Tipología Estructural de Edificios enAltura
Victorio E. Sonzogni
UTN FRSF
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Edificios en altura
Característica distintiva desde el punto de vista estructural:necesidad de resistir acciones horizontales.
Cargas horizontales:
viento
sismos
otros (explosiones...)
Cargas sobre un edificio:(a) Cargas de viento; (b) Fuerzas sísmicas equivalentes
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Edificios en altura
La estructura resistente a cargas horizontales debe poseer:
Resistenciapara evitar colapso o rotura de secciones o elementos.
Rigidez
para evitar deformaciones excesivaspara evitar vibraciones excesivaspara contribuir a la estabilidad
Edificio → voladizo (globalmente)
Un sistema eficiente:no incrementar las dimensiones de los elementos estructurales(vigas, columnas, ...) más allá de las dimensiones necesarias debidoa las cargas verticales.
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Tipología estructural
Elementos constituyentes
Elementos principalesSon los encargados de transmitir las fuerzas horizontales a lafundación
Elementos planos
PórticosTabiques
Elementos espacialesTubo
Elementos de distribuciónSon los encargados de distribuir las fuerzas entre los elementosprincipales.
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Pórtico
(Marco)(Frame)
(a) Deformada; (b) Modo de deformación de corte
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Tabique
(Muro de cortante, pantalla, pared)(Shear wall)
(a) Deformada; (b) Modo de deformación de flexión
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Tubo estructural
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Tubo estructural
Distribución defuerzas axialesen el tubo perforado
Repartición de fuerzas axiales en la ménsula
Lado a barlovento
Viento
Distribución de fuerzas normales en columnas
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Elementos de distribución
Encargados de vincular los desplazamientos de los elementosprincipales
Losas de entrepiso
Losas infinitamente rígidas en su plano: con tres grados de libertadpuede describirse el movimiento del piso correspondiente en eseplano.
Una losa maciza de hormigón armado puede considerarse comosuficientemente rígida en su plano.
También puede serlo una losa alivianada siempre que la capa decompresión sea no inferior a un valor límite (generalmente 5 cm) yposea adecuada armadura de repartición.
En general en lo que sigue se supondrá que las losas sonsuficientemente rígidas para caer dentro de este caso descripto.
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Sistemas estructurales
Con los elementos descriptos → sistemas estructurales
Al aumentar la altura, hay un punto en el cual losdesplazamientos (rigidez) controla el diseño.
Este punto depende del tipo de sistema estructural
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Sistemas estructurales
a) Sistema de Pórticos
Estructurado exclusivamente con pórticos.
Es un sistema flexible. Si se desa incrementar la rigidezdebe incrementarse la sección (el momento de inercia aflexión) de las vigas o columnas, o disminuir la longitudde las vigas (por interposición de más columnas).
Este sistema es eficiente para alturas no mayores de15-20 pisos.
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Sistemas estructurales
a) Sistema de Pórticos
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Sistemas estructurales
b) Sistema de Tabiques y Tabiques acoplados
La resistencia a cargas horizontales está confiadaexclusivamente a tabiques
Tabiques acoplados se da cuando dos (o más) tabiquescoplanares son conectados entre sí por medio de vigas(dinteles) a nivel de cada losa.Esto se presenta, por ejemplo, cuando un tabique debe ser perforado en cada piso
para permitir el paso de una puerta. El acoplamiento de los tabiques confiere a éstos
una mayor rigidez y mejora su comportamiento.
Este sistema es eficiente para alturas no mayores de20 a 30 pisos.
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Sistemas estructurales
b) Sistema de Tabiques y Tabiques acoplados
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Sistemas estructurales
Tabiques acopladosf1
q(x)
f2 f3f1 f2
f3
M1 M1 M2 = M0 2M3
M0 M0
N3l l
N3N3
M3M3M1 M1M2
s1s2
s3
s3
N
s3
M
( )a ( )c( )b
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Sistemas estructurales
c) Sistema de Pórticos y Tabiques combinados
Sistema de buen comportamiento
Cada elemento contribuye a suplir las deficiencias delotro.
La deformación del pórtico es del tipo de corte y la deltabique, de flexion
La losa rígida obliga a desplazarse solidariamente.
Se han llegado a construir edificios de hasta 40 pisos.
