Diferencia entre revisiones de «Estructura 3 1S2020: Clase 10 Asismicidad»

De Casiopea
 
Línea 108: Línea 108:
:4. El área tributaria de cada elemento estructural vertical, es la representación geométrica de la parte del peso que dicho elemento vertical debe trasladar al suelo.
:4. El área tributaria de cada elemento estructural vertical, es la representación geométrica de la parte del peso que dicho elemento vertical debe trasladar al suelo.
:5. Cada m<sup>2</sup> de un área tributaria aportará en este ejercicio los siguientes valores:                                                   
:5. Cada m<sup>2</sup> de un área tributaria aportará en este ejercicio los siguientes valores:                                                   
::*1 ton/m2 en el caso de Hormigón armado.
::*1 ton/m<sup>2</sup> en el caso de Hormigón armado.
::*0,6 Ton/m2 en el caso de estructuras metálicas con losas colaborantes,
::*0,6 Ton/m<sup>2</sup> en el caso de estructuras metálicas con losas colaborantes,
::*0,4 Ton/m2 en el caso de estructuras metálicas o de maderas sin losas colaborantes.
::*0,4 Ton/m<sup>2</sup> en el caso de estructuras metálicas o de maderas sin losas colaborantes.
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Revisión actual - 12:43 1 jun 2020


AsignaturaEstructura 3
Del CursoEstructura 3 - Primer Semestre 2020
As10
Fecha01/06/2020

Relación de la obra con el suelo

Temas a tratar en esta clase
1. Interpretación arquitectónica del suelo
2. Interpretación arquitectónica de las fundaciones
3. Pre dimensionamiento inicial de zapatas
4. Estrategia para fundar una obra y continuidad estructural

Interpretación arquitectónica del suelo

¿Qué significa interpretar el suelo en términos arquitectónicos? Significa introducir elementos geométricos de delimitación espacial ,de las partes inferiores de un edificio, con los que se pueda distinguir con claridad y precisión, los roles y las características espaciales y formales de esas partes del edificio.

Es teorizar sobre el valor espacial que pueda tener el encuentro de la geometría precisa de un determinado edificio, con la masa informe invisible y ambigua del suelo que lo recibe.

Es tratar de tener claridad sobre ese confuso campo, más allá de una simple recomendación estructural o constructiva (las cuales sin duda pueden servir mucho ),sino desde algo que implique una remisión al fundamento de la obra. A tales elementos geométricos de delimitación los llamaremos “rasantes de suelo”.

Cito aquí un estudio que he realizado sobre la relación las Obras de arquitectura con el suelo En él se afirma en lo sustancial lo siguiente: en todo suelo de una obra de arquitectura, se deben poder distinguir distintas rasantes (o mantos superficiales), que se deben trazar a distintas profundidades y con distintas trayectorias ,en un corte en que se muestre el encuentro del edificio con el terreno. De este modo el emplazamiento de un edificio sobre el suelo tendrá también forma y no será solo resultante de las prácticas convencionales.

El proceso de proyección arquitectónica de la obra le debe dar cabida al proceso de pensar, discutir y definir estas rasantes. En este proceso se deben establecer relaciones geométricas, funcionales y programáticas, que permitan formalizar e identificar funciones para tales sectores vagos de los edificios.

Identificar límites de la habitabilidad, y realidad existencial de los distintos niveles de profundidad que se producen en el suelo cuando una obra de arquitectura se apoya en él. Máxime en el entendido que casi nunca se trata de un simple apoyo, sino más bien del modo como el edificio, que es un ente abstracto y artificial (un cuerpo extraño), se vincula con el suelo, con la tierra, que es un cuerpo natural.

La idea de rasante esbozada más arriba, se refiere a la idea de una especie de manto hipotético que atraviese a lo ancho y a lo largo, el suelo en que se emplazará un edificio. Se trata de mantos teóricos ,que no existen ,pero que se van configurando y definiendo en la medida en que la arquitectura va dando forma precisamente al encuentro de este mundo natural invisible , con el mundo propiamente artificial y visible, de la arquitectura.

En una obra de arquitectura que quiere construir la espacialidad de su suelo, se podrán encontrar muchas rasantes que ayuden a configurarlo (que surgirán seguramente desde la observación), pero no pueden dejar de distinguirse y definirse entre ellas lo que denominaremos las 5 rasantes fundamentales obligatorias, que el arquitecto debe hipotizar para el emplazamiento de su obra en el terreno.

