taller inicial de estructuras

1. Definición de Estructura (¿Qué son las estructuras?)

Una estructura es un elemento o conjunto de elementos unidos entre si con la finalidad de soportar diferentes tipos de esfuerzos. Las estructuras,además de soportar diferentes tipos de fuerzas (cargas), también han de soportar propio peso y han de ser resistentes para que no se desmoronen ni vuelquen.

Las estructuras han de ser resistentes, ligeras y estables. Los elementos presentes en la mayoría de las estructuras son las barras. Por lo general, las barras no son macizas; se elimina material de las zonas donde estas no oponen resistencia al esfuerzo, con lo cual se reduce su peso. Las barras soportan esfuerzos de compresión cuando están colocadas en posición horizontal, apoyadas en sus extremos. La resistencia de los elementos que componen una estructura depende de las propiedades mecánicas de los materiales utilizados y del tipo de esfuerzo al que estarán sometidos.

 

2. Usos de las Estructuras (¿Para qué sirven las Estructuras?)

-acciones permanentes.
-sobrecargas de uso
-deformaciones admitidas, incluidas las del terreno, en su caso.
-condiciones particulares de utilización, como el respeto a las señales de limitación de sobrecarga, o el mantenimiento de las marcas o bolardos que definen zonas con requisitos especiales al respecto.
-en su caso, las medidas adoptadas para reducir los riesgos de tipo estructural.

Para què sirven?

La estructura que construye el hombre tienen una finalidad determinada, para la que ha sido pensada, diseñada y finalmente construida.

Podemos hacer un análisis en función de la necesidad que satisface:Soportar peso: se engloban en este apartado aquellas estructuras cuyo fin principal es el de sostener cualquier otro elemento, son los pilares, las vigas, estanterías, torres, patas de una mesa, etc.

   

Salvar distancias: su principal función es la de esquivar un objeto, permitir el paso por una zona peligrosa o difícil, son los puentes, las grúas, teleféricos, etc.

     

Proteger objetos: cuando son almacenados o transportados, como las cajas de embalajes, los cartones de huevos, cascos, etc.

  

Para dar rigidez a un elemento: son aquellos en que lo que se pretende proteger es el propio objeto, y no otro al que envuelve, por ejemplo en las puertas no macizas el enrejado interior, los cartones, etc.

  

3. Cómo se clasifican las Estructuras

Las estructuras pueden clasificarse en dos grandes grupos:

1. Naturales. Son las que encontramos en la naturaleza: el esqueleto de un vertebrado, el tronco de los árboles, el caparazón de las tortugas, un nido de ave...

2.Artificiales. Son aquellas proyectadas y construidas por el hombre; en ellas nos encontramos con un conjunto de elementos sencillos dispuestos de forma tal que son capaces de soportarse a sí mismas y a otros objetos dispuestos sobre ellas. Las estructuras han de tener estabilidad (no han de caerse o volcar con facilidad) y han de ser rígidas, estos es, han de soportar sin romperse o deformarse en exceso determinadas cargas o esfuerzos para las que han sido diseñadas.

Dentro de las estructuras artificiales podemos diferenciar:
1. Estructuras masivas.-Las primeras estructuras se formaban acumulando material, sin dejar apenas huecos, colocando bloques de piedra o arcilla unos encima de otros o excavando en la roca. Para las ventanas o huecos se utilizaban los dinteles de piedra o madera. Los dinteles constan de una viga horizontal colocada sobre dos soportes verticales, normalmente con la finalidad de dejar un hueco debajo de ellas. También se denomina viga o cargadero.

2. Estructuras abovedadas.-El descubrimiento del arco y la bóveda permitió cubrir espacios mayores y aumentar los huecos en la estructura. Una bóveda es el resultado de situar varios arcos uno a continuación de otro (bóveda de cañón) o de entrecruzarlos y rellenar los espacios intermedios (bóveda de crucería).

3. Estructuras laminares o de carcasa Las estructuras de carcasa están constituidas por láminas resistentes que envuelven al objeto, formando una caja o carcasa que protege y mantiene en su posición a las piezas que lo componen. Ejemplos de estructuras de carcasa son las carrocerías y fuselajes de coches y aviones, y la mayoría de los envases como botellas de plástico o tetrabricks.

