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CRITERIOS ESTRUCTURACION DE EDIFICIOS
Y ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES
Viviana Aguilar - Oscar Brenes - Diana Guisellini
- Natalia Mairena - Denise Mannix
Criterios de estructuración de edificios
CRITERIOS
ESTRUCTURACION DE EDIFICIOS
Buena
estructuración
resistencia sísmica
Recomendaciones
Configuración estructural
Planta
Elevación
Distribución
Soluciones de elementos
REGULARES Y
ROBUSTOS
LIMITACION
FORMAS ATREVIDAS
NECESIDADES
ARQUITETCONICAS - ESTRUCTURALES
ESTETICO-SEGURO
CARACTERISTICAS RELEVANTES
COMPORTAMIENTO SISMICO
Ligero
Evitar masas excesivas en las partes altas del edifico
Ubicar en pisos bajos las áreas con mayor concentraciones de pesos
Evitar diferencias de pesos en pisos sucesivos
vibraciones bruscas en las fuerzas de inercia y en la forma de vibrar del edificio.
Distribución simétrica del peso
_peso
CARACTERISTICAS RELEVANTES
COMPORTAMIENTO SISMICO
Asimetría de la planta
Provoca vibraciones torsionales.
Soluciones
Forma del edificio en planta
Distribución apropiada de elementos
rigidizantes para coincidir centro de
masa y centro de torsión.
Subdivisión de cuerpos independientes
mediante juntas sísmicas.
Vigas de liga exteriores.
_forma planta
CARACTERISTICAS RELEVANTES
COMPORTAMIENTO SISMICO
Alas muy alargadas
Alas vibran en direcciones diferentes.
Soluciones
Forma del edificio en planta
Subdivisión de cuerpos independientes
y cortos mediante juntas simétricas
rigidez a los extremos de las alas y
reforzar cuidadosamente las esquinas
interiores
_forma planta
CARACTERISTICAS RELEVANTES
COMPORTAMIENTO SISMICO
Plantas muy alargadas
Vibraciones en direcciones diferentes
Plantas con esquinas entrantes.
Concentraciones de esfuerzos en las esquinas entrantes.
_forma planta
CARACTERISTICAS RELEVANTES
COMPORTAMIENTO SISMICO
Recomendaciones
Sencillez – Regularidad - Simetría
•
•
Evitar concentración de esfuerzos
Evitar amplificar la vibración en partes superiores
Reducciones bruscas en la parte superior
“Chicoteo”
Altura excesiva de la construcción
•
•
•
Volteo
Inestabilidad
Transmisión de cargas elevadas a cimentación y subsuelo
Análisis dinámicos de la estructura
Proporcionar rigidez lateral en
dirección a la parte mas esbelta
del edificio
Cimentación rígida
_forma elevación
Formas de manejo
CARACTERISTICAS RELEVANTES
COMPORTAMIENTO SISMICO
Separación suficiente con edificios adyacentes
Evitar el golpe de cuerpos al vibrar. (México 1985)
Forma del edificio en planta
Diferencia de alturas  Mayor daño
Vibración de las losas de piso de un edificio golpeen a media altura las columnas del otro
Rigidizar edificios
Limitar movimientos laterales, ligarlos para que vibren en fase.
_separación entre edificios
REQUISITOS
BASICOS DE ESTRUCTURACION
1. El edificio debe poseer una configuración de elementos estructurales que le
confiera resistencia y rigidez a cargas laterales en cualquier dirección. Esto
se logra proporcionando sistemas resistentes en dos direcciones
ortogonales.
2. La configuración de los elementos estructurales debe permitir un flujo
continuo,
regular
eficiente
las fuerzas sísmicas desde el punto en que
Forma
del yedificio
endeplanta
éstas se generan ( o sea, de todo punto donde haya una masa que produzca
fuerzas de inercia ) hasta el terreno.
• Hay que evitar las amplificaciones de las vibraciones, las concentraciones
de solicitaciones y las vibraciones torsionales que pueden producirse por la
distribución irregular de masas o rigideces en planta o e elevación. Para
esto la estructura debe ser sencilla, regular, simétrica, continua.
• Los sistemas estructurales deben disponer de redundancia y de capacidad
de deformación inelástica que les permitan disipar la energía introducida
por sismos de excepcional intensidad, mediante elevado amortiguamiento
inelástico y sin la presencia de fallas frágiles locales y globales.
