Elementos Estructurales Y Construccion 1u1a4i

Elementos estructurales y construccion. Se conoce como elemento estructural a las diferentes partes en que se puede dividir una estructura atendiendo a su diseño. El trazo de estos elementos se lleva a cabo siguiendo los principios de la resistencia de materiales y de la ingeniería estructural. Cada uno de los elementos estructúrales poseen nombres propios que los identifican, estos habitualmente cambian según el país. Ahora bien, estos elementos se pueden clasificar siguiendo los tres criterios principales, que son:

Forma geométrica y/o posición. • Dimensionalidad del elemento. • Estado tensional y/o solicitaciones predominantes. Un tipo de elemento son los lineales, los cuales también son llamados prismas mecánicos o unidimensionales. Estos son alargados y son sometidos a un estado de tensión plana. Son muchos los elementos lineales que existen, pero los más comunes atendiendo a su forma y a su posición son: • Horizontales, flexionados y rectos: en donde se pueden apreciar zapata corrida, viga, correa de sustentación o arquitrabe. • Verticales, comprimidos y rectos: como son los pilares, la columna, y el pilote. • Flexionados y curvos: donde entran los arcos continuos y las vigas balcón. • Diagonales y rectos: que corresponden a las barras diagonales de una celosía, a las barras de arrostramiento de cruces, etc. Por otra parte están los elementos bidimensionales que poseen una dimensión o espesor menor que las demás. Estos se dividen según su forma en: • Horizontales, flexionados y planos: que corresponden a las plateas, a las losas de cimentación y a los forjados. • Flexionados y curvos. • Verticales, flexionados y planos: que involucra a los muros de contención. • Traccionados y curvos. Por ultimo están los elementos tridimensionales los cuales poseen estado de tensión biaxial o triaxial. En estos se pueden distinguir las zapatas y las mensuras de sustentación. Todos estos elementos estructurales son diseñados atendiendo una serie de criterios como son; los de resistencia, los de estabilidad, los de funcionalidad, y los de rigidez. [ Equipo arquitectura y construcción de ARQHYS.com ]. Elementos estructurales básicos. Elementos lineales Los elementos más sencillos que pueden identificarse en una estructura son aquellos que se moldean como líneas, o sea que tienen una de sus dimensiones mucho mayor que las otras dos. Estos elementos se tratarán aquí en función del tipo de solicitación que en ellos predomina.

Entre los ejemplos más sencillos pueden distinguirse dos casos: el tirante como elemento de eje recto sujeto a una carga actuante en dirección de su eje, y el cable colgante que sirve para resistir cargas transversales y que toma la configuración adecuada a cada sistema de carga que está sujeto. Un aspecto especialmente importante en el diseño de un elemento en tensión es la necesidad de un anclaje. Este elemento transmite la fuerza en él aplicada a un punto de apoyo que puede ser otra parte de la estructura o el terreno. Cuando la reacción se transmite a la estructura, puede introducir en ella solicitaciones importantes, cuando se transmite al terreno debe ser contrarrestada ya sea por gravedad, mediante un elemento de anclaje cuyo peso equilibre la reacción, ya sea por fricción entre un elemento de anclaje y el terreno. El dispositivo de anclaje puede resultar complejo y costoso, ya que suelen introducirse en él concentraciones de esfuerzos muy elevadas. Otra característica de los elementos de tensión es su escasa o nula rigidez para fuerzas que actúan fuera de su eje. Con frecuencia los tirantes se diseñan con cierta rigidez transversal para que absorban flexiones accidentales, como diagonales de armaduras, por ejemplo. El poste es el elemento barra sujeto a compresión axial. Su denominación más común de columna es más apropiada cuando está sujeto a condiciones de carga más complejas que incluyen flexión. Cuando el poste es inclinado adquiere el nombre de puntal. El estado de compresión perfectamente axial es meramente ideal en las estructuras ya que, por las condiciones de continuidad o imperfección de la construcción, siempre se presentan excentricidades accidentales de la carga aplicada, las cuales dan lugar a que ésta se encuentre acompañada de cierta flexión. Una barra sujeta a cargas normales a su eje es una viga, aunque este nombre se le asigna comúnmente sólo cuando la barra es horizontal. Una viga resiste y transmite a sus apoyos la carga por medio de flexión y cortante. La variación de esfuerzos normales a lo largo de la sección define una resultante de compresión y una de tensión que deben ser iguales, ya que la carga axial externa es nula. La magnitud del momento máximo que puede resistir la sección está definida por a magnitud de las resultantes de los esfuerzos internos de tensión y compresión que pueden desarrollarse y del brazo de palanca de dichas fuerzas. En una sección rectangular cuando se alcanza el esfuerzo máximo en la fibra extrema, más de la mitad de la sección esta sujeta a menos de la mitad de dicho esfuerzo máximo, por lo tanto la sección es poco eficiente, al contrario de lo que ocurre para la carga axial de tensión o de compresión en que toda la sección está sujeta a un esfuerzo máximo constante. Para aumentar la eficiencia de una sección conviene concentrar más área cerca de los extremos. En acero las secciones I son ideales para esta función; en el concreto reforzado la sección T proporciona una mayor área de concreto en la parte superior para equilibrar en compresión la fuerza de tensión que puede desarrollar el acero en la parte inferior de la sección. (Autor: Kelly Vitiello, Amelia Quezada y Jose Omar Marinez. UNIBE)  

