Clase Diseño Estructural - TEODORO IVAN BLAKMAN BRIONES

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DISEÑO ESTRUCTURAL PARA EDIFICIOS DE BAJA COMPLEJIDAD. 
 
 
Podemos definir como “estructura”, a la parte de una edificación encargada de resistir las 
cargas actuantes y transferirlas a suelo firme, es decir, es la encargada de trasladar hasta el 
terreno, con suficiente seguridad (sin colapso y evitando excesivas deformaciones), las acciones 
que soporta. 
Estas cargas pueden ser de diferente tipo: desde el propio peso de la estructura y de los 
elementos fijos incorporados a la construcción (muros, pisos, contrapisos, cielorrasos, etc.), así 
como las que producen las actividades humanas que se desarrollan en las construcciones. 
También deben ser capaces de transmitir al terreno acciones ambientales que generan 
esfuerzos en las estructuras como las producidas por el viento, la nieve, los sismos, etc. 
Para ello deben dimensionarse elementos estructurales que cumplan con las siguientes 
condiciones: 
a) Resistencia: Los esfuerzos que aparecen en ellos por efecto de las cargas actuantes 
sean bastante menores que los que provocarían la rotura del material, de manera que puedan 
absorber los esfuerzos que generan las cargas con suficiente seguridad. 
b) Rigidez: Las deformaciones que inevitablemente aparecerán en los elementos 
estructurales estén limitadas de manera que no afecten otros componentes de la construcción 
(carpinterías, instalaciones, etc.) o bien tornen inestable al conjunto estructural, 
comprometiendo su estabilidad. 
c) Durabilidad: Mantengan sus propiedades físicas y mecánicas a lo largo de toda la 
vida útil de la construcción 
 
Es importante destacar que cada proyecto arquitectónico presenta problemas de variadas 
soluciones, por lo que no existen “recetas” que lleven a la elección de la forma estructural más 
adecuada. Solo la experiencia adquirida en prácticas sobre distintos proyectos, irá formando el 
propio criterio conceptual de diseño. 
El Arquitecto deberá en su primera actividad, al realizar el o los croquis preliminares, 
organizar en el espacio que está creando los distintos planos o elementos estructurales que 
aportarán estabilidad (para cargas verticales y laterales) a la forma arquitectónica. De esta 
manera logrará que el fenómeno del equilibrio no sólo esté presente en el proceso de diseño, 
sino que sea uno de sus generadores. 
Durante los croquis preliminares debe tenerse en cuenta la estructura, integrándola a la 
generación de la forma arquitectónica, de modo tal que no resulte un agregado puramente 
tecnológico, sin valor en sí mismo o, como muchas veces ocurre. 
En la segunda etapa del proceso de diseño, la de Anteproyecto, se deber dar proporciones 
a los elementos estructurales, esto es predimensionarlos de manera de poder asegurar la 
factibilidad del diseño. El conocimiento conceptual del funcionamiento de los distintos 
mecanismos resistentes es una gran ayuda para poder cumplir exitosamente con esta 
intervención. 
Finalmente, en la etapa de Proyecto Definitivo, los cálculos y comprobaciones servirán 
para definir detalles, ratificar las proporciones dadas a las piezas estructurales, o en su defecto, 
rechazar la viabilidad del sistema propuesto. 
El análisis estructural consiste en la determinación de los efectos originados por las 
acciones sobre la totalidad o parte de la estructura, con el objeto de efectuar comprobaciones 
en sus elementos resistentes. 
Existe la tendencia a considerar la estructura como algo separado, que se apoya en la 
fundación y a su vez esta se apoya en el suelo el que se considera indeformable o, en todo caso 
que sus deformaciones no influyen sobre la estructura. De ningún modo esto es así: la estructura 
es una sola: superestructura, fundación y suelo forman un único sistema resistente que debe ser 
estudiado unitariamente. Por lo tanto desde el principio se debe considerar cada tipo estructural 
en relación con las posibilidades de fundación y la interacción con el suelo. 
 
La estructura de hormigón armado de una construcción consiste en la combinación de 
elementos interconectados de un único o más materiales componentes y con posibilidad de 
formas geométricas diversas. 
En forma general estos elementos de hormigón armado se pueden clasificar en tres 
grandes grupos según cuáles son sus dimensiones predominantes: 
1) Elementos lineales. 
2) Elementos superficiales. 
3) Elementos volumétricos o tridimensionales. 
 