REQUISITOS
BASICOS DE ESTRUCTURACION
Recomendación de estructuración
•Marco tridimensional
•formado por columnas y vigas en dos direcciones, conectadas entre sí de manera de permitir la transmisión de
momentos flexionantes y proporcionar rigidez lateral a la estructura.
Forma del edificio en planta
•Marco rigidizado con diagonales de contraviento, con núcleos rígidos o
con muros de relleno. En estas estructuras las interacción entre los dos sistemas básicos produce una
distribución de las cargas laterales que es compleja y variable con el número de pisos, pero que da lugar a
incrementos sustanciales de rigidez y resistencia con respecto a la estructura a base de marcos.
•Estructura tipo cajón, de paredes de carga, esta formada por paneles
verticales y horizontales conectados para proporcionar continuidad.
REQUISITOS
ESPECIFICOS DE ESTRUCTURACION
Sistema estructural que le proporcione rigidez y resistencia en dos
direcciones ortogonales
capaz de soportar los efectos sísmicos en cualquier dirección
no se debe hacer
Forma del edificio en planta
Solución
Tiene marcos en una sola dirección,
ya que el sistema de piso es a base de una losa trabajando en un sola dirección en la que no existen vigas. El edifico adolece
obviamente de falta de resistencia lateral en la dirección transversal .
Para solucionarlo se pueden colocar muros de contra viento en la dirección
transversal o formar marcos también en dicha dirección.
REQUISITOS
ESPECIFICOS DE ESTRUCTURACION
Otro tipo de estructuración, es base de muros de carga, tiene la mayoría de
las paredes alineadas en una sola dirección, por lo que en la otra la su
resistencia a cargas laterales es mínima.
Si se trata de una estructura de concreto podrá contarse con cierta resistencia a carga lateral, mediante la acción de marco
entre losa y los muros, en caso de que hubiese la continuidad necesaria en la conexión losa-muro y de que se reforzaran los
muros para resistir los momentos flexionantes.
La solución lógica es disponer de una longitud adecuada de muros alineados
en las dos direcciones
Cuando se refieren a simetría como sistema estructural, el propósito es limitar
al mínimo la vibración torsional del edificio
REQUISITOS
ESPECIFICOS DE ESTRUCTURACION
Además de la simetría es conveniente que la estructuración posea una
elevada rigidez torsional para hacer frente a posibles torsiones accidentales.
Es preferible que los elementos mas rígidos se encuentren colocados en la periferia y no en la parte central
Configuracion estructural con
posible problema de torsion en
comportamiento no lineal
Edificio Dalmau. Barcelona. Apartamentos
VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LOS
SISTEMAS ESTRUCTURALES BASICOS
Permite el uso del espacio interno
Genera poca obstrucción en la planta. Poco espacio ocupado por columnas permite mayor área habitable.
Presenta gran ductilidad y capacidad de disipación de energía
Cuando se siguen los requisitos fijados para tal efecto para cada material estructural.
VIGA DEBIL – COLUMNA FUERTE
Generan resistencia por lo que desarrollan mecanismos de falla que involucran gran numero de articulaciones
plásticas en secciones donde puede disponer de mayor ductilidad.
Genera resistencia y rigidez a cargas laterales bajas
Edificios flexibles
_marcos rígidos
Ventajas/Limitaciones
SISTEMAS ESTRUCTURALES
Sus proporciones dominan la falla
por cortante sobre la flexión por
lo tanto no hay disipación de
energía en campo inelástico
Muros de carga poco separados
Gran rigidez y resistencia a cargas laterales
Capacidad de carga de los muros
Permite diseñar fuerzas laterales elevadas que no consideran reducciones importantes por
comportamiento inelástico.
Aplicación  edificios de altura baja o mediana
Requiere una misma distribución del espacio en áreas pequeñas y uniformes en todos los pisos.
_Sistema tipo cajón
Ventajas/Limitaciones
SISTEMAS ESTRUCTURALES
Marcos rigidizados con contravientos \ muros
Uno de los sistemas mas eficientes contra fuerzas sísmicas
Estructura a base marcos
Libertad del uso del espacio y a ductilidad
Estructura con mucho mayor rigidez y resistencia ante cargas laterales .
