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Mster de Especializacin en Estructuras Metlicas y Mixtas
Recorrido americano
Versin imprimible
B3 Edificios T1 Configuracin estructural en edificio
P1 Organizacin general de la estructura
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Mster de Especializacin en Estructuras Metlicas y Mixtas B3
Edificios T1 Configuracin estructural en edificio P1 Organizacin
estructural en edificio
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No se permite un uso comercial. No se permite copiar,
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mismo con propsitos comerciales. Siempre se debe reconocer y
citar al autor original, previa autorizacin escrita.
1
NDICE DE CONTENIDOS
1. Introduccin
.................................................................................................................
3
2. Evolucin de los rascacielos
......................................................................................
7
3. Sistemas Estructurales en Edificios Altos
..............................................................
18
3.1 Sistemas de Prticos a Cortante
........................................................................
18
3.2 Sistema de Triangulacin y Prtico a Cortante
................................................... 20
3.3 Arriostramientos en forma de K, o X.
..................................................................
21
3.4 Prticos a cortante, Celosas Verticales, Perimetrales y de
Conexin ................ 21
3.5 El Tubo Porticado
...............................................................................................
24
3.6 El Tubo Triangulado
...........................................................................................
27
3.7 Sistema de Tubos Agrupados o Tubo Modular
................................................... 29
3.8 Sistemas de tubos compuestos
..........................................................................
32
4. Edificios relevantes
...................................................................................................
34
5. Estructura vertical
.....................................................................................................
36
5.1 Sistema de transmisin vertical de cargas
.......................................................... 36
5.2 Configuracin de los prticos
.............................................................................
40
6. Tipo de uniones
.........................................................................................................
47
6.1 Uniones Atornilladas
..........................................................................................
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2
6.2 Uniones Soldadas
..............................................................................................
53
7. Estructura horizontal
................................................................................................
57
7.1 Organizacin de la estructura horizontal
............................................................ 57
7.2 Tipos de forjados
................................................................................................
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Edificios T1 Configuracin estructural en edificio P1 Organizacin
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citar al autor original, previa autorizacin escrita.
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1. Introduccin
Edificio alto: No es tarea fcil distinguir cul es el aspecto que
caracteriza a un edificio como alto, ya que su altura relativa
depende del entorno donde est enclavado. As, un edificio de 6
plantas en una ciudad pequea, habitualmente es considerado como
Torre y el mismo en
New York pasara absolutamente desapercibido.
Desde el punto de vista del diseo estructural, esta clasificacin
guarda estrecha relacin con
las solicitaciones horizontales (viento o sismo) y las
deformaciones que stas imponen.
Los mtodos corrientes de clculo (incluso el de los Elementos
Finitos), son aplicables en el
estado no deformado, por lo tanto, ser preciso limitar las
deformaciones individuales de los
miembros integrantes para poder garantizar las condiciones de
aplicabilidad de un
determinado mtodo o de lo contrario ser preciso realizar el
estudio de los mecanismos de
2 orden. Caso contrario, estaremos abordando valores de
solicitaciones internas errneos y
por consiguiente a dimensionados incorrectos.
La estructura, transmite las acciones de peso propio, de uso y
accidentales hasta la
cimentacin, asegurando, adecuadamente, los siguientes
aspectos,
- Resistencia: es la mayor o menor capacidad de una estructura
para evitar la rotura. Hay que garantizar la seguridad mnima
requerida frente a las posibilidades de colapso
de la construccin.
- Rigidez: representa la mayor o menor capacidad de la
estructura para oponerse a la deformacin. Hay que evitar
deformaciones excesivas, controlar las vibraciones y
contribuir a la estabilidad del edificio. Las vibraciones
excesivas tienen incidencia en el
confort de las personas o en la utilizacin de mquinas o equipos
sensibles.
- Estabilidad: define la capacidad de sta, para mantener su
condicin original de equilibrio.
- Ductilidad: la estructura debe ser capaz de sufrir suficientes
deformaciones plsticas antes de alcanzar alguna forma de
colapso.
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Existen diversos sistemas estructurales con los que puede
construirse un esqueleto de un
edificio. Un sistema resultar eficiente si las condiciones de
rigidez no hacen aumentar las
secciones de los elementos estructurales ms all de los valores
que poseen para cumplir
con los valores de resistencia.
Puede observarse globalmente, que un edificio es un voladizo
sujeto en su base y solicitado
por cargas (axiales, horizontales y momentos) a lo largo de toda
su altura.