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Sistemas estructurales
c) Pórticos y Tabiques combinados
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Sistemas estructurales
c) Pórticos y Tabiques combinados
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Sistemas estructurales
d) Viga pared escalonada
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Sistemas estructurales
d) Viga pared escalonada
Plano resistente k Plano resistente k+1
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Sistemas estructurales
d) Viga pared escalonada
Ventaja de poder obtener grandes luces libres (7 a 20m)
Se han construido hasta unos 40 pisos de altura.
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Sistemas estructurales
e) Tubos estructurales
Usa tubo estructural
Ventaja de poder disponer de columnas más próximas entre sí ytener mayor sección en vigas y columnas que en el caso de pórticos.La separación entre columnas es del orden de 1,5 a 3 m y la alturade vigas puede ser de 0,60 a 1,50 m.
Otras ventajas:Mejor distribución de la estructura, al ubicarla en el perímetro (mayor momento deinercia de la sección global); a la vez que confiere una buena resistencia y rigideza la torsión del edificio.
Las columnas y vigas interiores son solamente para resistir las cargasgravitacionales. Esto posibilita una tipificación de la construcción.
Puede darse mejor aprovechamiento al espacio interior.
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Sistemas estructurales
e) Tubos estructurales
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Sistemas estructurales
e) Tubos estructurales
Variantes: tubos incluidos (tube-in-tube), tuboscombinados o tubos con diagonales en fachada
Con estos sistemas se han construido los edificios másaltos en las décadas de 1970-1980: con alturas entre50 y 100 pisos.
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Sistemas estructurales
f) Sistemas de megacolumnas con tabiques
Un núcleo (tabiques o porticos rigidizados condiagonales) responsable de resistir las solicitaciones decorte
Mega-columnas en la periferia, conectadas con eltabique central a través de grandes vigas (oentramados) que se colocan cada varios pisos.
Esas vigas transmiten (por corte) fuerzas verticales alas mega-columnas, que trabajan a compresión y atracción.
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Sistemas estructurales
f) Sistemas de megacolumnas con tabiques
Vigas
MegacolumnasNúcleo
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Sistemas estructurales
f) Sistemas de megacolumnas con tabiques
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Sistemas estructurales
f) Sistemas de megacolumnas con tabiques
Vigas detransferencia
Tabique
Columnasexteriores
CompresiónTracción
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Edificios construidos
Edificio Union e Benevolenza (Rosario)Fue el primer edificio en torre de la ciudad, en 1943.17 pisos, 52 m de alturaEstructura de pórticos de hormigón armado.Ver imagen
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Edificios construidos
Edificio Minordo (Rosario)25 pisos, 75 m de alturaEstructura de tabiques.Dirección longitudinal: muros medianeros demampostería.Dirección transversal: tabique de hormigón (núcleode circulaciones verticales). Tabiques acoplados.Ver imagen
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Edificios construidos
Mentor (Rosario)Construido en 196121 pisos, 63 m de alturaEn dirección longitudinal, sistema de pórticos ytabiques combinados. (Excepto en planta baja: solopórticos)En dirección transversal, sistema de pórticos.Ver plantaVer alzada
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Edificios construidos
Torres El Faro (Buenos Aires)Construido en 2003, es el edificio más alto deArgentina.47 pisos, 160 m de alturaSistema de tubos estructurales incluidos(tube-in-tube)Ver fotoVer plantaVer construccion
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Edificios construidos
Edificios en hormigón armadoKavanagh, Buenos Aires (1934), en su momento eledificio más alto de América Latina y el más alto delmundo con estructura de hormigón armado, con 120m de altura, 31 pisos. Ver fotoWater Tower Place, Chicago (1976), 74 pisos y 262m de alturaCentral Plaza, Hong Kong (1992), 78 pisos y 309 mde altura. El más alto del mundo con estructura dehormigón armado.
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Edificios construidos
Edificios en aceroEmpire State, New York (1931), 102 pisos y 381 mde altura.World Trade Center, New York (1972), 110 pisos y417 m de alturaSears Tower, Chicago (1974), 110 pisos y 443 m dealtura. El edificio más alto con estructura de acero.
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Edificios construidos
Edificios acero y hormigón (mixta)Torres Petrona, Kuala Lumpur, Malasia (1998), 88pisos y 452 m de altura.Taipei 101, Taipei, Taiwan (2003), 101 pisos y 508 mde altura.Ver fotoVer planta
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Edificios construidos
Council on Tall Buildings and Urban Habitat
Top 100
fotos edificios altos
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