4. Estructuras de armadura o armazón. Estructuras formadas por elementos alargados como perfiles, barras, tubos, pilares, vigas, viguetas, travesaños o columnas unidas entre sí para formar una especie de esqueleto o armazón. Según la disposición de sus elementos, estas estructuras pueden clasificarse a su vez en:

a. Estructuras entramadas.-Son las estructuras utilizadas en la construcción de edificios y viviendas. Está constituida por barras de hormigón o acero unidas de manera rígida formando un emparrillado. Cada parte de la estructura tiene una misión específica. Por debajo del suelo que pisamos hay un forjado de de hormigón que transmite nuestro peso y el de todos los objetos existentes en el piso hacia las vigas, elementos horizontales con forma de prisma rectangular y sometidas a un esfuerzo de flexión.
Las vigas que van dentro del forjado reciben el nombre de viguetas, vigas pequeñitas. Las vigas se apoyan en los pilares y les transmiten el peso. Los pilares son verticales y se encargan de llevar el peso hasta la cimentación, están sometidos a esfuerzos de compresión, es decir, aplastados entre las vigas y los cimientos. Los pilares circulares se llaman columnas y si están pegados a la pared pilastras.
El peso total no va directamente al suelo porque se hundiría, para evitar que los pilares se claven en el terreno, se apoyan en la cimentación, elemento intermedio que puede estar constituido por zapatas, losas de cimentación y pilotes, dependiendo de la naturaleza y características del terreno.
Las losas y pilotes se utilizan en terrenos muy blandos, y se fabrican en distintos materiales, siendo los más usados el acero y el hormigón armado por su gran resistencia. La madera se suele utilizar como elemento decorativo en estructuras.
Los perfiles se utilizan en numerosas estructuras, sobre todo metálicas. Son elementos que tienen distintas secciones, dependiendo de los esfuerzos que deben soportar. Con los perfiles se consiguen estructuras más ligeras que soportan grandes pesos con menos cantidad de material, los perfiles abiertos se adaptan muy bien a los esfuerzos de compresión.

b. Estructuras trianguladas.- Se caracterizan por la disposición de barras formando triángulos. Resultan muy resistentes y ligeras a la vez.

c. Estructuras colgantes soportan el peso de la construcción mediante cables o barras que van unidos a soportes muy resistentes. Estos cables se llaman tirantes y cuando su longitud se puede regular, tensores. Los tirantes sólo soportan esfuerzos de tracción, pero tienen la ventaja de poder adaptar su forma a las cargas que reciben en cada momento.

 

4. Tipos de Estructuras Naturales (animales, minerales, vegetales)

Animales: Este inmenso nido es el lugar de un ave llamada cigüeña. Ella lo construyo. Pronto las crías vivirán en el nido.

*Esta concha marina es una estructura natural. Dentro de ella vive un animal. Nombras dos formas que veas en la concha marina.

Minerales:Los minerales tienen sus átomos ordenados, formando una celda unidad o celdilla elemental que se repite en su estructura interna, y que da lugar a formas geométricas determinadas, no siempre visibles a simple vista.

Las celdas unidad forman cristales que se agrupan y forman una estructura de red o malla cristalina.Los cristales que constituyen minerales se forman, normalmente, con gran lentitud. Cuanto más lenta es su formación, más ordenadas se encuentran sus partículas y, por tanto, mejor es la cristalización.

Vegetales:El material de origen vegetal mas importante es a madera, pero también existen otros que empleamos de forma habitual, como las fibras vegetales (algodón, lino, mimbre) o el corcho.

5. Tipos de Estructuras Artificiales (abovedadas, geodésicas, masivas, entramadas …)

Estructuras masivas: Son aquellas estructuras que consiguen soportan su peso y cumplir la misión para la que se diseñaron acumulando material, apenas dejan huecos en la estructura. Ejemplos: Pirámides egipcias, templos griegos.

 

Estructuras abovedadas: Estructuras que tienen arcos y bóvedas para repartir el peso de la estructura. Los arcos hacen aumentar los huecos en la estructura. Ejemplos: Iglesias, catedrales, puentes.