En edificaciones de baja altura, las acciones gravitatorias son
las que generan las solicitaciones dominantes que definirn la forma
y cuanta estructural, sin que las dems
acciones (inclusive las horizontales) provoquen una
interferencia capaz de influir en el diseo.
Los edificios bajos tienden al modelo de slido de compresin, el
cual goza de excelentes
caractersticas de estabilidad.
A medida que la construccin comienza a crecer en altura, el
volumen comienza a ganar
esbeltez, y por otro lado las acciones horizontales comienzan a
dominar sobre las
gravitatorias, con lo que la estructura paulatinamente abandonar
el modelo de slido de
compresin para adquirir el de un verdadero voladizo empotrado en
el suelo.
Por otra parte, todos los elementos estructurales con que se
integra una estructura, aunque
con diferente gradiente, entran en prdida de rigidez conforme
que el edificio comience a
ganar altura, y con ello comienzan a desencadenarse una serie de
mecanismos propios de
las estructuras de los edificios altos tales como la
Inestabililidad Elstica, la Rotacin de la
Base, etc.
En definitiva, en edificios de gran altura la Rigidez prima
sobre el problema Resistente.
Las estructuras de edificios altos se conciben como un gran
voladizo empotrado en el suelo,
solicitado axialmente por las cargas verticales (gravitatorias)
y transversalmente por las
acciones horizontales (sismo o viento). El problema resistente
se enmarcara en el mbito
dela flexo-compresin.
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Los elementos estructurales bsicos con los que nosotros podemos
conformar una estructura son:
Prtico Dctil.
Prtico Rgido.
Pantalla.
Estructuras Mixtas.
Ncleo.
Tubo.
Deformaciones: Las cargas, generan un movimiento vibratorio con
amplitud y frecuencia propias, y guardar una estrecha vinculacin
con el confort y la habitabilidad de la estructura.
Se recomienda que la flecha o cabeceo en la cima no deba pasar
de h/500 donde h es la
altura total del edificio, y en principio sin contar con la
colaboracin que al respecto realicen
los muros o tabiques interiores.
Estabilidad: Una mencin aparte merece el pandeo que proviene
como consecuencia de un mecanismo de 2 orden. Este mecanismo se
manifiesta como una sobre flexin de las
columnas debido al descentrado de las cargas gravitatorias
producido por la deflexin lateral
que generan las fuerzas horizontales durante su actuacin. La
razn de este fenmeno radica
en el hecho de que en estructuras de edificios altos no se
pueden despreciar algunos
mecanismos de 2 orden y si el mtodo de clculo no lo tiene en
cuenta es preciso incorporar
clculos complementarios para su correccin.
Hasta 10 plantas, Podramos casi asegurar que el problema
resistente domina sobre la rigidez, y por este motivo durante mucho
tiempo se aceptaron procedimientos simplificados de
clculo acompaado de un somero estudio de las acciones
horizontales.
Ms de 10 plantas, no podemos obviar el fino estudio de las
deformaciones. Y, para seguir adelante, es preciso estudiar el
Sistema Estructural, como nica va de proceder a conferir al
edificio en altura de una estructura eficiente y cuyo costo se
enmarque dentro de los costos
estndares.
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Otro fenmeno que merece comentario es el de la deformacin del
suelo y la interaccin suelo-estructura. Las cargas gravitatorias y
horizontales que actan sobre una estructura
deben ser transmitidas a la tierra a travs de la estructura de
cimentacin. En principio
podramos decir que la altura del edificio no afecta los
principios de diseo de los firmes de
cimentacin.
Las fuerzas gravitatorias, por lo general, crecen linealmente
con el nmero de pisos y no provocan importantes deformaciones
(salvo que se presenten grandes asimetras tanto
geomtricas, de cargas o de rigidez).
En contraste con estas, estn las fuerzas horizontales, que
provocan deformaciones que varan con la cuarta potencia de la
altura (se trata de un voladizo), y por lo tanto generan
deformaciones capaces de superar fcilmente los rangos
anteriormente citados. Diremos por
lo tanto que en el edificio en altura, la solicitacin dominante
es la solicitacin horizontal.
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citar al autor original, previa autorizacin escrita.
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2. Evolucin de los rascacielos
Los primeros edificios en altura datan de finales del siglo XIX.
