FUNDAMENTOS DEL DISEÑO ESTRUCTURAL / VIGAS, COLUMNAS Y FUNDACIONES

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AUTORA: MARIANGELES URDANETA. C.I. 29520980.

ASIGNATURA: PROYECTO DE ESTRUCTURAS.

FUNDAMENTOS DEL DISEÑO ESTRUCTURAL / VIGAS, COLUMNAS Y FUNDACIONES

Las fundaciones son los elementos que conectan la superestructura con el terreno. Estos elementos pueden estar construidos con concreto, acero, madera, o incluso otros elementos. Es la parte de la construcción que se apoya sobre el terreno. Es la base de la construcción la misma que debe soportar el peso de la superestructura en las peores condiciones de carga y repartirlos sobre el terreno en la profundidad necesaria. Las fundaciones pueden clasificarse de acuerdo con la profundidad de desplante en fundaciones superficiales y fundaciones profundas.

Fundaciones profundas. Es utilizado cuando el terreno firme no está próximo a la superficie en donde se transmite el peso de una estructura al terreno mediante elementos verticales. Pilotes. Son un elemento constructivo que permite trasladar las cargas a las capas inferiores más resistentes del suelo. -Pilotes prefabricados. Se hincan en el terreno mediante máquinas de tipo martillo. -Pilotes moldeados in situ. Se realizan en perforaciones practicadas previamente mediante sondas de tipo rotativo. -Pilotes hincados. Se introducen elementos prefabricados de concreto o secciones metálicas por medio de piloteadoras en el suelo. -Pilotes excéntricos. Se ubican fuera de los ejes de las columnas en edificios con estructura reticular.

Fundaciones superficiales. Se utiliza cuando el terreno es firme y está próximo a la superficie del terreno de manera tal de transmitir al terreno las cargas concentradas de las columnas. Zapatas. Se utilizan cuando el terreno tiene en su superficie una resistencia media o alta con respecto a las cargas de la estructura. -Zapatas aisladas. Son de carácter puntual, generalmente están constituidas por dados de hormigón de planta cuadrada. -Zapatas combinadas. Es un elemento estructural que sirve de cimentación para dos o más pilares. -Zapatas corridas. Se utilizan cuando se trata de pilares alineados muy próximos a muros o cuando se necesiten equilibrar cargas excéntricas sobre las zapatas contiguas.

Es aquel elemento estructural vertical que soporta fuerzas de compresión y flexión y que, a su vez, transmite el peso de la estructura (vigas de carga, losas de entrepiso y techo) a las fundaciones. Las columnas pueden clasificarse de diversas maneras, como según su relación con otros componentes del edificio; según los órdenes arquitectónicos clásicos y según los materiales con las que están construidas.

Clasificación según los materiales con las que están construidas. -Columna de acero. Pueden ser sencillas, fabricadas directamente con perfiles estructurales, empleados como elemento único, o de perfiles compuestos, para los cuales se usan diversas combinaciones, como las viguetas H, I, la placa, la solera, el canal y el tubo, y el ángulo de lados iguales o desiguales -Columna de madera. Pueden ser de varios tipos: maciza, ensamblada, compuesta y laminadas unidas con pegamento. De este tipo de columnas la maciza es la más empleada, las demás son formadas por varios elementos -Columnas de concreto armado. Las columnas de concreto armado pueden ser de tres tipos que son: Elementos reforzados con barras longitudinales y zunchos, Elementos reforzados con barras longitudinales y estribos y Elementos reforzados con tubos de acero estructural, con o sin barras longitudinales, además de diferentes tipos de refuerzo transversal.

Clasificación según los órdenes arquitectónicos clásicos. -Columna dórica. -Columna jónica. -Columna corintia. -Columna toscana.

Clasificación según su relación con otros componentes. -Columna aislada o exenta: La que se encuentra separada de un muro o cualquier elemento vertical de la construcción o edificación. -Columna adosada: La que está yuxtapuesta a un muro u otro elemento de la edificación. -Columna embebida: La que aparenta estar parcialmente incrustada en el muro u otro cuerpo de la construcción. -Columna entrega o entregada: La que está adosada pero cuyo fuste no es de una sola pieza, sino formada por trozos que están empotrados en el muro, formando parte de este.

La viga es una estructura horizontal que se utiliza para transportar cargas verticales, cargas cortantes y, en ocasiones, cargas horizontales. Es el componente principal de las estructuras de construcción y se utiliza principalmente en la construcción de puentes, vigas y otras estructuras que llevan carga vertical. Una viga puede actuar como elemento primario en marcos rígidos de vigas y columnas, aunque también pueden utilizarse para sostener losas macizas o nervadas.