Fuerzas laterales
Se concentran en las zonas rigidizadas por la diferencia en rigidez con el
resto de la estructura y se transmiten áreas concentradas de la cimentación
_marco rigidizado
Ventajas/Limitaciones
SISTEMAS ESTRUCTURALES
Irregularidad de los elementos rígidos en la elevación
Transmite fuerzas muy elevadas
evitar concentrar la rigidez en
un pequeño numero de
elementos.
_marco rigidizado
Distribución uniforme de la estructura a lo largo de planta
Obstrucción al uso del espacio interno puede ser significativa.
Ventajas/Limitaciones
SISTEMAS ESTRUCTURALES
Combinación de los sistemas estructurales básicos
Zonas sísmicas
Resistencia de cargas dos sistemas estructurales 
Separación de resistencia de cargas verticales y horizontales.
planta abierta poca
obstrucción por
columnas y muros
En la planta
• Elementos estructurales flexibles y absorben sólo una pequeña parte de las fuerzas laterales
• Elementos muy rígidos que tomas las cargas laterales
Ubicación
•
Edificios bajos sobre terreno no
compresible.
Produce momento de volteo en la base
del núcleo con transmisión de fuerzas
elevadas a la cimentación.
_otros sistemas
•
Grandes núcleos centrales asociados a escaleras y elevadores
A lo largo de las fachadas
Distribuye la resistencia en todo el perímetro
Minimizar la transmisión de esfuerzos a la cimentación,
Libre uso del espacio interior.
Ventajas/Limitaciones
SISTEMAS ESTRUCTURALES
Rigidización mediante uso MACRO-MARCOS
Muros de rigidez o contravientos acoplados por elementos horizontales de la altura del entrepiso
Rigidización total con contravientos
Máximo aprovechamiento de las fachadas.
Armadura vertical que envuelve al edificio.
_otros sistemas
Sistema de piso y techo.
DIAFRAGMAS HORIZONTALES
Losas \ sistemas de
piso y techo
Distribuyen fuerzas
horizontales
Generadas por efectos de inercia
entre elementos verticales
resistencia sísmica
Sistema de losas de
concreto
Poseen alta rigidez por las
fuerzas en su plano
•
Falta de distribución entre los elementos resistentes de las fuerzas de
inercia y las cortantes de entrepiso.
•
En sistemas de muro de carga, las fuerzas de inercia pueden producir
empujes sobre los elementos perpendiculares a la dirección de las fuerzas
sísmicas.
•
Distorsión de la estructura en planta e invalidar la hipótesis de que las
fuerzas sísmicas actuantes en cualquier dirección pueden descomponerse
en fuerzas aplicadas sobre los sistemas ortogonales resistentes de la
estructura.
Problemas
Falta de diafragmas horizontales rígidos
CIMENTACIONES
La cimentación procura proporcionar al edificio una
base rígida
Para la ubicación, se prefiere un lugar de terreno
firme.
Para un suelo blando, es preferible buscar apoyo de la
estructura en franjas firmes mediante las
cimentaciones profundas
Se considera la simetría, regularidad y distribución
uniforme
CIMENTACIONES
Se pretende que la cimentación tenga
una acción de conjunto
Las fuerzas sísmicas producen cargas
axiales
•
Momentos de volteo
•
Fuerzas cortantes
CIMENTACIONES
Es importante que la cimentación pueda
transmitir las cortantes basales al terreno.
Cajón de cimentación
Empuje pasivo del suelo
Elementos no estructurales
METODOS DE DISEÑO
ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES
•
No forman parte de la estructura resistente de la edificación
•
Se pretende evitar el daño no estructural causado
•
Se limita las deflexiones laterales con rigidez lateral a la
construcción y cuidando de la forma y detalles de la estructura.