El sistema constructivo de la
poca, como es conocido, es el de mampostera portante; y el
ejemplo ms importante en
este sistema constructivo lo constituye el MonadnockBuilding de
Chicago (figura 2.1), un edificio de oficinas de 17 plantas
proyectado por los arquitectos Daniel H. Burnham y John W.
Root, construido entre los aos 1889/1891.
Figura 2.1 MonadnockBuilding de Chicago
Cortesa: www.ou.edu
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En este rascacielos primitivo, de estructura de mampostera y con
muros portantes, las cargas gravitatorias son conducidas hacia los
cimientos a travs de los muros.
En el caso del MonadnockBuilding al nivel de planta baja, los
muros exceden los 2,10 m de
espesor, lo que implica que a este nivel, la superficie ocupada
por los muros estructurales
llega alrededor del 20% de la superficie de la planta
(configurando un elevadsimo nivel de
interferencia con el proyecto arquitectnico, generando serios
problemas a la circulacin
horizontal. Si por otra parte, analizamos el cociente entre la
carga de utilizacin de la
estructura contra el peso total de la estructura, veremos que
este ndice es bastante bajo, es
decir mucha masa estructural para poca carga de explotacin.
Esto nos lleva a pensar que dicha altura (64 metros) est muy
cerca del lmite de altura para
este sistema constructivo.
Este es el ltimo rascacielos en que se emple este mtodo de
construccin, y representa un
hito en la historia de los rascacielos.
En 1885, un ingeniero americano, de vasta experiencia en
construcciones militares y
ferroviarias, William Le BaronJenney, se convirti en el padre
del rascacielos moderno. Al
proyectar el Home InsuranceBuilding de Chicago (La Casa del
Seguro), un edificio de oficinas relativamente bajo (10 pisos) tuvo
la ingeniosa idea de reemplazar a la mampostera
portante por un armazn de vigas y columnas de acero sobre los
que apoy los pisos y los muros, ya sin funcin estructural (al menos
primaria).
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Figura 2.2 Home Insurance Building de Chicago
Cortesa: http://chicagoarchitecture.info
Esta concepcin, que implican tanto un nuevo concepto estructural
(prtico) y un nuevo
material: el acero. El acero, 150 veces ms resistente que la
mampostera, traa consigo un
sinnmero de ventajas con relacin a la construccin con mampostera
portante.
Tantas ventajas, en especial de ndole econmica trajeron un rpido
reconocimiento de este
tipo constructivo por parte de los ingenieros de la poca y el
apoyo oportuno de dos factores
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adicionales como la expansin econmica de los Estados Unidos de
fines del siglo XIX y el
desarrollo del ascensor, abrieron camino al desarrollo del
moderno rascacielos.
Con un sistema constructivo adecuado en mano, y una creciente
demanda de oficinas en las
inmediaciones de los distritos financieros, rpidamente se
desarroll la industria que en muy
poco tiempo entr en la carrera por el techo del mundo.
Rpidamente se super las 17
plantas del Monadnockbuilding, y se desarrollan muchos edificios
de 20 plantas y ms.
Histricamente, el desarrollo de edificios metlicos de gran
altura es deudor de la rpida expansin que tuvo lugar en Chicago
despus del gran incendio de 1871. Mientras el acero proporcionaba
la resistencia bsica para soportar las cargas gravitatorias, los
cerramientos de
mampostera proporcionaban por s mismos una considerable rigidez
frente a las fuerzas del
viento, adems de proteccin frente al incendio.
Aunque los cerramientos contribuan considerablemente a la
rigidez lateral, el propio prtico
haba de soportar buena parte de las fuerzas del viento. La
expresin arquitectnica segua
dominada por la obra de terracota, ladrillos o materiales
similares que, a menudo, tambin
formaban ornamentos, balcones y otras decoraciones de las
fachadas.
Por encima de las 20 plantas, se requiere restringir la
deformabilidad horizontal del prtico.
as se logra mantener en los lmites de deformacin gracias a una
adecuada combinacin de
dichos elementos y aparecen los llamados rascacielos de primera
generacin.
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distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos
derivados del
mismo con propsitos comerciales. Siempre se debe reconocer y
citar al autor original, previa autorizacin escrita.
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En 1909 la MetLife Tower alcanza los 213 metros
Figura 2.3 MetLife Tower de New York
Cortesa: www.skyscrapercity.com
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Mster de Especializacin en Estructuras Metlicas y Mixtas B3
Edificios T1 Configuracin estructural en edificio P1 Organizacin
estructural en edificio
Zigurat Consultora de Formacin Tcnica S.L.