1. Elementos lineales: 
Los elementos lineales son aquellos en los que una dimensión predomina sobre las dos 
restantes y genéricamente se los denomina barras. 
Dentro de estos elementos nos encontramos con: 
Vigas: Son elementos lineales de dirección horizontal que trasladan cargas 
perpendiculares a su dirección y las transfieren hasta los apoyos ubicados en los extremos de las 
mismas. Están predominantemente sometidas a flexión aunque pueden admitir pequeños 
esfuerzos axiles (tracción o compresión). 
Columnas: Son elementos lineales de dirección vertical que trasladan cargas 
principalmente en la dirección de su eje de un nivel superior a otro inferior. Están 
predominantemente sometidos a compresión aunque admiten esfuerzos de flexión. 
Tensores: Elementos lineales cuya dirección puede ser tanto vertical como horizontal o 
incluso oblicua, predominantemente sometidos a tracción. 
Puntales: Elementos lineales cuya dirección puede ser tanto vertical como horizontal o 
incluso oblicua predominantemente sometidos a compresión. 
Pilotes: Son elementos lineales insertos en el terreno natural. Se utilizan pilotes cuando 
estratos resistentes del terreno se encuentran a importantes profundidades (pueden ir de 
aproximadamente 3.00 m de profundidad hasta 20.00 m). 
 
2. Elementos superficiales: 
Estos elementos se caracterizan porque dos dimensiones predominan sobre la tercera. En 
forma general pueden ser de forma plana o presentar diferentes curvaturas. Las primeras se 
denominan genéricamente placas y las segundas cáscaras o membranas. Dentro de los 
elementos superficiales planos podemos tener las: 
Losas: Elementos superficiales con cargas normales a su plano medio (plano que se 
encontraría en el sector medio de su espesor) por lo que están sometidas predominantemente 
esfuerzos de flexión. Dentro de un edificio, son aquellos elementos sobre los cuales se 
desarrollan las actividades humanas. En la mayor parte de los casos las losas envían sus cargas a 
vigas de borde o de contorno que, a su vez, transmiten las cargas a las columnas 
Losas nervuradas o casetonados: Cuando por sus elevadas dimensiones en planta, los 
espesores de las losas son grandes, se pueden alivianar utilizando manteniendo una capa 
superior maciza. 
Entrepisos sin vigas: En realidad no difieren de las losas pero a diferencias de éstas se 
apoyan puntualmente sin la existencia de vigas sobre columnas. En estos apoyos, las columnas 
suelen presentar un engrosamiento denominado capitel para reducir los efectos 
punzonamiento. 
Tabiques: Elementos superficiales comprimidos dispuestos en forma vertical. 
Vigas de gran altura o vigas pared: Elementos superficiales cargados en su plano que 
transmiten su carga a apoyos puntuales. Las vigas pared son usuales en los tanques de los 
edificios. 
Plateas flexibles: Elementos superficiales ubicados directamente sobre el terreno y 
utilizados como fundaciones. Se diseñan cuando el terreno superficial es de poca resistencia y es 
necesario utilizar toda la superficie de la construcción para transmitir las cargas al terreno. En las 
plateas las columnas se apoyan en forma directa sobre la platea. 
 
 
3. Elementos tridimensionales: 
En este caso ninguna dimensión es preponderante respecto de las demás. Generalmente 
están relacionados con las fundaciones. 
Bases: Elementos tridimensionales de forma de tronco de pirámide de base cuadrada o 
rectangular, transmiten cargas de las columnas al terreno. 
Zapatas corridas: suele llamarse así a las bases de elementos lineales como pueden ser 
los tabiques. 
Cabezales de pilotes: Son elementosprismáticos de gran rigidez cuya función es distribuir 
en forma uniforme la carga de una o varias columnas o tabique, entre cierto número de pilotes. 
 
ESQUEMA ESTRUCTURAL 
El primer paso de todo cálculo estructural consiste en plantear un correcto esquema 
estructural de cada una de las plantas o niveles. Este esquema forma parte de la etapa de 
Anteproyecto y en este sentido se señala que tiene que cumplir con las reglamentaciones 
vigentes. 
En general, un buen sistema estructural es aquel en que se ubican en cada planta las losas 
en correspondencia con los ambientes. Estas losas descargan sobre vigas que generalmente 
reciben las cargas de las mamposterías de cerramiento, de esta manera la ubicación de las vigas 
en correspondencia con los muros permite ocultarlas en ellos. Las vigas confluyen en las 
columnas que descargan sobre bases que son los elementos directamente apoyados en el 
terreno. 
Esta transmisión de cargas muchas veces no resulta tan sencilla ya que las diferentes 
plantas poseen diferentes arquitecturas, por lo cual no es posible repetir la misma estructura en 
todas las plantas. Estas modificaciones, planta a planta evidentemente va a influir en la 
configuración estructural de cada una de ellas. 
De esta manera surge la posibilidad de poder apoyar muros sobre losas, apoyar vigas 
sobre vigas, incluso columnas sobre vigas y otras alternativas. Sin embargo, estas alternativas 
deben ser decididas en última instancia ya que se hace más compleja la estructura lo que puede 
tener una importante incidencia económica. 
Por ello es imprescindible que el arquitecto que proyecta un edificio tome en cuenta a la 
estructura desde la concepción y mejor aún cuando mantiene un intercambio con el proyectista 
de estructuras ya que permite obtener mejores resoluciones para el proyecto en su conjunto. 
 