Elementos estructurales planos. Elementos estructurales de superficie curva.

Elementos estructurales planos. Un grupo importante de elementos estructurales básicos se caracteriza por tener una dimensión muy pequeña con respecto a las otras dos y una superficie media plana. Estos elementos se identifican con el nombre genérico de placas, aunque adquieren nombres más específicos según la función estructural principal que desempeñan.

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Las placas sujetas a cargas normales a su plano y apoyadas en sus bordes o en algunos puntos son típicas de los sistemas de piso y techo, aunque cumplen un gran número de otras funciones en diferentes estructuras. Cuando son de concreto, o de piedra o de construcción compuesta con estos materiales, se denominan losas. Una placa apoyada solamente en dos de sus bordes en una misma dirección, funciona esencialmente como una viga ancha, ya que transmite la carga a los apoyos por medio de flexión es una dirección. Cuando la carga es uniforme es valido considerar una franja de losa de ancho unitario y diseñarla como viga. En realidad el comportamiento es ligeramente distinto debido a las restricciones que existen a las deformaciones que se originan en dirección transversal por efecto de Poisson. La placa sobre apoyos regidos en todo su perímetro se flexiona con doble curvatura y su comportamiento puede visualmente considerando que una fracción de la carga se transmite por flexión en una dirección y el resto por flexión en la otra. De esta forma la eficiencia es muy superior a la de la placa que trabaja en una sola dirección. La porción de la carga que transmite en cada dirección depende de la relación de claros. En las placas muy alargadas domina la flexión en la corta dirección, así que estas se analizan como apoyadas en una sola dirección. La placa sobre apoyos flexibles se flexiona también en dos direcciones, pero la parte de la carga que es transmitida por flexión de la losa en dirección X debe ser transmitida por flexión en la dirección y por las vigas de apoyo. De la misma forma, la fracción de la carga que es resistida por la losa por flexión en dirección Y es recibida por las vigas de apoyo y debe ser por estas transmitida a las columnas por flexión en dirección X. Por consiguiente el total de la carga debe ser resistido por flexión tanto en dirección X como en Y, sea por la losa misma o por los elementos de apoyo, por lo cual conviene considerar la losa y sus elementos de apoyo como un solo sistema que debe ser capaz de resistir la flexión generada en ambas direcciones por la totalidad de la carga. En la placa apoyada sobre columnas, el total de la carga produce flexión en dirección X Y en dirección Y. En este caso las franjas de la losa que se encuentran sobre columnas pueden visualmente como vigas que toman la mayor parte de la flexión. De lo que se aprecia que el funcionamiento es similar al del caso anterior. La flexión es la fuerza interna dominante en las placas con cargas normales a su plano. La fuerza cortante a veces llega a regir el diseño. Para la distribución de los momentos flexionantes y de las reacciones en los apoyos existen soluciones analíticas cerradas para un gran número de condiciones de carga y de apoyo, así como de formas de la losa bajo la hipótesis de comportamiento elásticolineal. Para condiciones irregulares de forma, de carga o de apoyo, no es posible resolver la ecuación diferencial de la placa y es necesario recurrir a métodos numéricos, de elementos finitos por ejemplo, o procedimientos aproximados. Una placa es un elemento altamente hiperestático. Para los materiales usuales que forman estos elementos ?acero o concreto reforzado con bajas cuantías de refuerzo?, se tiene un comportamiento muy dúctil que permite grandes redistribuciones de

momentos. La distribución de momentos obtenida de la teoría elástica se altera sustancialmente en cuanto se produce agrietamiento en el concreto y más aún cuando se alcanza el momento de fluencia en las secciones críticas. (Autor: Kelly Vitiello, Amelia Quezada y Jose Omar Marinez. UNIBE) Elementos estructurales de superficie curva. En incisos anteriores se vio como puede aprovecharse la forma de un elemento lineal para transferir cargas transversales a los apoyos de la manera más eficiente. Este toma la forma de un cable para equilibrar las cargas exteriores mediante tensión axial o de un arco para hacerlo por medio de compresión.

