Principios Fundamentales de Estructuras: Conceptos Clave en Ingeniería Civil

Esfuerzos Estructurales: Tipos y Definiciones

Los esfuerzos son la tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas. Comprenderlos es fundamental en el diseño estructural. Los principales tipos son:

• Tracción: Es el esfuerzo de estirar un cuerpo.
• Compresión: Es el esfuerzo de aplastar o comprimir un cuerpo.
• Flexión: Es el esfuerzo de doblar un cuerpo.
• Torsión: Es el esfuerzo de retorcer un cuerpo.
• Cizalladura/Cortadura: Es el esfuerzo de seccionar un cuerpo.
• Pandeo: Es el esfuerzo que se produce por fuerzas hacia dentro en un cuerpo alto y delgado, provocando su inestabilidad lateral.

Tipos de Estructuras Artificiales

Las estructuras artificiales se clasifican según su forma y el modo en que distribuyen las cargas. Algunas de las más comunes incluyen:

• Masivas y Adinteladas: Caracterizadas por su gran volumen y el uso de dinteles para cubrir espacios (ejemplos: puentes adintelados, pirámides).
• Abovedadas: Utilizan arcos y bóvedas para cubrir grandes luces (ejemplo: bóveda de crucería).
• Trianguladas: Emplean la técnica de triangulación para lograr rigidez y estabilidad (ejemplo: Torre Eiffel).
• Colgantes: Soportan su peso y las cargas mediante cables tensados (ejemplos: puentes colgantes).
• Entramadas en Hormigón: Formadas por un esqueleto de vigas y pilares de hormigón armado.
• Laminares: Constituidas por láminas finas y curvadas que distribuyen las cargas por su forma (ejemplos: Oceanogràfic, vaso de plástico).
• Neumáticas: Estructuras desmontables y ligeras que se mantienen por presión de aire (ejemplos: hinchables).
• Especiales y Geodésicas: Estructuras tridimensionales que combinan principios de bóveda y triangulación, ofreciendo gran resistencia y ligereza.

Condiciones Fundamentales de las Estructuras

Para que una estructura sea funcional y segura, debe cumplir con tres condiciones esenciales:

• Estabilidad: Capacidad de la estructura para mantenerse en equilibrio y no volcar.
• Resistencia: Habilidad de los materiales para soportar los esfuerzos sin romperse.
• Rigidez o Deformación Controlada: Capacidad de la estructura para no deformarse excesivamente bajo carga.

¿Cómo conseguir estas condiciones?

Se logran mediante diversas técnicas de diseño y construcción:

• Aumentando el tamaño de su base.
• Empotrando la parte inferior en el suelo.
• Centrando el peso en la parte inferior.
• Atirantando la estructura para evitar que vuelque.

Elementos Estructurales Clave

Los elementos estructurales son los componentes básicos que conforman una estructura y transmiten las cargas.

Pilares, Columnas y Pilastras

• Pilares: Elementos verticales de soporte, generalmente de sección cuadrada o rectangular.
• Columnas: Elementos verticales cilíndricos que, además de estructurales, suelen tener una función decorativa.
• Pilastras: Columnas o pilares adosados a un muro, sirviendo de refuerzo y ornamento.

Vigas, Viguetas y Dinteles

• Vigas: Elementos horizontales que se apoyan en los pilares y transmiten el peso del forjado o de la cubierta.
• Viguetas: Pequeñas vigas dentro del forjado que llevan las cargas hasta las vigas principales.
• Dinteles: Elementos horizontales, comunes en la arquitectura clásica, que sirven para salvar el espacio entre columnas o abrir huecos en muros.

Arcos y Bóvedas: Elementos Curvos de Soporte

Los arcos y las bóvedas son elementos curvos, bi o tridimensionales, diseñados para cubrir grandes espacios entre dos muros o soportes. Su forma curva permite distribuir las cargas de manera eficiente.

• Los arcos se construyen usando un molde llamado cimbra, que será retirado una vez puesta la clave: la pieza superior que hace que el arco se sostenga por sí mismo.
• Las bóvedas se construyen a partir de una sucesión de arcos, creando una cubierta curva.

Arbotantes y Contrafuertes: Refuerzos Estructurales

• Arbotantes: Son arcos exteriores que llevan las cargas perpendiculares de la bóveda hasta el contrafuerte, desviando los empujes laterales.
• Contrafuertes: Elementos de refuerzo que pueden estar directamente adosados al muro o separados por un arbotante, sirviendo para reforzar el muro y transmitir las cargas de las bóvedas al terreno.

Tipos de Muros en Construcción

Muros de Carga

Resisten principalmente esfuerzos de compresión y forman parte esencial de la estructura portante. Pueden estar construidos con materiales como piedra, ladrillo o adobe.

Muros de Contención

Soportan esfuerzos de flexión y se construyen generalmente con hormigón armado. Su función principal es contener el terreno o masas de tierra, evitando su deslizamiento.

El Forjado: Componentes y Función

El forjado es el elemento estructural horizontal que forma los suelos y techos de un edificio, transmitiendo las cargas a las vigas y pilares. Está compuesto por:

• Viguetas: Llevan el peso del forjado hasta las vigas.
• Bovedillas: Cubren el espacio entre las viguetas, aligerando el peso y sirviendo de encofrado.
• Todo esto cubierto con una capa de hormigón armado, que aporta resistencia y rigidez.

Cimentaciones: Soportes Fundamentales de la Estructura

La cimentación es la parte de la estructura que sostiene el edificio y transmite sus cargas al terreno, asegurando su estabilidad.

Basamento

Sostiene la estructura y sirve como base, distribuyendo las cargas sobre la cimentación.

Zapatas

Son prismas rectangulares de hormigón armado situados bajo los pilares, encargados de transmitir las cargas puntuales al terreno.

Losa de Cimentación

Es un elemento superficial de hormigón armado que se apoya directamente en el terreno para repartir las cargas sobre una gran superficie, especialmente útil en suelos blandos o con poca capacidad portante.

Pilotes

Son columnas profundas que se colocan verticalmente en suelos inestables o arcillosos, transmitiendo las cargas a estratos más resistentes del subsuelo.

Fases de un Proceso Tecnológico

(El contenido sobre las fases de un proceso tecnológico está incompleto en el documento original.)