Cada elemento estructural tiene una forma convencional de representación que se detalla 
a continuación: 
 
LOSAS: 
Las losas son los elementos estructurales que reciben prioritariamente las cargas útiles, es 
decir, aquellas cargas que son consecuencia de la vida humana. Las losas se dividen en dos tipos: 
 a) Losas unidireccionales (L mayor / L menor ≥ 2) 
 b) Losas cruzadas. (L mayor / L menor ≤ 2) 
 
Las losas unidireccionales descargan en su dirección menor y el símbolo convencional 
utilizado es el siguiente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Como caso particular de las losas unidireccionales se encuentran los voladizos que poseen 
tres de sus cuatro bordes libres y descargan sobre el restante. 
 
 
 
 
 
 
 
 
La representación convencional de las losas cruzadas es la siguiente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESCALERAS: 
Las escaleras son losas que presentan una serie de particularidades. 
En la mayoría de los casos se comportan como losas y se las calcula como tales. La 
combinación de los tramos y descansos, así como la conformación de sus apoyos ofrece tantas 
alternativas que estamos frente a un problema de diseño más que uno de dimensionado y 
cálculo. 
Dado su pequeño ancho, las escaleras de hormigón armado suelen ser losas 
unidireccionales, pero a diferencia de las restantes losas, pueden descargar en la dirección larga. 
Uno de los diseños de losas excluye las vigas de borde en la dirección corta. Por tal motivo, 
la losa carece de posibilidad de dirigir sus esfuerzos a la dirección corta y no tiene más remedio 
que hacerlo en la otra dirección. 
 
 
 
Esto no ocurre si en el esquema anterior se colocaran vigas a ambos lados de la escalera 
que a su vez descargaran en las vigas de los niveles superiores e inferiores. En este caso la losa es 
unidireccional descargando en la dirección corta como se puede ver en el gráfico siguiente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VIGAS: 
Las vigas se indican con una línea única. Las vigas no sólo descargan en columnas o 
tabiques sino que también pueden hacerlo sobre otra viga. Sin embargo, es preciso tener 
cuidado de no formar estructuras excesivamente deformables cuando se hacen apoyar vigas que 
descargan sobre otras vigas y así sucesivamente. 
Otro aspecto a tomar en cuenta es que las vigas son elementos que sostienen una planta 
pero afectan a la planta inferior ya que se ponen en evidencia en el cielorraso del piso inferior 
afectando a la estética de este último, por lo cual es conveniente disimular ocultándolas dentro 
de los tabiques de mampostería. 
 
COLUMNAS: 
En algunos casos, las columnas no llegan a descargar en forma directa sobre el terreno 
sino que se interrumpen al llegar a alguna viga. Estos apoyos de columnas sobre vigas se llaman 
“apeos”. 
Si bien es una posibilidad estructural, es conveniente evitar los apeos ya que interrumpen 
la marcha natural de las cargas y producen importantes esfuerzos de flexión que deben cubrirse 
con secciones importantes de hormigón altamente armadas. 
 