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De manera semejante un elemento placa puede tomar la curvatura más adecuada para transmitir cargas por medio de esfuerzos axiales. La membrana es un elemento superficial de espesor pequeño que colgándose de sus apoyos, toma la forma que le permite eliminar la flexión y transformar en tensión las cargas transversales aplicadas. Es el equivalente en el espacio del cable colgante que adquiere bajo una condición de carga dada se denomina, en forma semejante a lo que se hacía para el cable, superficie funicular. Sus características de funcionamiento estructural son también similares a las del cable; gran eficiencia estructural con mínimo peso propio de la estructura; rigidez transversal despreciable que lleva a la necesidad de cambiar de forma para soportar cada estado de fuerzas diferente; transmisión de elevadas fuerzas de anclaje concentradas en algunos puntos y con dirección inclinada que exigen una estructura de soporte que puede resultar particularmente costosa. La rigidez de una membrana se incrementa notablemente si se aplican tensiones en sus extremos para que quede reesforzada antes de la carga. De esta manera la membrana sufre sólo pequeños cambios de forma al pasar de un estado de carga a otro. Una forma muy conveniente de lograr buena rigidez es una membrana es asociando una doble curvatura con preesfuerzo. El material ideal para membrana es el acero, por su alta resistencia en tensión; este se utiliza ya sea en superficies continuas, como en el caso de paredes de recipientes a tensión, o en redes de cables, como en las cubiertas colgantes. Las lonas de fibras naturales o artificiales han sido también empleadas en cubiertas colgantes y resultan muy eficientes. La acción de membrana se desarrolla también como un mecanismo secundario para resistir fuerzas en elementos planos de espesor no despreciable que transmiten las cargas por flexión. Si estos llegan a tener flechas muy elevadas en relación a su espesor, comienzan a resistir las cargas por efecto de membrana al colgarse de sus apoyos. El cascarón es un elemento de superficie curva que resiste cargas esencialmente por esfuerzos de compresión. El cascarón es la membrana como el arco es el cobre: para que esté sujeto a compresión pura su forma debe ser el inverso del funicular de cargas. Esto es que deben considerarse en el diseño. Por lo cual, la transmisión de cargas implica casi siempre la aparición de tensiones, de cortantes y ocasionalmente de flexiones cuya magnitud debe tratarse de mantener mínima por medio de la adopción de la forma más eficiente y, especialmente, con el aprovechamiento de la doble curvatura. Por otra parte, debido a los pequeños espesores que se logran en los cascarones por la gran eficiencia estructural de su forma, la resistencia puede estar regida por pandeo local de la superficie. También, por la misma razón, la resistencia del cascarón ante flexiones es reducida, por lo que

su capacidad para soportar cargas concentradas es pequeña, excepto en zonas donde las curvaturas sean muy grandes. Otro aspecto que debe tomarse en cuenta son las concentraciones de esfuerzos que suelen presentarse en los apoyos y en los bordes, las que requieren frecuentemente de engrosamientos locales o de elementos de rigidización. (Autor: Kelly Vitiello, Amelia Quezada y Jose Omar Marinez. UNIBE)

