Fundamentos de Diseño Estructural: Esfuerzos, Cargas y Elementos Arquitectónicos

Definición de Estructuras y Fuerzas

La estructura de un objeto es el conjunto de elementos que permiten mantener su tamaño y forma sin deformarse en exceso cuando sobre él actúan fuerzas externas.

Una fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de modificar su estado de movimiento o reposo.

Cargas y Esfuerzos en las Estructuras

Las estructuras se ven sometidas a fuerzas externas, además de su propio peso y la fuerza del viento.

A estas fuerzas externas aplicadas sobre las estructuras se les llama cargas. Las cargas que soportan las estructuras generan fuerzas internas intensas (tensiones) que tienden a deformarlas o romperlas. A estas fuerzas internas se les denomina esfuerzos.

Estabilidad de la Estructura

La estabilidad está relacionada con el centro de gravedad (CG). En general, se cumplen las siguientes normas:

• Si la base sobre la que apoya la estructura es grande, la estructura será estable.
• Cuanto más bajo se sitúe el punto de gravedad, más estable será la estructura.
• El centro de gravedad deberá situarse dentro de la base; si no es así, la estructura es inestable.

Centro de Gravedad

El centro de gravedad de un objeto es el punto teórico en el que tendría que estar concentrado todo su peso para poder considerarlo un objeto sin dimensiones, un objeto en equilibrio.

Tipos de Esfuerzos en la Estructura

1. Tracción: La fuerza que tiende a alargar el objeto.
2. Compresión: La fuerza que tiende a acortar el objeto.
3. Torsión: La fuerza que tiende a curvar o doblar el objeto.
4. Cizalla o Cortadura: La fuerza que tiende a cortar el objeto. En este caso, la fuerza es paralela a la superficie que se rompe.

Elementos Arquitectónicos Estructurales

Cimientos

Es el elemento encargado de soportar y repartir en el suelo todo el peso de la estructura, impidiendo que esta se mueva.

Cimentación

Es el conjunto de elementos estructurales cuya misión es transmitir el peso de la edificación al suelo.

Pilares

Es un elemento estructural en forma de barra que se apoya verticalmente, cuya función es la de soportar el peso de otras partes de la estructura y transmitirlo a la cimentación.

Columna

Es un pilar de sección circular.

Viga

Es un elemento estructural con forma de barra que se coloca horizontalmente y se apoya sobre las columnas y pilares.

Pilares (Definición 2)

Es un elemento estructural con forma de barra que se coloca horizontalmente y se apoya sobre las vigas. (Nota: Esta definición es inconsistente con la función principal del pilar).

Zapatas

Es un conjunto de hormigón que aumenta la superficie de apoyo de un pilar.

Dintel

Es una viga maciza que se apoya horizontalmente para cerrar huecos (como puertas y ventanas).

Tirante

Es un elemento constructivo que está sometido principalmente a una fuerza de tracción.

Arco

Es un elemento estructural que salva un espacio entre dos pilares o muros.

Bóveda

Es un elemento estructural de forma curva que sirve para cubrir el espacio entre muros.

Tipos de Estructuras Artificiales

Estructuras Masivas y Adinteladas

Son estructuras muy pesadas y macizas, construidas con elementos muy gruesos, anchos y resistentes.

Estructuras Abovedadas

Se construyeron para lograr espacios mayores mediante la utilización de bóvedas.

Estructuras Entramadas

Son estructuras constituidas por barras de hormigón unidas de forma rígida.

Estructuras Trianguladas

Este tipo de estructuras están basadas en el empleo de perfiles metálicos, creando estructuras ligeras y resistentes.

Estructuras Colgantes

Son estructuras que emplean tirantes de los que cuelga el resto de la estructura.

Estructuras Laminares

Están constituidas por láminas finas de plástico u otros materiales. Deben su resistencia a su curvatura.