METODOS DE DISEÑO
ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES
•
Cuidado de los elementos no estructurales:
–
–
•
Revisión de las fuerzas de inercia
Revisión de las holguras
Apéndices
no tienen gran capacidad de disipación inelástica de energía
– Tanques, torres
– Equipo y elementos arquitectónicos
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
características de
elementos
arquitectónicos
especifican en un proyecto
Congruentes con el
criterio de diseño
Pueden sufrir
solicitaciones
Estructura y elementos no estructurales
durante sismo
•
Fuerzas de inercia
Generadas por su propia masa
•
Deformaciones inducidas
por la estructura
contacto al desplazarse por efecto del sismo
•
Desligar un elemento no estructural de la estructura principal
o Prever elementos- estabilidad (cargas vivas, viento)
o Requisitos de funcionamiento de la construcción (aislamiento térmico/acústico,
estanqueidad y apariencia)
o Todas = $
•
No desligan elementos arquitectónicos
o Que presencia no afecte comport de estructura y desplazamiento no excesivo
o Conveniente en estructura de alta rigidez lateral no alterada por ENE y bajos dezp
Protección sísmica:
•
•
Desligar un elemento no estructural
No desligar elementos arquitectónicos
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
Mayores problemas en edificios
(altura, dificultades en solución)
Muy rígidos que trabajan
estructuralmente y absorber
fracción importante de las
fuerzas sísmicas
Muy frágiles que sufren
deformaciones para pequeñas
deformaciones
Modalidad mas frecuente
Muros de mampostería de tabique
Bloque de concreto
Armazones metálicas o de madera
Recubrimientos de yeso o de triplay
Flexibles, mayor posibilidad de ser protegidas
Muros  estructura + rígidos = elementos estructurales
Revisar deformaciones laterales dentro de limites tolerables
Esfuerzos no excedan resistencia
Localización de muros puede ser poco favorable
Excentricidades en planta  torsiones importantes en estructura
_Muros divisorios
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
Integración muros divisorios  estructura rígida
Marcos robustos, pocos pisos o estructuras con rigidez de concreto o arrostramientos
sismos
Muro no abarca la altura total
del entrepiso
Muro rigidiza marco, absorbe
parte importante de fuerza
•
•
•
Poco sensible a muros divisorios
Desplazamientos laterales pequeños
No daños en muros
Principal problema
Resistida por parte descubierta
•
•
_Muros divisorios
Reforzar columnas con abundante refuerzo por cortante
Separar muros de la estructura principal
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
Integración muros divisorios  estructura rígida
Flexible  menos critica
Detallarla para que fallen en zonas controladas / reparar fácil
Complicaciones en uso del
espacio arquitectónico
_Muros divisorios
Holgura generosa entre muro y estructura principal
Min 2cm tanto de verticales como horizontales
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
Integración muros divisorios  estructura rígida
Estabilidad del muro contra volteo, libre movimiento
Detallarla para que fallen en zonas controladas / reparar fácil
Holguras
Deben sellarse aislamiento termino y acústico
Mampostería  espuma poliestireno
Divisorios ligeros  forma constructiva particular
_Muros divisorios
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
piedras naturales o artificiales
resultan propensos a despegarse
Fachadas prefabricadas de concreto
•
•
proveerse detalles y holguras que aseguren no sean afectadas por los movimientos
laterales de la estruc principal
Holguras en el revestimiento y paredes que lo soportan
Marquesina
Proteja al transeúnte
NO escaleras
•
•
Recubrimientos frágiles
Recubrimientos pesados
Ruptura de vidrios
Holgura necesaria (rellena de material, mastique o sellador)
• Vidrio  ventanearía
• Vidrio  estructura
_recubrimientos/ventanas
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
Serios daños a ocupantes
base de elementos pesados
Requisitos
Asegurados al techo firme
Existir holguras (min perimetrales)
Cuidado
Materiales pesados (madera/yeso)
Equipos que cuelguen del techo (anclaje seguro, rigidez horizontal)
_falsos plafones
DETALLES PARA AISLAR
ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS
Muebles y anaqueles altos
Adosados a la pared evitar volteo
Ligar entre si anaqueles en parte superior
Museos
Muebles en que están colocados
Fijación dentro de mueble
_anaqueles y mobiliario
EQUIPO
INSTALACIONES
Equipo costoso y
sensible
Equipos mecánicos
vibratorios
Equipos
particularmente critico
•
•
•
•
•
•
Posición en edificio
Elementos estructurales
fijados
Dispositivos de fijación
•
Montan apoyos flexibles , no
transmitan vibraciones
Molestos para ocupantes
Apoyos para asilamiento
amortiguamiento de vibraciones
Diseñarse anclas
Falla por cortante o volteo
Consideraciones:
Rigidizar o fijar parte superior de equipos.
Tubos:
Flexibles para absorber las deformaciones
Sino:
Proveerse tramos flexibles o juntas
especiales (capaces de rotación o
deformación axial)