1. MODULO 3 PLANOS ESTRUCTURALES TEMA 1 FUNDAMENTOS DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES 1. INTRODUCCIÓN Podemos definir estructura; como la parte de la edificación que recibe, soporta y transmite las cargas o pesos a través de sus elementos hasta el terreno. En la construcción la estructura tiene un mejor comportamiento cuando más directa y lógica haga la transmisión de esfuerzos desde los elementos que la componen hasta el terreno. La forma y conservación de los espacios arquitectónicos depende directamente de la estructura que la sustenta, esto convierte a la estructura en un elemento espacial compuesto esencialmente de materia y forma. Para comprender el papel desempeñado por la estructura en una edificación, hay que entender el proceso de construcción como un sistema integrado por elementos heterogéneos formados por materiales de construcción, transformados mediante una determinada tecnología y realizados por personas, que hacen posible el acto de construirlos en todas sus fases. De esta forma podemos definir al sistema constructivo, como el conjunto de subsistemas dotados de atributos propios que se relacionan entre sí, dando lugar a la creación de un edificio. En el sistema constructivo hay dos aspectos importantes a considerar: - La descomposición del cuerpo o volumen construido en subsistemas, a los que corresponda una clasificación organizada según las funciones desarrolladas por sus respectivos elementos. - La definición y clasificación de los requisitos que deben satisfacer los distintos subsistemas que componen la edificación, dando a cada subsistema la autonomía necesaria para que con sus características cumpla con una función determinada y específica. 2. 2. CLASIFICACION DEL SISTEMA CONSTRUCTIVO Subsistema estructural: Compuesto por todos los elementos, de los cuales nos ocuparemos en este módulo. Subsistema cerramientos: Hacen parte de él todos los elementos que forman las fachadas y cubiertas; y además todos los que dividen interiormente el volumen en espacios arquitectónicos; y que llamados muros. Subsistema instalaciones: Formado por todas las redes e instalaciones especiales (eléctricas, acueducto, ascensores etc), que hacen posibles la realización de las actividades para las cuales fue diseñado. Subsistema acabados: Se refiere a los materiales y sistemas constructivos, empleados para dar el aspecto o presentación final a los diferentes elementos arquitectónicos y estructurales, que conforman el edificio. Figura 01: Cuadro, Subsistema estructural.

3. 2.1. SUBSISTEMA ESTRUCTURAL Podemos entender el subsistema estructural como el paquete de elementos que soportan además del peso propio de sus materiales, los elementos arquitectónicos, personas y muebles que realizarán en él las labores para las cuales fue diseñado el edificio. Los sistemas mas utilizados en Colombia para la construcción de edificios son: el sistema “esqueletal” [vigas y columnas] y el sistema de mampostería estructural [cimientos, muros, y cubierta como unidad estructural]. La estructura la podemos dividir en: Subestructura y Superestructura. Figura 02: Sistema de mampostería estructural. Figura 03: Subsistema estructural. 2.3. SUB-ESTRUCTURA En un edificio, está constituida por un conjunto de elementos (zapatas, pedestales, vigas de amarre etc.), relacionados entre sí y de acuerdo con su capacidad de trabajo, forma y resistencia. Su presencia es indispensable en todo edificio que tenga que responder a cargas y al desgaste; es por esto, que solo podrá ser sustituida por otro sub- sistema que cumpla el mismo papel con similar o mejor eficiencia. 2.3.1. PILAS En esencia, se trata de un poso seco que se excava hasta encontrar la resistencia optima del terreno, según la profundidad determinada por el estudio de suelos y los cálculos estructurales; para posteriormente ser vaciado en concreto reforzado con estribos que se 4. colocan en forma de anillos amarrados a los hierros terminales en gancho. Generalmente se entierran a gran profundidad (5m–30m). 2.3.2. PILOTES Son elementos verticales parecidos a las pilas, pero de menor tamaño y enterrados a poca profundidad (3m–4m), pueden ser en concreto simple, ciclópeo, reforzado, vaciados o hincados (prefabricado); pueden trabajar por punta o fricción.. Ambos elementos (pilas y pilotes) soportan las zapatas y los pedestales. 2.3.3. ZAPATAS Elementos estructurales cuyo largo y ancho son grandes con respecto a su grueso o altura; su función es distribuir las cargas verticales que reciben de las columnas y pedestales al terreno,. normalmente están a poca profundidad (3-4 metros). 2.3.4. PEDESTALES Elementos estructurales de mayor diámetro o sección que la columnas y menor que las zapatas, su función estructural es distribuir las cargas verticales a la zapata en forma de triangulo, su sección varia de acuerdo con las cargas de la edificación. Figura 04: detalle de zapata. 2.3.5. VIGA DE FUNDACIÓN O AMARRE Elemento horizontal cuya sección es pequeña con respecto a su longitud, su trabajo es amarrar los elementos verticales columnas y también repartir cargas al terreno; estructuralmente están sometidos a esfuerzos de tracción arriba, y compresión abajo. Generalmente los materiales utilizados son concreto (mezcla en proporciones adecuadas de cemento, arena, triturado y agua según dosificaciones), y acero que es el material de refuerzo. 5. 2.3.6. MUROS DE CONTENCIÓN Elementos verticales; vaciados en concreto o conformados por otros materiales, su función es soportar cargas o fuerzas horizontales producidas por el terreno, funcionan por gravedad, en voladizo o confinados, estos muros adquieren una forma geométrica de “T o L”. En los muros de contención, mientras más monolítica sea su construcción mayor será su resistencia a los esfuerzos. La unión en muros de contención se realiza mediante el sistema machihembrado, tratando que el encajamiento producido por este tipo de unión contrarreste a los esfuerzos a los que se someta. 2.4. SUPER-ESTRUCTURA Cuando en el sistema constructivo Figura 05: despiece de superestructura hablamos de súper-estructura, nos referimos a todos los elementos necesarios para sostener, (el peso propio del edificio, los muebles y personas que realizarán alguna función en

