Conceptos Fundamentales de Estructuras

Proyecto Estructural

Consiste en una forma material que desvía la fuerza hacia determinadas direcciones y la lleva al suelo con la máxima eficacia estática y con la mínima obstrucción del espacio.

Definiciones Fundamentales

• Estática: Estudia la fuerza sobre los cuerpos, las cuales producen dos efectos mecánicos: deformación y desplazamiento.

• Estructura: Conjunto de cuerpos vinculados entre sí para resistir y recibir las fuerzas que actúan sobre ellos y transmitirlas al terreno.

Tipos de Vínculos Estructurales

• Articulación Móvil: Anula el desplazamiento en una dirección.

• Fija: Impide el desplazamiento en dos direcciones.

• Empotramiento: Anula tanto el desplazamiento como los giros.

Mecanismo Estructural

Conjunto de planos resistentes tanto verticales como horizontales, cumpliendo con la estabilidad, rigidez, resistencia y ductilidad suficiente.

Elementos Estructurales Principales

• Losa: Elemento estructural monolítico de espesor pequeño. Se usa para cubrir áreas, distribuye las cargas horizontalmente en una o varias direcciones. Ancho y largo más grandes que la altura.

• Columna: Elemento vertical capaz de resistir las cargas y momentos transmitidos por las vigas. Trabajan por flexocompresión. La altura es mayor que el largo y el ancho. Las cargas son las de cálculo o estructurales y de encadenado (encadenan muros).

• Viga: Elemento estructural cuyo eje principal es recto y su misión fundamental es servir de sustento a las losas. Se utiliza para soportar directamente cargas muertas y vivas que obran sobre la estructura.

• Muro: Elemento vertical que sirve para cerrar espacios. Resisten fuerzas laterales en su plano. Actúan de forma independiente o interrelacionadas con la estructura.

• Cimientos: Suelen estar por debajo del nivel del suelo. Son los elementos estructurales que transmiten las cargas al suelo por medio de bases y fundaciones.

Clasificación de Estructuras

• Planas: Elementos geométricos que están constituidos dentro de un plano, así como su sistema de carga y sus apoyos.

• Especiales: Elementos geométricos que no están constituidos dentro de un plano, o si lo están, su sistema de carga o apoyos no están en el mismo plano.

Tipos de Apoyos en el Plano

• Libre: Tiene solo una reacción y con ella restringe un solo desplazamiento, permitiendo giros en las barras (desplazamientos angulares y lineales).

• Fijo: Responde con dos reacciones a cargas activas y ellas restringen dos desplazamientos lineales que existen en el plano, permitiendo desplazamientos angulares (apoyos en dos vínculos).

• Empotramiento: Responde con tres reacciones. Ellas restringen los desplazamientos posibles en el plano: dos lineales y uno angular (apoyo en tres vínculos).

Estaticidad de las Estructuras

• Isostática: Cuando en una estructura se cuenta un número igual de incógnitas que las ecuaciones estáticas. Podrá resolverse ante cualquier deformación impuesta a la estructura; esta tiende a volver a su situación inicial.

• Hiperestática: Número mayor de incógnitas. No podrá resolverse sino se cuenta con conocimientos de resistencia de materiales que permitan fijar una geometría de la deformación.

• Inestable: Cuando tiene un número menor de incógnitas, decimos que la estructura no tiene solución.

Tipos de Esfuerzos (Tensiones) Básicos

• Compresión
• Tracción
• Corte
• Flexión
• Torsión
• Pandeo

Clasificación de Sistemas Estructurales (por tipo de esfuerzo)

• Trabajan a tracción o compresión: tales como los cables o arcos.

• Trabajan a tracción, corte y compresión: tales como las vigas, dinteles, pilares, columnas.

• Se encuentran en estado de tensión superficial: entramados, placas, membranas y cáscaras.

Sistemas Estructurales según Engel

• Forma Activa: Son estructurales en estado de tracción o compresión simples. Son aquellos sistemas que encauzan las fuerzas exteriores por medio de simples tensiones normales (cables colgantes: tracción; arcos: compresión).

• Tracción y Compresión: Están conformados por barras unidas entre sí en puntos denominados nudos. Cada uno de los elementos trabaja solo a compresión o a tracción.

• De Masa o Continuidad de la Materia: Son los sistemas constituidos por columnas y vigas (pórticos articulados o rígidos). No solo resisten fuerzas en la dirección de su eje, también perpendiculares al mismo, desviándolas hacia sus extremos.

• De Superficie Activa o Tensión Membranal: Constituidas por cáscaras parabólicas o hiperbólicas. Su superficie determina el mecanismo sustentante, repartiendo toda su fuerza en la totalidad de la superficie.

• Transmisión Vertical de Cargas: Requieren la continuidad de los puntos que trasladan las cargas al suelo.