inferiores los muros de cortante restringen la deformación de los pórticos, pero en los pisos superiores la aumentan, por lo que es importante que la sección de los muros sea suficiente para controlar por sí sola las derivas totales del edificio.

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Figura 3.3 Deformación de un marco/pórtico

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La deformación de los marcos es muy diferente, es mucho mayor en la parte inferior y menor en la superior.

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En el apartado Archivos de Trabajo del tema podemos descargar la obra:

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Figura 3.4 Deformación de una estructura con muros de cortante, con marcos y mixta

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