No se permite un uso comercial. No se permite copiar,
distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos
derivados del
mismo con propsitos comerciales. Siempre se debe reconocer y
citar al autor original, previa autorizacin escrita.
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En 1913 la torre Woolworth alcanzaba con 57 pisos los 241
metros,
Figura 2.4 Woolworth de New York
Cortesa: http://american-architecture.info
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citar al autor original, previa autorizacin escrita.
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En 1930 se construyen los dos mximos exponentes el Chrysler
Building de 319 metros y 77 pisos.
Figura 2.5 Chrysler Building de New York
Cortesa: www.howardmodels.com
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Y el EmpireStateBuilding con 381 metros y 102 pisos.
Figura2.6 Empire State Building de New York
Cortesa: http://upload.wikimedia.org
Sabas que
El EmpireStateBuilding, para un viento de 130 km/h produce una
oscilacin apenas perceptible, lo
que habla de la eficiencia de su diseo, y uno ms sorprende
cuando se piensa que en dicha
fecha, el clculo estructural slo contaba con laboriosos mtodos
de clculo como el Teorema de
Castigliano o el Mtodo de las Fuerzas y se manejaba estructuras
de ms de 2000 grados de
hiperestaticidad (plana) que implican la resolucin de sistemas
de ms de 2000 ecuaciones con
2000 incgnitas.
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Cabe destacar que todos estos edificios se encuentran en
servicio en la actualidad, con ms
de 70 aos de vida.
Al aumentar la demanda de estructuras ms ligeras, ms altas y
construidas en menos
tiempo, se mantuvo el mismo vocabulario de prticos con uniones
rgidas atornilladas o
soldadas, a menudo con arriostramientos contra el viento entre
algunos pilares del ncleo.
Con el tiempo, el cerramiento de mampostera dio paso a formas ms
ligeras, las particiones
fueron sustituidas por paneles ligeros, y la proteccin contra el
incendio de hormign fue
substituida por un material ligero proyectado.
Esta tendencia queda reflejada en el edificio de 25 plantas
LeverHouse de Nueva York, construido en 1952, que tiene una fachada
de metal y cristal y materiales no estructurales
ligeros.
Figura 2.7 Lever House de New York
Cortesia: www.howardmodels.com
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citar al autor original, previa autorizacin escrita.
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La influencia de Mies van der Rohe, por lo que se refiere a la
modularidad de las fachadas y la expresin estructural del prtico,
permiti la arquitectura exterior de los edificios altos de los
cincuenta y sesenta.
La evolucin del muro-cortinade metal y cristal no slo permiti
cerramientos ms ligeros sino tambin sistemas de cierre simplemente
apoyados en la estructura. El plano del piso se
dividi en un esquema de emparrillado de vanos regulares en todas
direcciones y las
dimensiones de los vanos entre 7.5 y 10 m eran habituales.
Los Prticos a Cortante (Vierendeel) eran bsicamente muy
ineficaces para resistir las fuerzas del viento, ya que no podan
obtener rigidez de cerramientos integrados en la
estructura y la importancia estructural de la altura era
considerable. Se reconoci que el
concepto de prtico a cortante era anti-econmico para estructuras
de ms de 35 plantas de
altura
Figura 2.8 Prtico a cortante (Vierendeel)
La idea de que los componentes de acero pueden montarse de
varias formas para conformar
un sistema tridimensional general que pueda resistir con
eficacia las fuerzas del viento como
un sistema total empez a aparecer en los sesenta.
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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
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citar al autor original, previa autorizacin escrita.
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La problemtica para la proliferacin de los rascacielos radicaba
en los elevados costes de
material para llevar a cabo la estructura. El ingeniero
americano FazlurKhan, busc sistemticamente una evolucin lgica de
los sistemas de gran altura. Plante el diseo
tubular de las estructuras que rebajaba los costes y se hizo
realidad el edificio John Hancock de Chicago con 100 plantas y 344
metros de altura.
Unos aos ms tarde introdujo otro sistema estructural conocido
como el BundledTube
(Tubulares agrupados). Con este sistema se construy la Sears
Tower con 110 plantas y 442
metros de altura. Se superaba en altura al EmpireState (381m) y
su coste por metro cuadrado
era inferior. Adems la estructura concentrada en la fachada daba
diafanidad a la arquitectura
interior con lo cual se aumentaba la versatilidad funcional del
espacio.