BASES: 
En un proyecto estructural puede haber diferentes tipos de bases aisladas. En primer 
lugar, se encuentran las bases centradas que son aquellas donde la columna descarga en el 
centro de la base. También existen las bases excéntricas o “bases de medianera” que son 
aquellas donde la columna descarga en uno de los bordes de la base. Por último, se encuentran 
las bases doblemente excéntricas o “bases de esquina”: Las formas de representación de cada 
una de las bases se indica a continuación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Las bases excéntricas y doblemente excéntricas son bases que pueden tener importantes 
giros debido a que la carga de la columna se encuentra desplazada respecto de la reacción del 
terreno. 
Para limitar este giro se han ideado ciertas soluciones estructurales de las cuales la más 
común es la de base con tensor. 
También puede ocurrir que luego de dimensionar las bases, éstas se superpongan. En ese 
caso, se pueden ejecutar bases combinadas con dos más columnas y vigas de rigidización. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PAUTAS DE DISEÑO: 
Teniendo en cuenta que el estricto cumplimiento de ellas no siempre es posible, debiendo 
evaluarse para cada proyecto en particular la importancia relativa de cada una. 
 Las columnas se ubicarán en lo posible en cruces de paredes y alineadas entre sí. Esto 
permitirá a las vigas portamuros descansar directamente sobre ellas (figura 4). Por otra parte, 
podrán diseñarse secciones en “L” o “T” ocultas en la mampostería en caso de ser necesario; 
esto último adquiere mayor importancia en las columnas sobre ejes medianeros, las que por 
tener base excéntrica, pueden estar sometidas a flexión. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Es conveniente que exista continuidad vertical, lográndose un flujo de tensiones más 
directo hacia el suelo resistente. El apeo (apoyo) de columnas de planta superior sobre vigas, si 
bien puede ser estáticamente apto, normalmente encarece la solución estructural y aumenta los 
riesgos de construcción (Figura Nº 5). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Las distancias entre columnas que generalmente resultan más económicas están en el 
orden de los 3m a 6m. Esta relación se refiere a que para luces mayores disminuye la cantidad 
de bases y columnas, pero se incrementan sus dimensiones como así también las de las vigas 
respectivas (Figura Nº 6). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Las columnas, en edificios de baja altura, pueden ser reemplazadas por paredes de 
mampostería portante de espesor mínimo 20 cm (de ladrillos cerámicos portantes o ladrillos 
comunes). Las losas apoyan directamente sobre ellas, mientras que las vigas lo hacen a través de 
dados de apoyo de hormigón para distribuir las tensiones de compresión (Figura Nº 7). 
 
 
 Según el tipo de suelo, la fundación de estas paredes portantes podrá realizarse 
mediante “zapata corrida” o por medio de vigas de fundación y “pilotines” a suelo firme. Las 
distancias entre pilotines surgen de la capacidad portante de estos y la rigidez flexional de la viga 
(Figura Nº 8). También pueden utilizarse plateas de fundación. Podemos reconocer a las vigas de una planta tipo como “principales “y “secundarias”. 
Si Bien es conveniente que todas las vigas descansen sobre apoyos directos, se puede aceptar el 
apeo de vigas secundarias sobre otras vigas siempre que estas últimas apoyen sobre columnas 
(Figura Nº 9). 
En la figura puede observarse el camino que deberá recorrer una carga aplicada en “A” 
para llegar a tierra en cada caso. La solución I, siendo estáticamente apta, presenta un mayor 
compromiso ante una eventual falla de un elemento estructural. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Es conveniente que las luces de las vigas en línea concurrentes a un apoyo no difieran 
en gran medida. Esto conduce a un mejor aprovechamiento de la continuidad estructural, que 
seguramente se verá reflejado en una mayor seguridad y economía de la estructura (Figura Nº 
10). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Las losas de entrepiso pueden ser unidireccionales o cruzadas. Las primeras 
transmiten las cargas en una sola dirección apoyándose en dos (2) bordes opuestos o 
empotrándose en un extremo (en voladizo). Las losas cruzadas transfieren la carga en dos 
direcciones generalmente ortogonales, apoyándose en uno o dos bordes por cada dirección. En 
las losas rectangulares cuando la relación entre los lados es superior a 2, aunque puedan estar 
sustentadas en todo su perímetro, se las considera como unidireccionales descansando sobre los 
bordes opuestos en la luz menor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Los tabiques divisorios de planta superior de pequeño espesor (10 a 15 cm) que no 
soporten carga adicional a su propio peso, no requieren en todos los casos de vigas que los 
sostengan, pudiendo descansar directamente sobre losas. Cuando el tabique se desarrolle en la 
dirección de armado de una losa unidireccional, se construirá un refuerzo bajo pared apoyado en 
vigas o columnas, de funcionamiento similar al de una viga invertida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 En general, las losas sobre las que funcionan los sanitarios de planta superior se 
encuentran en un nivel más bajo respecto de las demás. Esto permite la ubicación de piletas 
de piso y cañerías de desagüe en el contrapiso que tiene un espesor mayor para nivelar el piso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En los siguientes cuadros se indican dimensiones (alturas) aproximadas de losas y vigas, 
las cuales podrán ser consideradas a efectos de un predimensionado. Es conveniente unificar 
en lo posible las alturas y espesores de los distintos elementos estructurales. La existencia de po-
cas secciones diferentes para losas, vigas, columnas y bases disminuye las posibilidades de 
errores de replanteo, como así también los costos de mano de obra y encofrados.