  

Estructuras Entramadas: Son las estructuras de nuestros edificios. Están constituídas por barras de hormigón armado o acero unidas entre si de manera rígida.

Tipos de cimientos:

Estructuras trianguladas: Estructuras formadas por barras unidas entre si en forma de triángulos. Aumenta la indeformabilidad de la estructura. 

*Ejemplos: Torre de alta tensión,grúas. 

  

Estructuras colgantes: Estructuras con cables de los que cuelgan alguna parte de la estructura. Los cables se llaman tirantes y tensores. Los tirante sufren esfuerzos de tracción.

  

Estructuras laminares: Estas estructuras se basan en láminas de material que son deformadas para que adopten una determinada forma, en función del uso para el que fueron diseñadas.

Ejemplos: Carrocería de un coche, carcasa de un móvil.

       

6. Que son cargas Estructurales

Fuerzas que resultan del peso de todos los materiales de construcción, del peso y actividad de sus ocupantes y del peso del equipamento. También de efectos ambientales y climáticos tales como vienes.

Son las fuerzas externas aplicadas a los elementos resistentes, o también su propio peso.

Las cargas se expresan en unidades de peso, en unidades de peso por longitud o en unidades de peso por suficiente unitaria, osea, kg;kg/m y kg/m² , según el sistema métrico decimal.

  

7. Tipos de cargas estructurales

Cargas muertas: Son aquellas que se mantienen en constante magnitud y con posición fija durante la vida útil de la estructura; generalmente la mayor parte de las cargas muertas es el peso propio de la estructura. 

Es que puede calcularse con buena aproximación a partir de la configuración de diseño, de las dimensiones de las estructuras y de la densidad del material.

Para edificios, por lo general se toman como cargas muertas, rellenos, acabados de entrepisos y cielos rasos, y se deja un margen para tener en cuenta cargas suspendidas como conductos, aparatos y accesorios de iluminación, etc.   

 

Cargas accidentales: Son cargas dinámicas pero son aproximadas usando cargas estáticas equivalentes. La mayor parte de los edificios y puentes pueden utilizar este procedimiento cuasi-estático y solo en casos especiales se requiere un análisis modal o dinámico.

 

Cargas concentradas: Son aquellas a las que se les considera concentradas en punto infinitesimal, algo imposible en la práctica. En realidad son carga con un valor de concentración muy alto sobre un sector muy pequeño.

  

Cargas permanentes: Cargas en las cuales las variaciones a lo largo del tiempo son raras o de una pequeña magnitud y tienen un tiempo de aplicación prolongado. En general, consisten en el peso de todos los materiales de construcción incorporados en el edificio, incluyendo pero no limitado a paredes, pisos, techos, cielorrasos, escaleras, elementos divisorios, terminaciones, revestimientos y otros items arquitectónicos y estructurales incorporados de manera similar, y equipamiento de servicios.

 

Cargas vivas: Comprenden la fuerza del viento, las originadas por movimientos sísmicos, las vibraciones producidas por la maquinaria, mobiliario, materiales y mercancías almacenadas y por máquinas y ocupantes, así como las fuerzas motivadas por cambios  de temperatura.

 

8. Concepto de esfuerzo estructural 

Es la fuerza que actùa sobre un objeto que tiende a deformarlo, la deformaciòn producida dependerà de la direcciòn, sentido y punto de la aplicaciòn donde este colocada esa fuerza. Los esfuerzos estructurales se clasifican en simples y en compuestos.

 

9. Tipos de esfuerzos estructurales

COMPRESIÒN: Cuando las fuerzas tienden a chafarlo o aplastarlo.

 

TRACCIÒN: Cuando las fuerzas tienden a estirarlo o alargarlo.

 

TORSIÒN: Cuando las fuerzas tienden a retorcerlo.

 

FLEXIÒN: Cuando las fuerzas tienden a doblarlo.

  

CORTANTE: Cuando las fuerzas tienden a cortarlo.

 

10. Condiciones que deben cumplir las estructuras

Estabilidad: debe mantenerse erguida y no volcar. Para ello, su centro de gravedadha de estar centrado sobre su base. Cuanto más centrado y más cercano al suelo se encuentre, más estable será la estructura.