Los desarrollos del Sr. Kahn son, hoy en da, sistemas
convencionales de diseo de
rascacielos.
Figura 2.9 John Hancock Center
Cortesa: www.chicagoarchitecture.info
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Edificios T1 Configuracin estructural en edificio P1 Organizacin
estructural en edificio
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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 propsitos comerciales. Siempre se debe reconocer y
citar al autor original, previa autorizacin escrita.
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3. Sistemas Estructurales en Edificios Altos
A continuacin se ofrece una breve exposicin de los sistemas
metlicos de gran altura. Las
descripciones de los sistemas son de naturaleza conceptual.
3.1 Sistemas de Prticos a Cortante
En los prticos a cortante o Vierendeel, las vigas y pilares estn
unidos rgidamente para
proporcionar resistencia a flexin en las uniones Se colocan en
dos direcciones ortogonales
para resistir las fuerzas del viento en ambas direcciones.
Normalmente se utilizan luces entre pilares de entre 6 y 9 m. En
estos prticos a cortante, la
principal aportacin a la flecha horizontal bajo carga de viento
viene de la flexin de las vigas
y los pilares debida al cizallamiento por el viento y, en menor
medida, del acortamiento de los
pilares o del efecto de voladizo.
Figura 3.1 Prtico a Cortante (Vierendeel)
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citar al autor original, previa autorizacin escrita.
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Un ejemplo destacado de esta expresin es el edificio de Business
MensAssurance, en Kansas City, una estructura de 20 plantas
construida hacia 1960.
Figura 3.2 Business MensAssurance
En la prctica habitual, los edificios con prticos a cortante
puros quedan restringidos a slo
unas pocas plantas de altura, dado que se dispone de otras
formas ms eficaces. No
obstante, la forma rectilnea limpia de Vierendeel puede seguir
siendo la preferida en casos
en los que otras formas, que incluyen diagonales o cerchas,
pueden interferir con la
programacin arquitectnica y espacial. La ineficacia bsica de los
edificios de prticos a
cortante proviene de la necesidad de uniones rgidas resistentes
al momento, que son caras
de fabricar, adems de que precisan gran cantidad de acero.
La optimizacin de los prticos con sentido prctico se ha centrado
en reducir al mnimo el
nmero de tales uniones, sustituir la soldadura in situ por el
atornillado y criterios similares.
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citar al autor original, previa autorizacin escrita.
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3.2 Sistema de Triangulacin y Prtico a Cortante
Si la organizacin del ncleo lo permite, pueden colocarse
triangulaciones verticales.
La combinacin del prtico a cortante y los arriostramientos
verticales provoca la interaccin
de dos modos de comportamiento,
Prtico a cortante: resiste las fuerzas gravitatorias.
Sistema en voladizo: resiste las fuerzas del viento y
proporcionan rigidez lateral con ms eficacia que los prticos a
cortante.
Figura 3.3 Prtico a cortante con triangulacin
En este sistema estructural coexisten dos tipologas
estructurales y en definitiva cada uno de
ellas contribuye a suplir las carencias de la otra. La
deformacin del prtico a cortante es
distinta a la deformacin del sistema en celosa. Bajo la
suposicin de diafragmas rgidos en
los forjados de cada planta, las deformaciones de ambos tipos de
estructura estn obligadas
a igualarse y as la deformada ser la de un modelo intermedio. En
los pisos inferiores, el
prtico a cortante se deforma mucho y el prtico en voladizo se
deforma menos. As, en los
pisos inferiores el prtico a cortante absorber la mayor parte
del esfuerzo a cortante de las
cargas externas. En los pisos superiores, por el contrario, la
deformacin relativa del prtico a
cortante es pequea y la del sistema en voladizo es mayor. En
este caso, el sistema en
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voladizo absorbe las cargas de cortante y el prtico a cortante
se cuelga del sistema en
voladizo.
Este tipo de sistema interactivo tiene un gran campo de
aplicacin en estructuras entre 10 y
40 plantas. En edificios ms bajos, puede suprimirse el efecto
rigidizador del prtico, con el
resultado de que slo los ncleos en celosa soportan todas las
fuerzas del viento.
3.3 Arriostramientos en forma de K, o X.
La forma de K: las diagonales no participan mucho en soportar la
carga gravitatoria y, por
tanto, pueden proyectarse para esfuerzos axiales debidos al
viento.
