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EDIFICIOS ALTOS
Mientras se construyen, tienen solicitaciones de carga y condiciones distintas, que cuando esta terminado.
El Ingeniero deberá asegurarse que la estructura será capaz de resistir durante estas etapas constructivas, incluyendo un posible sismo o viento, durante estas etapas.
Generalmente las estructuras se analizan considerando un comportamiento lineal estático dentro del rango elástico, que incluye la sumatoria de cargas verticales en las columnas.
Mientras se incrementa la altura en la construcción de un edificio, la respuesta estructural a cargas axiales, momentos y desplazamientos, puede diferir a lo calculado en un análisis en el rango elástico
Para tener mayor rapidez, el ingeniero por lo general, tiene que realizar hipótesis y simplificaciones, como que una estructura solo se comporta linealmente, o que una edificación se construye en un solo
paso, pero con el paso del tiempo, va afinando estas hipótesis.
La mayoría de las estructuras no se construyen en una sola etapa.
(Un ovni no vino y colocó rascacielos en un solo paso).
Con la ayuda de las computadoras, y los programas de análisis estructural, ahora se pueden analizar con más detalle las estructuras.
La secuencia de construcción puede considerar:
Efectos dependientes del tiempo de los materiales
Parámetros no lineales en la geometría (P-Delta)
Deformaciones de cada nivel
SECUENCIA DE CONSTRUCCIÓN EN EL PROGRAMA ETABS
Es una aplicación que habilita las etapas de construcción, con su respectivo análisis y diseño en cada etapa
En la cual los sistemas estructurales y cargas son agregados o removidos
El análisis que considera la secuencia de construcción, tomará la deformación que ya sufrió la estructura en las etapas anteriores.
Así, el segundo nivel, considera las deformaciones que ya sufrió el primer nivel, y así subsecuentemente.
Podemos crear grupos de etapas de construcción, considerando nivel por nivel, o por un grupo de niveles (ejemplo, cada 5 niveles), esto quedará a criterio del ingeniero, y también dependerá del tipo de
material de la construcción y el proceso constructivo que se seguirá.
EXPLICACIÓN DEL CONCEPTO CON UN EJEMPLO BÁSICO
Tomaremos los datos de un ejercicio realizado por Carlos Ferreira, de CSIAmerica (antes CSIBerkeley), en donde con cálculos manuales, crea una macro en excel, para calcular los desplazamientos.
Imaginemos una columna aislada, sujeta al proceso tradicional de construcción general de edificios.
Por el momento no tomaremos en cuenta los efectos dependientes del tiempo (flujo plástico, contracción) en la secuencia de construcción, para simplificar el ejemplo.
Asumiremos que tenemos una estructura, como la que mostramos a continuación, donde cada columna de longitud L representa un nivel de un edificio, y que en el proceso de construcción nos interesa más en tener
cada losa por nivel en la posición de elevación correcta, en vez de tener las columnas de una longitud igual a L.
La rigidez de la columna (fuerza necesaria para producir un desplazamiento unitario) depende del área sección transversal (A), el módulo de elasticidad longitudinal del material (E) y la longitud (L)
y será EA/L
Cuando se termina la secuencia 1, o nivel 1, este ya sufre una deformación, debido a las cargas de peso propio.
Así, el nivel 2, en una construcción real, deberá ser un poco más alto, para que la altura total sea 2L (porque el primer nivel ya tiene menos longitud que L)
Y así sucesivamente, para los demás niveles. En un edificio alto, esto ya llega a ser considerable, porque presentará más esfuerzos, y algunas vigas podrían tener fallas, si esto no es considerado, ya que se
crean excentricidades adicionales, al tener estas deformaciones, y los momentos serán mayores.
Adicionalmente, mientras se construye nuestro edificio, debemos considerar la posibilidad, de que lleguen cargas laterales accidentales, como sismo o viento, por lo que podremos revisar en cualquier etapa,
que nuestra estructura sea adecuada para resistir estas posibles solicitaciones.
EJEMPLO EDIFICO 10 NIVELES DE 3 METROS CADA NIVEL
En un ejemplo de un edificio de 10 niveles, con L (Longitud por nivel de 3m), una P (carga) de 300 kN, y EA= 30.5 * 10 ^ 6 * 0.3 * 0.3 (concreto con columnas de 0.3 x 0.3), la longitud real de cada columna,
para cumplir con la altura del edificio de 30m, queda así:
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| Cuando se construye el 1er nivel, esta ya sufrió una deformación, por lo que tiene una altura menor, y para poder alcanzar la altura requerida, el 2do. nivel, debe medir más, y así sucesivamente. Esto representa no solo una estructura no lineal geométricamente, con esfuerzos por excentricidades, sino más material y peso en la estructura. |
¿Cuándo se recomienda analizar por secuencia de construcción?
En Edificios ALTOS
En Edificaciones irregulares, principalmente donde algunas columnas no lleguen hasta la base, como veremos en los siguientes ejemplos
EJEMPLO 1 EN ETABS: MARCO IRREGULAR, DÓNDE UNA COLUMNA NO LLEGA HASTA LA BASE
DESPLAZAMIENTOS
ETAPA FINAL DESPLAZAMIENTOS
En la etapa Final, se muestra hay diferencia en desplazamientos, en ambos casos (construído en una etapa y en varias etapas)
MOMENTOS
ETAPA FINAL MOMENTOS
En la etapa Final, se muestra hay diferencia en los momentos, en ambos casos (construído en una etapa y en varias etapas)
CARGA AXIAL
ETAPA FINAL CARGA AXIAL
En la etapa Final, se muestra hay diferencia en carga axial, en ambos casos (construído en una etapa y en varias etapas)
La carga axial presenta una reducción en el análisis de secuencia de construcción, y esto se puede explicar, debido a que los efectos de tensión que causan la carga en la viga, se muestran visibles y la
columna colgada en la viga ocasiona una tensión en ese viga, lo cual eventualmente crea una tensión dentro de la estructura, lo cual reduce la carga axial y se disipa a lo largo de la columna.
EJEMPLO 2: EDIFICO ALTO DE 30 NIVELES
Altura cada nivel: 3m
Separación bahias:
9 y 3 m
Conclusiones
El análisis por secuencia con construcción, nos arroja valores más reales, de cómo se comporta la estructura y estos pueden ser muy distintos que los obtenidos por análisis en una sola etapa, y se recomienda ampliamente utilizarlo en edificios altos, y estructuras irregulares, y con la ayuda del software Etabs, esto puede hacerse de una forma rápida, por lo que no hay razones para no realizarlo hoy en día, debido a la importancia de salvar vidas.