  

Resistencia: tiene que resistir las tensiones a las que esté sometida sin romperse. La resistencia de una estructura depende de su forma y del material con el que está construida. 

  

Rigidez o deformación controlada: aunque todos los cuerpos se deforman levemente al aplicarles una fuerza, esta deformación no debe impedirles cumplir su función.

11. Explicar cómo se logra la rigidez, resistencia , estabilidad y ligereza en una estructura

RIGIDEZ: Una estructura es rigida si no se deforma cuando actùan sobre ella pesosy cargas usando el mètodo de trianfulaciòn.

RESISTENCIA: Una estructura es resistente si no se rompe cuando actùan sobre ella pesos y cargas.

*Utilizando el material idòneo

*Dando la forma adecuada a los elementos

ESTABILIDAD: Aumentando la superficie de la base.
*Aumentando el peso de la base

12. Principales elementos o partes de una estructura

Pilares y columnas: Es una barra apoyada verticalmente, cuya función es la de soportar cargas o el peso de otras partes de la estructura. Los principales esfuerzos que soporta son de compresión y pandeo. También se le denomina poste, columna, etc. Los materiales de los que está construido son muy diversos, desde la madera al hormigón armado, pasando por el acero, ladrillos, mármol, etc. Suelen ser de forma geométrica regular (cuadrada o rectangular) y las columnas suelen ser de sección circular.

Vigas y viguetas: Es una pieza o barra horizontal, con una determinada forma en función del esfuerzo que soporta. Forma parte de los forjados de las construcciones. Están sometidas a esfuerzos de flexión.

Forjado: Es la estructura horizontal (o con una pequeña inclinación), formada por el conjunto vigas, viguetas, bovedillas, hormigón y solería, que nos sirve de techo (si hay una planta superior), y de suelo.

Cimientos: Es el elemento encargado de soportar y repartir en la tierra todo el paso de la estructura, impidiendo que ésta sufra movimientos importantes. Normalmente soporta esfuerzos de compresión. los materiales de los que se compone son hormigón armado, hierro, acero, etc.

Tirantes: Es un elemento constructivo que está sometido principalmente a esfuerzos de tracción. Otras denominaciones que recibe según las aplicaciones son: riostra, cable, tornapunta y tensor. Algunos materiales que se usan para fabricarlos son cuerdas, cables de acero, cadenas, listones de madera.

Arcos: Es un elemento que se emplea mucho en las estructuras para dar solidez (y salvar distancias). 

  

 

PARTES DE UNA ESTRUCTURA

Forjados: Los forjados son los planos horizontales que dividen al edificio verticalmente en pisos. Los forjados están formados a su vez por viguetas, bovedillas, malla de hierro y relleno de hormigón.

Pilares: Los pilares son los elementos verticales de la estructura y su función es mantener los forjados.

Vigas: Las vigas son elementos horizontales que sirven para soportar el peso de los forjados y transmitirlo a los pilares.

Muros de carga: Los muros de carga soportan el peso de otros elementos estructurales del edificio.

La estructura del edificio está sometida a varios tipos de esfuerzo: Compresión, tracción, torsión, flexión y esfuerzo cortante. Las características más importantes son rigidez (que no se deforme), y estabilidad (que el edificio no vuelque).

Muros exteriores

Los muros exteriores son los que le dan al edificio su apariencia, además de trabajar junto con la estructura de soporte.

Separaciones interiores

Estas son las paredes interiores del edificio, para separar cada planta en las diferentes estancias: habitaciones, pasillos, descansillos…

Sistemas de transporte vertical

Los sistemas de transporte vertical son los que permiten que alguien se desplace desde una a otro planta del edificio. Básicamente, las escaleras y los ascensores.

Dispositivos de comunicación

Estos dispositivos permiten la comunicación entre distintas zonas del edificio y entre el edificio. El ejemplo más sencillo es el telefonillo de la puerta.

Sistemas de suministro

En la categoría de sistemas de suministro se engloban el suministro de electricidad, el suministro de agua y la eliminación de residuos.

Pues estos son los elementos y partes de un edificio en construcción. Para la construcción de edificios en altura, es necesario comprar plataformas elevadoras y también contar con las mejores clases de andamios.