La forma de X: las fuerzas axiales gravitatorias pueden dominar
el diseo de las diagonales.
3.4 Prticos a cortante, Celosas Verticales, Perimetrales y de
Conexin
Los prticos a cortante y las celosas en el ncleo pueden
enlazarse por medio de un sistema
de celosas intermedias y perimetrales que se colocan a nivel del
forjado, donde no
interferirn con la planificacin del espacio interior.
El anlisis de la curva de flexin muestra dos efectos de
rigidizacin:
Uno relacionado con la participacin de los pilares externos en
un modo de voladizo de
toda la anchura del edificio.
El otro relacionado con la rigidizacin del prtico de la fachada
gracias a las celosas
perimetrales.
Comparando sistemas de celosa y prtico a cortante sin estas
celosas, pueden conseguirse
aumentos de la rigidez general hasta del 25%
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Figura 3.4 Prtico a cortante con triangulacin
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Un ejemplo de este tipo de edificios es el Wisconsin Centre, en
Milwaukee, un edificio de 42 plantas estructurado de esta
forma.
Figura 3.5 Wisconsin Centre
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3.5 El Tubo Porticado
Si el prtico a cortante de la fachada se refuerza reduciendo la
distancia entre pilares
yaumentando las dimensiones de las barras y si tales prticos son
continuos en las esquinas,
el prtico general se transforma en un tubo en voladizo,
empotrado en el suelo.
La eficacia del voladizo depende de la minimizacin de la parte
de flecha horizontal debida al
prtico a cortante. Un objetivo bsico es reducir este componente
a menos del 25% de la
flecha horizontal total de forma que la deformacin predominante
sea la de un sistema en
voladizo.
Figura 3.6 Eficacia voladizo respecto el prtico a cortante
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Mster de Especializacin en Estructuras Metlicas y Mixtas B3
Edificios T1 Configuracin estructural en edificio P1 Organizacin
estructural en edificio
Zigurat Consultora de Formacin Tcnica S.L.
No se permite un uso comercial. No se permite copiar,
distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos
derivados del
mismo con propsitos comerciales. Siempre se debe reconocer y
citar al autor original, previa autorizacin escrita.
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Si se colocan dichos prticos en las cuatro caras de una torre se
obtiene una configuracin
tubular hueca.
El sistema de tubo porticado se utiliz por primera vez,
realizado con hormign armado, a
mediados de los sesenta. El sistema se adopt posteriormente para
edificios de acero. Las
proporciones del tubo porticado exigen elementos anchos tanto
para vigas como para pilares
y las uniones deben ser rgidas. Con hormign, la unin rgida se
consigue mediante
hormign realizado in situ, mientras que con acero es necesario
soldar las uniones para
conseguir rigidez y armar chapas para tener secciones
grandes.
La utilizacin de un Mdulo de rbol prefabricado para tubos
porticados en el que todas las soldaduras se realizan en el taller
en posicin horizontal, ha hecho los tubos porticados de
acero ms prcticos y efectivos.
Figura 3.7 Mdulo de rbol
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citar al autor original, previa autorizacin escrita.
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Posteriormente, se montan los rboles atornillndolos por la parte
central de las vigas.
Los edificios de tubos porticados de acero implican distancias
entre pilares de 3 a 5m en el
exterior que pueden mantenerse o, si es preciso, aumentarse a
distancias mayores en las
plantas inferiores para acoger las actividades habituales al
nivel de la calle. Estos sistemas
tubulares se han utilizado ampliamente en estructuras entre 30 y
110 plantas de altura.
Un ejemplo destacado fue el WorldTrade Centre de Nueva York.
La siguiente figura muestra una configuracin plana concreta
utilizada como tubo porticado. Si
se mantiene la proporcionalidad de los elementos de los tubos,
cualquier forma global cerrada
puede utilizarse como sistema tubular.
Figura 3.8 Tubo porticado
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3.6 El Tubo Triangulado
La estructura ms eficaz actuando como voladizo es el sistema
triangulado exterior. Este
sistema se utiliz por primera vez en el John Hancock Centre de
Chicago,
Figura 3.9 John Hancock Centre
Cortesa: www.urbanity.es
El sistema es bsicamente un tubo reticulado en el que las
diagonales no slo actan como
cerchas en el plano sino que interaccionan con las celosas de
las fachadas perpendiculares
para desarrollar la accin de tubo. Una importante ventaja del
tubo reticulado es que elimina
la necesidad de tener los pilares poco separados del tubo
porticado ya que los
arriostramientos evitan el fenmeno de retraso por cortante.
