Principios Fundamentales de Estabilidad y Diseño Estructural

Muro de Sostenimiento

Las acciones que intentan desequilibrar un muro de sostenimiento son principalmente dos: la fuerza E (proveniente del empuje del terreno y/o del agua) y la fuerza P (correspondiente al peso propio del muro).

• La acción E (empuje) tiende a volcar el muro, haciéndolo rotar sobre un punto (generalmente el pie del muro), y también busca desplazarlo horizontalmente.
• La acción P (peso propio) actúa sobre el suelo, generando presión sobre el terreno y, a su vez, funciona como una fuerza estabilizadora que se opone al vuelco.

Tipos de Equilibrio Estático

Equilibrio Estable

Se representa con una esfera sobre una superficie cóncava. Ante cualquier perturbación o desplazamiento, la esfera tenderá a volver por sí sola a su posición inicial de reposo. El sistema busca activamente su estado original de equilibrio.

Equilibrio Indiferente

Ocurre cuando una esfera se apoya sobre una superficie perfectamente horizontal. Tras una perturbación, la esfera encontrará una nueva posición de reposo y equilibrio, pero no retornará a su punto original.

Equilibrio Inestable

Corresponde a una esfera sobre una superficie convexa. Por pequeña que sea la fuerza perturbadora aplicada, la esfera se desplazará indefinidamente sin encontrar una nueva posición de equilibrio estable.

Comportamiento de Elementos Estructurales

Estado Elástico

Se produce cuando una viga sometida a cargas pequeñas sufre deformaciones leves. Al retirar dichas cargas, la viga recupera completamente su forma y posición original.

Estado Elástico-Plástico

En este estado, la viga presenta deformaciones mayores, pudiendo aparecer algunas fisuras. Aunque la viga aún resiste la carga, si esta se retira, no recupera su posición original, quedando con una deformación permanente.

Estado Límite de Servicio (ELS)

Las deformaciones, agrietamientos y fisuras son de tal magnitud que, aunque la viga no colapsa, queda fuera de servicio por no cumplir con las condiciones de funcionalidad o confort para las que fue diseñada (por ejemplo, vibraciones excesivas o deformaciones visibles).

Estado Límite Último (ELU)

La viga alcanza su máxima capacidad resistente y entra en colapso. Este estado también es conocido como estado límite de agotamiento o de rotura.

Cálculo Límite y Coeficientes de Seguridad

En el método de cálculo a la rotura o cálculo límite, no se reducen las tensiones admisibles del material, sino que se trabaja directamente con sus tensiones de rotura. La seguridad se introduce modificando (majorando) las cargas de servicio.

Por ejemplo, si una columna debe soportar una carga de 80 toneladas, se calcula y dimensiona para una carga majorada, como podrían ser 160 toneladas. En este caso, se ha aplicado un coeficiente de seguridad a las cargas de 2, mientras que las tensiones de trabajo consideradas son las últimas que el material puede resistir antes de la rotura.

Esta modalidad de aplicación del coeficiente de seguridad tiene en cuenta múltiples parámetros para definir su valor. En el caso del hormigón, el coeficiente varía según el tipo de rotura del elemento estructural:

• Para roturas frágiles (instantáneas y sin previo aviso), como las que pueden ocurrir en columnas, se utilizan coeficientes de seguridad más altos.
• Para roturas dúctiles (que se anuncian con grandes deformaciones y fisuras), como en las vigas, el coeficiente puede ser menor. Por ejemplo, en algunos códigos se adopta un valor de 1,75 para ciertas combinaciones de carga.

Tipos de Apoyos Estructurales y Grados de Libertad

Apoyo Articulado Móvil

Restringe el movimiento en una dirección (generalmente vertical), pero permite el desplazamiento en la dirección perpendicular y el giro. Por lo tanto, posee dos grados de libertad.

Apoyo Articulado Fijo

Restringe los desplazamientos en todas las direcciones (horizontal y vertical), pero permite el giro. Posee un solo grado de libertad (el giro).

Apoyo Empotrado

Restringe todos los movimientos: desplazamientos horizontales, verticales y giros. Por lo tanto, no posee grados de libertad.