Ellas son las siguientes:

  1. La rasante del terreno Natural: Es aquel manto que resulta de la reconstitución más exacta posible que se pueda hacer respecto de la configuración geográfica del terreno antes de toda ocupación.
  2. La rasante de la topografía actual: Es aquel manto que reconstituye la topografía actual del terreno después de las sucesivas intervenciones y demoliciones que se hayan realizado en el. Excavaciones y rellenos suelen modificar en forma radical la topografía original de los terrenos.
  3. La rasante de “habitabilidad arquitectónica”: Es aquel manto definido por el arquitecto, para configurar lo más precisamente posible, el límite del espacio de la obra al que se le exigen características arquitectónicamente cuidadas. El límite del aparecer de un espacio accesible para quien lo habita.”
  4. Rasante contra terreno: Es aquel manto que muestra la configuración del terreno modificado respecto del terreno natural.Vale decir el real límite entre terreno y edificio.
  5. Rasante de apoyo: Es aquel plano abstracto de naturaleza horizontal sobre el cual se apoya la cara inferior de las fundaciones.El plano en el cual se ubica el sello de las fundaciones.Una obra debiese tender a poseer una única rasante de apoyo, pero la mayoría de las veces las obras deben configurar más de una rasante de apoyo.Especialmente las obras que atacan terrenos con altas pendientes.

Interpretación del concepto “fundaciones” de una obra, en términos arquitectónicos

¿Qué significa interpretar arquitectónicamente las fundaciones de un edificio? Significa sugerir un anteproyecto arquitectónico para las fundaciones de un edificio, a partir de ciertos parámetros básicos de gran simplicidad, que permiten mediante ciertos cálculos elementales definir su tipo, su profundidad, su superficie de contacto, y su disposición en el espacio. A partir de tales definiciones se podrá diseñar y entender mejor la realidad de la totalidad del edificio.

El anteproyecto arquitectónico de las fundaciones, es la base sobre la cual se construirá la habitabilidad del proyecto. Él es una hipótesis, que permite asumir como “con formables” (diseñables), las partes no visibles del proyecto. Para el podemos asumir como hipótesis inicial que la distancia entre la rasante contra terreno y la rasante de apoyo sea equivalente a La décima parte de la altura máxima de la edificación, medida desde la rasante contra terreno hasta el punto más alto del edificio. (Ese es un valor mínimo ,el cual siempre podrá ser aumentado por circunstancias específicas del proyecto).

El valor así obtenido, corresponde a una estimación intuitiva de la posición de “la rasante del plano de apoyo” del edificio, respecto de los niveles pre-fijados para la arquitectura del edificio, y en especial respecto de la rasante contra terreno. A él lo llamaremos “Plano de apoyo sugerido”. El plano de apoyo “verdadero” o sello de fundaciones, será establecido por el mecánico de suelos, quien según la importancia de la obra analizará la viabilidad de “la rasante de apoyo” sugerida, que ha sido predefinida. En obras menores bastará una inspección visual, en otras una inspección visual especializada, y en obras mayores un estudio técnico específico para el suelo en cuestión. Con calicatas y maquinaria especializada.

Desde un punto de vista arquitectónico, todo edificio se apoya en “placas planas”, las cuales poseen una superficie de contacto con el terreno y un espesor determinado. Como criterio simplificado de decisión podremos decidir que la superficie de contacto deberá ser mayor o menor según cual sea la carga vertical que ella descarga sobre el suelo. Estas placas se denominan Zapatas y ellas pueden ser básicamente de dos tipos: Zapatas corridas o zapatas aisladas.

En general denominaremos zapatas aisladas aquellas sobre las que se descarga un elemento preferentemente lineal (pilar o machón) unitarios. Y denominaremos zapatas corridas aquellas sobre las que descargan más de un elemento vertical (Pilar, machón ,Muro) o bien muros de contención o de delimitación de espacios que tengan su longitud en planta como dimensión preferente. Estas placas planas poseen básicamente tres dimensiones que deben ser definidas. Ellas son: El largo, el ancho y el alto de ellas. El pre-dimensionamiento arquitectónico de tales elementos, será tratado en un acápite específico aparte de estas definiciones generales.

