CONCEPTO DE ESTRUCTURA

Prof. Mauricio González

Introducción

� Identificación de los Sistemas EstructuralesBásicos� Se define como estructura a los cuerpos capaces

de resistir cargas sin que exista una deformaciónexcesiva de una de las partes con respecto aexcesiva de una de las partes con respecto aotra.

� Por ello la función de una estructura consisteen trasmitir las fuerzas de un punto a otro enel espacio, resistiendo su aplicación sin perderla estabilidad (Marshall y Nelson, 1995).

Exigencias de la edificación y/o construcción

� El uso que se le dará a la edificación establececiertas exigencias relativas a funcionalidad,seguridad, urbanismo y economía. Exigencias defuncionalidad. Dependen de la función que tienelo edificado.lo edificado.� Exigencias de seguridad y confort. Determinan el tipo

y la calidad de los materiales a emplear en laconstrucción.� Urbanísticas. Integran la edificación a un medio

ambiente.� Económicas. Definen los costos de la obra a

construir.

� Una edificación y/oconstrucción es entoncesel producto de un sistemade relaciones geométricasy resistentes que permitenindicar la forma y funciónde cada una de lasindicar la forma y funciónde cada una de lascomponentes que laconstituyen, donde laprincipal exigencia es quesea segura estáticamente,esto implica que losedificios no debenderrumbarse.

Tipos de Estructuras

� Dintel: Se basa elementos horizontales lineales que se apoyan en elementos verticales a compresión.

� Pórtico: Se crean elementos horizontales quese encuentran unidos a elementos verticales,de forma tal que se origina la continuidad entodo el conjunto asegurando la estabilidad del

Tipos de Estructuras

mismo

Tipos de Estructuras

� Arco: Se basa en el elemento constructivoarco. Permite cubrir mayor longitud; nosolamente soportan compresión, sino el empujehorizontal que les transmite el arco siendonecesario tirantes y contrafuertes.necesario tirantes y contrafuertes.

� Sistema de Forma Activa: Estructuras que trabajan a tracción o compresión simples, tales como los cables y arcos.

� Sistemas de Vector Activo: Estructuras en estados simultáneos de esfuerzos de tracción y compresión,

Clasificación de Sistemas Estructurales

simultáneos de esfuerzos de tracción y compresión, tales como las cerchas planas y espaciales.

� Sistemas de Masa Activa: Estructuras que trabajan a flexión, tales como las vigas, dinteles, pilares y pórticos.

� Sistemas de Superficie Activa: Estructuras en estado de tensión superficial, tales como las placas, membranas y cáscaras (Orozco, 1999).

Cables

� Los cables son estructuras flexibles debido ala pequeña sección transversal en relacióncon la longitud. Esta flexibilidad indica unalimitada resistencia a la flexión, por lo que lacarga se transforma en tracción y tambiénhace que el cable cambie su forma según lacarga que se aplique. Las formas que puedeadoptar el cable son:

� Polígono funicular, es la forma que adopta el cable ante fuerzas puntuales.

� Parábola, es la curva que adquiere el cableante una carga horizontal uniformementerepartida.

� Catenaria, es la figura que forma el cable ante el peso propio del mismo.

Ojo! Paréntesis Matemático

� Parábola: y=x2

� Catenaria: Coseno hiperbólico:

� Un cable no constituye una estructura autoportante a menos que cuente con medios yprocedimientos para absorber su empuje. Estose logra canalizando sobre las torres latracción del cable y anclando en tierra.

Arcos

� Si se invierte la forma parabólica que toma uncable, sobre el cual actúan cargasuniformemente distribuidas según unahorizontal, se obtiene la forma ideal de unarco que sometido a ese tipo de cargadesarrolla sólo fuerzas de compresión. El arcoes en esencia una estructura de compresiónutilizado para cubrir grandes luces.

Arcos

Arcos

� La forma ideal de un arco capaz de resistircargas determinadas por un estado decompresión simple, puede hallarse siemprecon la forma del polígono funicularcorrespondiente invertido. Por medio de estemétodo, determinó el arquitecto españolGaudí, la forma de los arcos para la iglesia laSagrada Familia, en Barcelona.

Arcos

Interior Iglesia de la -sagrada Familia, Barcelona.