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citar al autor original, previa autorizacin escrita.
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En el John Hancock Center, la separacin de los pilares de la
cara larga es de 12,2 m y en la
corta de 7,62m. Otra ventaja de este tubo es que el interior est
libre de estructuras para
resistir la accin del viento. Por tanto, es ptimo para edificios
multifuncionales.
El sistema se completa con los pilares interiores precisos y un
sencillo entramado de forjado.
Sabas que
La estructura de 100 plantas y 337,5 m de altura del John
Hancock slo precis 141,8 kg de acero
por metro cuadrado de superficie bruta de forjado. El clculo de
la mayora de los elementos fue
condicionado por las fuerzas gravitatorias, ms que por las del
viento. La fabricacin de uniones en
el taller y su atornillado insitu permitieron tcnicas de
fabricacin y montaje ms sencillas. La
estructura claramente disciplinada estableci la base de la
arquitectura exterior de este edificio.
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3.7 Sistema de Tubos Agrupados o Tubo Modular
La necesidad de una modulacin vertical lgica ha creado una
variacin de la estructura
tubular basada en el agrupamiento de tubos de menor tamao, cada
uno de los cuales
alcanza una altura distinta. Esta variacin se ejemplifica en el
sistema de tubos agrupados de
las Torres Sears de Chicago:
Figura 3.10 Torres Sears
Este edificio aport una nueva forma genrica para estructuras
denominadas de tubos
agrupados En la torre Sears, el tubo empaquetado est formado por
mdulos cuadrados de
22,86 m. Estos tubos alcanzan alturas distintas y finalizan
cuando, arquitectnica y
estructuralmente, ya no son precisos. Las paredes del tubo estn
formadas por soportes a
4,57 m entre ejes y vigas de canto en cada piso. La introduccin
de lneas de tubo porticado
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citar al autor original, previa autorizacin escrita.
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en el interior redujo notablemente la influencia del efecto del
retraso de cortante que
presentan los tubos exteriores de grandes dimensiones.
Una importante ventaja del sistema de los tubos agrupados es la
gran resistencia a la torsin, que ayuda a absorber los esfuerzos
laterales debidos a la asimetra. Adems de cumplir los criterios de
deformacin y resistencia frente al viento, son precisas la
especificacin de los elementos y uniones en busca de la
ductilidad y una adecuada
secuencia de formacin de rtulas plsticas. Si se utilizan vigas
de mayor canto se consigue
mayor eficacia tubular. No obstante, esta ventaja tiene que
adecuarse al principio de pilar
fuerte y viga dbil para garantizar las rtulas plsticas en la
viga.
La torre del Allied Bank de Houston, de 75 plantas y 296 m, es
otro ejemplo de la aplicacin del tubo de estructura agrupada.
Figura 3.11 Allied Bank
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Figura 3.12 Esquema planta del Allied Bank
Est formado por dos cuartos de crculo colocados
antisimtricamente hacia el eje tubular.
Las distancias entre ejes de los pilares son de 4,57 m, con la
construccin tipo rbol
habitual. El sistema tambin utiliza dos celosas verticales en el
ncleo, conectados al tubo exterior por medio de una celosa de
conexin y perimetral. Gracias a la participacin de las
celosas se consigue una gran mejora del comportamiento
tubular.
Este sistema incorpora, por tanto, elementos del tubo porticado,
de los tubos agrupados y de
los sistemas de celosas de zunchos y vigas en voladizo.
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3.8 Sistemas de tubos compuestos
El primer Canadian Centre de Calgary, Canad, est formado por dos
torres y un pabelln paralelo de diez plantas ubicados en un terreno
en forma de L. Las torres tienen 64 y 43
plantas. Para este prominente lugar en forma de L era muy
deseable una forma que
proporcionara vistas diagonales sobre las montaas y sobre la
ciudad.
Figura 3.13 Canadian Centre
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Ambas torres tienen formas similares, constituidas bsicamente
por un paralelogramo con
esquinas truncadas y vueltas hacia el interior. El concepto
estructural se basa en un doble
tubo formado por uno porticado exterior de hormign armadoy uno
interior de pantallas. El sistema, mostrado