Estas placas que denominaremos zapatas ,deben estar apoyadas sobre un terreno cuya resistencia a la compresión debe ser establecido por un especialista (mecánico de suelos), y cuyo dimensionamiento definitivo será parte del proyecto general de estructuras de la obra.

Estas placas que se ubican en contacto con la rasante de apoyo sugerida para el proyecto, como es obvio, podrán en cada obra ,ubicarse a distancias distintas de las respectivas rasantes de habitabilidad ( 1 m, 2 m, 3 m, etc) .La definición de esa distancia es en un primer momento, meramente estimativa, y solo en vistas a facilitar el proceso de proyección en forma integral, se podría recomendar que nunca fuese inferior a 1/10 de la altura total del edificio medida desde su rasante de habitabilidad (o su rasante contra terreno en el caso de que ambas no coincidan), hasta su punto más alto. Equivocarse en esto no tiene mucha importancia, toda vez que la profundidad definitiva será optimizada y establecida por el especialista que hará el proyecto estructural del edificio, cuando este exista y en los proyectos pequeños en que no se consulten estudios específicos de esa naturaleza, quedará cubierta por el margen de seguridad de esta norma que nos estamos dando.

Para proceder al diseño definitivo de las fundaciones de un edificio, que es tarea de un especialista, seguramente no bastan los antecedentes disponibles sobre el terreno que se poseen al momento de abordar un proyecto en estudios preliminares, sin embargo para los efectos de concebir una hipótesis arquitectónica de las fundaciones de un edificio y proceder al pre-dimensionamiento de ellas, que es lo que nos interesa, nos basta decir que deberá tratarse de un suelo natural, libre de desechos orgánicos y libre de los efectos de su formación geológica específica (arenas,arcillas,rocas).

Se tratará por ende de un suelo abstracto, no real, entendido como un fluido con un cierto grado de cohesión (gredas y arcillas), o sin cohesión (arenas), del cual nos interesará básicamente su resistencia a la compresión, cuyas tensiones admisibles serán definidas en Kg/cm2. Todas estas simplificaciones que aquí se aceptan, se basan en la idea de definir sólo una hipótesis de fundaciones (no un proyecto de ellas), que nos permita enriquecer el desarrollo de la parte subterránea del edificio mismo y de su emplazamiento y relación con el así llamado terreno natural.

Podrían existir suelos cuyas resistencias a la compresión fuesen inferiores a la resistencia admisible para la fundación de una obra de arquitectura, en cuyo caso deberá procederse a un mejoramiento de terreno, para el cual se procede conforme a técnicas existentes, específicas para cada caso.

Lo que a nosotros nos interesa para poder precisar lo que sigue, es contar con un terreno de apoyo al cual se le asigna una cierta cohesividad y una cierta resistencia a la compresión. Es a partir de tales condiciones que los arquitectos definiremos una “hipótesis de fundaciones”, que nos permitirá desarrollar la arquitectura de las partes inferiores de la obra, y su emplazamiento definitivo respecto del terreno natural, que es lo que buscamos, sin perjuicio de que el ingeniero especialista pueda asumir o no, en el estudio definitivo de las fundaciones, como base de cálculo, la mencionada hipótesis, o deba modificarla radicalmente para optimizarlas.

Esta hipótesis inicial debe proceder conforme a sus propias leyes: Y nos permitirá tener un conocimiento integral mayor del comportamiento estructural del edificio. Para poder elaborar este anteproyecto solo requeriremos seguir paso a paso los puntos que se indican a continuación.

Procedimiento para definir un pre-dimensionamiento inicial de las zapatas

Anterior a los estudios de mecánica de suelos y de cálculos ingenieriles

A esta definición que es una hipótesis inicial sobre el tamaño, la profundidad y la forma de las fundaciones de un edificio la llamaremos: Anteproyecto arquitectónico de Fundaciones Actuaremos a partir de pasos sucesivos:

1. Definir el Nº y la superficie de los planos rígidos horizontales de los edificios
2. Definir el número de planos rígidos verticales (PVR) del edificio y el N° y tipo de elementos estructurales verticales (pilar, machón o Muro), de que está compuesto cada PRV, por los cuales se transmite al suelo el peso del edificio.
3. Asignar a cada elemento vertical identificado, un “área tributaria” cuya superficie debemos calcular y conocer. La suma de las superficies de todas las áreas tributarias de un piso, debe ser igual a la superficie de todo el piso.( área total del plano rígido horizontal correspondiente.)
4. El área tributaria de cada elemento estructural vertical, es la representación geométrica de la parte del peso que dicho elemento vertical debe trasladar al suelo.
5. Cada m2 de un área tributaria aportará en este ejercicio los siguientes valores:
  • 1 ton/m2 en el caso de Hormigón armado.
  • 0,6 Ton/m2 en el caso de estructuras metálicas con losas colaborantes,
  • 0,4 Ton/m2 en el caso de estructuras metálicas o de maderas sin losas colaborantes.
6. Definir las 5 rasantes fundamentales del proyecto ,en dos cortes maestros ortogonales entre sí.
7. Definir el tipo de fundaciones a utilizar : zapatas corridas o zapatas aisladas. Y trazar los ejes que las ubican
8. A cada una de las zapatas aisladas llegará una carga vertical igual a la suma de las áreas tributarias de ese elemento vertical de todos los pisos (o planos rígidos considerados).
9. Se considerará que la tensión admisible del suelo será de 1 Kg/cm2.
10. El tamaño de la zapata debe ser tal, que ocurra que cada cm2 de ella no transmita al suelo más de 1 Kg de peso, ni menos de 0,1kg.

Esta hipótesis inicial será solo de utilidad para el diseño arquitectónico del edificio y su evaluación inicial. El cálculo definitivo deberá considerar muchos otros factores tales como la mecánica de suelos y las particularidades del diseño arquitectónico y del emplazamiento del edificio respecto del terreno natural.

Dicho estudio podrá ratificar o no la hipótesis inicial de fundaciones, tanto respecto de la ubicación del plano de apoyo( su profundidad) , como del tamaño de las zapatas propiamente tales (su superficie de apoyo).

De cotejar la hipótesis inicial surgida de este pre-dimensionamiento arquitectónico, con la propuesta que surja del estudio específico de las fundaciones que hagan el ingeniero estructural y el mecánico de suelos, podrá surgir la propuesta definitiva de las fundaciones del edificio.

Distinción de Estrategias de fundación

Existen distintas estrategias de fundación de edificios respecto al tipo de continuidad entre la estructura del edificio y las fundaciones del mismo.

Podemos distinguir tres modos elementales:

  1. Continuidad absoluta
  2. Discontinuidad relativa
  3. Aislación sísmica

Trataré de explicar sintéticamente cada una de ellas:

Continuidad absoluta

Es una estrategia de continuidad absoluta, por ejemplo aquella que se produce en la mayoría de los edificios de hormigón armado ,entre los elementos estructurales ,y las fundaciones.( Por ejemplo el pilar de un marco rígido de hormigón que se prolonga bajo tierra hasta rematar en una zapata que descansa en una superficie de contacto con el terreno. Sea en forma aislada, sea en forma colaborante, los elementos verticales de la estructura superior se prolongan en el terreno hasta alcanzar el plano de apoyo (que aquí llamaré también sello de fundaciones)

Discontinuidad relativa

Es una estrategia de discontinuidad relativa, la que se produce en los edificios que poseen por ejemplo una estructura de carpintería metálica o de madera y fundaciones de Hormigón armado. En la que por lo general los distintos elementos de la carpintería se articulan a una estructura de Hormigón mucho más rígida ( no se empotran en ella sino que se articulan a ellas) que se extiende entre la rasante de habitabilidad y la rasante de apoyo. Tal estructura puede estar concebida como una sub estructura integrada y colaborante ,o bien formada por elementos aislados que rematan en zapatas aisladas. (Dados aislados, o entramado de cimientos y sobrecimientos).

Aislación sísmica

Es una estrategia de aislación sísmica, aquella que introduce elementos que “aíslan ” en un edificio, la estructura de las fundaciones, de la estructura del edificio mismo. Dicha aislación disminuye los esfuerzos de corte que las fuerzas de inercia generadas por un sismo transmiten al suelo. Un edificio aislado tendrá menores peak de solicitaciones en cada uno de los esfuerzos que provoca un sismo en una estructura.