Maqueta hecha por Gaudí, donde empíricamente comprueba la forma adquirida por un cable con cargas puntuales

Sistemas de Vector Activo Cerchas

� Considérese ahora la estructura obtenidavolcando el cable hacia arriba y reforzandosus tramos rectos con el fin de conferirlesresistencia a la compresión. La "flechanegativa" o elevación modifica la dirección detodas las tensiones y el cable invertido seconvierte entonces en una estructura decompresión pura: es el ejemplo más simple dearmadura

Cerchas

� Las barras comprimidas transmiten a los soportesla carga aplicada a la parte superior de laarmadura, sobre los apoyos actúan fuerzasverticales iguales a la mitad de la carga y losempujes dirigidos hacia afuera. El empuje puedeabsorberse por medio de contrafuertes deabsorberse por medio de contrafuertes dematerial resistente a la compresión como lamampostería, o un elemento de tracción tal comoun tensor de acero. Estas armaduras elementalesde madera con tensores de hierro, seconstruyeron en la Edad Media para sostener lostechos de pequeñas casas e iglesias.

Cerchas

Sistemas de Masa Activa Vigas

� Las vigas figuran entre los elementosestructurales más comunes, dado que lamayor parte de las cargas son verticales y lamayoría de las superficies utilizables sonhorizontales. Por consiguiente las vigashorizontales. Por consiguiente las vigastransmiten en dirección horizontal las cargasverticales, lo que implica una acción de flexióny corte. Los arcos funiculares ocupan unextremo de la escala de tensiones, conausencia de flexión; las vigas ocupan elextremo opuesto, trabajando sólo a la flexión.

Vigas

� En una viga simplemente apoyada, una cargaaplicada en el punto medio se transmite pormitades a ambos apoyos . En las vigas devolado esta se trasmite al extremo apoyado.

Dinteles y Pilares

� El sistema de pilar y dintel pueden construirseuno sobre otro para levantar edificios de muchospisos. En este caso, los dinteles apoyan enpilares o en paredes de altura igual a la deledificio. Si bien la construcción de este tipo puedeedificio. Si bien la construcción de este tipo puederesistir cargas verticales, no ocurre lo mismo conlas horizontales, así los vientos huracanados yterremotos dañan con facilidad este sistema, puesla mampostería y los elementos de piedra poseenescasa resistencia a la flexión y no se estableceuna conexión fuerte entre los dinteles y pilares.

Pórticos

� La acción del sistema de pilar y dintel semodifica en grado sustancial si se desarrollauna unión rígida entre el dintel y el pilarllamándose ahora viga y columna. Esta nuevaestructura, denominada el pórtico rígidosimple o de una nave, se comporta de maneramonolítica y es más resistente tanto a lascargas verticales como a las horizontales.

Pórticos

Losas de entrepiso

� Losas o placas de entrepiso son los elementos rígidos que separan un piso de otro, construidos monolíticamente o en forma de vigas sucesivas apoyadas sobre los muros estructurales.

Losas de entrepiso

� Funciones

Las losas o placas de entrepiso cumplen las siguientesfunciones:

� Función arquitectónica: Separa unos espacios verticalesformando los diferentes pisos de una construcción; para queesta función se cumpla de una manera adecuada, la losaesta función se cumpla de una manera adecuada, la losadebe garantizar el aislamiento del ruido, del calor y de visióndirecta, es decir, que no deje ver las cosas de un lado a otro.

� Función estructural: Las losas o placas deben ser capacesde sostener las cargas de servicio como el mobiliario y laspersonas, lo mismo que su propio peso y el de los acabadoscomo pisos y revoques. Además forman un diafragma rígidointermedio, para atender la función sísmica del conjunto.

Membranas

� Una membrana es una hoja de material tandelgada que para todo fin práctico, puededesarrollar solamente tracción. Algunosejemplos de membrana constituyen un trozode tela o de caucho.

Cáscaras

� Se denominan estructuras resistentes por laforma a aquéllas cuya resistencia se obtienedando forma al material según las cargas quedeben soportar. Una membrana invertida ysometida a las mismas cargas para las cualesse le dio forma originariamente, seria unaestructura de este tipo y desarrollaría sólocompresión, es decir, constituiría elantifunicular bidimensional de esas cargas

Cáscaras

Cáscaras