Entre los tipos de vigas presentes en cualquier edificación se encuentran: Vigas de carga. Definido como el elemento estructural que transmite el peso del techo o del entrepiso a las columnas o a los muros portantes. Vigas de amarre. Las vigas de amarre son elementos estructurales que, como su nombre lo indica, actúan como amarre de la estructura, evitando el desplazamiento horizontal de las columnas. Otra función de la viga de amarre es servir de intermediario para la unión de la estructura del techo a las paredes. Vigas de corona. La viga corona es el elemento estructural de remate superior de una edificación o de sus segmentos, siendo posible localizarla en el último nivel, actuando como amarre en la parte superior de la estructura. Dinteles. Se denomina dintel al elemento horizontal que se encuentra en la parte superior de las ventanas, puertas y otras aberturas, cuya función es resistir las cargas. Los extremos del dintel se apoyan sobre las jambas, que son las piezas verticales ubicadas a los lados de la ventana o puerta.

Los materiales de elaboración deben ser flexibles, duraderos y resistentes a la vez, por lo que no se utiliza elementos cerámicos, pétreos u otros en su formación. Vigas de madera. La madera de las vigas se comporta de un modo ortotrópico con diversidad en su resistencia y rigidez, soportando así diferentes sentidos en los esfuerzos (paralelo o transversal a la fibra de la madera). Vigas de acero o hierro. El acero en las vigas presenta un comportamiento isotrópico, con más resistencia y menor peso que el hormigón. Con ello, logran soportar mayores esfuerzos de compresión y también mayores tracciones. Vigas de concreto armado. Para elaborar vigas se utiliza el concreto pretensado y el postensado, a diferencia de su antecesor (el concreto armado), por su adecuación a las exigencias de las obras y esfuerzos. Son resistentes, presentan buena flexibilidad y adaptación a las exigencias y tensiones del terreno, aunque son de mayor peso que las de hierro.

El Diseño estructural es una de las áreas donde se desarrolla la Ingeniería Civil y se realiza a partir de las potencialidades que un material puede ofrecer, así como sus características naturales que lo hacen especifico, su bajo costo y las propiedades mecánicas que posee. Su principal objetivo es generar en una estructura por medio del buen uso de materiales y sus propiedades, equilibrando las fuerzas a la que va a ser sometida y resistiendo las solicitaciones sin colapso o mal comportamiento (deformaciones).

Detalles estructurales. Los planos estructurales son una representación grafica de elementos estructurales, que siguen ciertas normas para su dibujo y posterior interpretación. Permite la guía en la materialización de cualquier obra, por lo que debe tener un orden secuencial del proceso constructivo, mostrando los detalles de cada elemento estructural que la conforma o que se construyen conjuntamente. Los miembros estructurales son cada una de las piezas que forman parte de una estructura, poseen carácter unitario y se muestran de la misma manera bajo la acción de una o varias cargas aplicadas.

Formas de falla -Por sobrecarga: la resistencia del material es insuficiente y se despedaza, desgarra, rasga o rompe (esfuerzos permisibles de cada material). -Por deformación excesiva: La rigidez de la estructura es insuficiente y se deforma grandemente, tiene curvatura excesiva, vibra intensamente o se pandea (modulo de elasticidad de cada material). Tipos de esfuerzos -Esfuerzo normal (axial): Son esfuerzos paralelos al eje del elemento, pueden ser de compresión o de tracción o de ambos simultáneos (flexión). -Esfuerzo tangencial (cortante): Son esfuerzos perpendiculares al eje del elemento, que tienden a desplazar una porción del elemento respecto al otro.

Los principios del diseño estructural son: Seguridad. La seguridad se determina controlando las deformaciones excesivas que obligan a que salga de servicio o el rompimiento o separación de alguna de sus partes o de todo el conjunto. Una de las condiciones de seguridad, la estabilidad, se puede comprobar por medio de las leyes de equilibrio de Newton. La condición de seguridad de resistencia a la rotura de los elementos que la componen y de las uniones entre estos, depende de las propiedades mecánicas de los materiales utilizados. Funcionalidad. La estructura debe mantenerse en funcionamiento durante su vida útil para las cargas de solicitación. Un puente que presenta deformaciones excesivas daría la sensación de inseguridad y la gente dejaría de usarlo, en ese momento deja de ser funcional. Economía. El aprovechamiento de los recursos determina un reto para el diseño estructural. En la economía se conjuga la creatividad del ingeniero con su conocimiento.

El diseño estructural consta de los siguientes elementos: -Estructuración. Cuando se requiera, se hará una estructuración preliminar, proponiendo ubicación y dimensiones de los elementos estructurales que permitan afinar un proyecto arquitectónico. -Análisis. Este se realizará con programas de computación que utilizan el método de las rigideces, y nos proporcionan los desplazamientos y elementos mecánicos de los miembros de la estructura. -Diseño. En base a los elementos mecánicos del análisis, se proporcionan las dimensiones y armados de los miembros de la estructura. -Dibujo. Con los anteriores datos se dibujan los planos estructurales. -Memoria de Cálculo. Se realiza memoria de cálculo descriptiva de la estructura mencionando cargas muertas y vivas utilizadas, así como ejemplos de diseño.