él); y transportar las cargas a los elementos de la sub- estructura. Los edificios están conformados por planos horizontales, verticales, e inclinados; de esta forma las cargas, se transportarán al terreno según el plano donde se encuentren. Los elementos que están por debajo del nivel del terreno, los denominamos como subestructura y los que están por encima de este nivel son los que denominados como súper- estructura. La super-estructura se compone de elementos como Columnas, muros portantes, pórticos, vigas, losas, cubiertas, escalas o gradas. 6. 2.4.1. COLUMNAS Elementos verticales aislados, cuya sección en pequeña con respecto a su longitud; transportan las cargas de las losas al pedestal. Las columnas se encuentran sometidas principalmente a esfuerzos de compresión. En sus dimensiones se deben tener en cuenta factores como la relación entre su áreas y su longitud, para evitar problemas de pandeo; así como su momento de inercia. 2.4.2. MAMPOSTERIA Las estructuras que basan su sostenimiento en muros, se comportan como un conjunto integrado por los muros y cubierta [techos / losas] que buscan como unidad llevar los esfuerzos verticales y horizontales al terreno. Los muros estructurales son planos verticales que absorben las cargas, siendo su trabajo principal el de compresión; los muros pueden sufrir ante cargas horizontales esfuerzos de flexión, vuelco o pandeo como si fuese una losa puesta a trabajar de forma vertical y no horizontal como es acostumbrado. Es por esto que en la construcción de estos muros se debe considerar el material, la longitud y la existencia de elementos que ayuden a su soporte. Figura 06: Mampostería estructural 2.4.3. PORTICOS Elemento conformado por la conjugación de columnas y vigas. El sistema estructural de pórticos permite una gran libertad en los espacios, ya que las columnas están aisladas en sentido longitudinal. Los pórticos funcionan como estructuras planas ya que las acciones, reacciones luces y deformaciones se dan en un mismo plano. Figura 07: Tipos de pórticos 7. 2.4.4. VIGAS Elementos similares a las vigas de fundación, pero que hacen parte de las losas, son elementos que tienen como función, unificar esfuerzos mediante elementos lineales. Estos elementos lineales horizontales ayudan a la transmisión de cargas monolíticamente unidas a la columnas, de esta forma funcionan como un pórtico y actúan generalmente bajo cargas verticales a flexión. Figura 08: Empate de columna con viga. 2.4.5. LOSAS Elementos estructurales horizontales que constituyen los pisos de los edificios, generalmente planos, con largo y ancho de mayor tamaño que el espesor; las losas están compuestas por otros elementos más pequeños (vigas, viguetas, aligerantes, recubrimiento, etc.). Bajo cargas verticales actúan a flexión, cizalladura, torsión y fisuras axiales. Figura 09: Detalle losa. 2.4.6. CUBIERTAS Parte de las funciones que desempeña una cubierta son las de protección al medio ambiente, evacuar el agua lluvia y servir de aislamiento térmico. Los elementos de cubierta o techos, forman parte de la estructura y deben integrase a ella, ya que estructuralmente su finalidad y función es la de conformar y unidad. Figura 10: Detalle de cubierta. 8. 2.4.7. ESCALAS Son elementos estructurales de enlace que sirven para establecer comunicación o entre distintos niveles o plantas de una edificación. Aunque los tramos de escalas se generan a partir de un plano (superficie) inclinado, están compuestos por otros elementos más pequeños llamados peldaños, los cuales se componen de un plano horizontal llamado huella, y un plano vertical llamado contra- huella. Figura 11. Con las mismas características que las escalas, las

RAMPAS son elementos estructurales inclinados, cuyo funcionamiento y forma son similares, auque también pueden funcionar en cubiertas. 2.4.8. GRADERÍAS Estructuras sobre soportes inclinados distantes unos de otros. Las gradas trabajan a flexión, soportando cargas dinámicas, son fabricadas tradicionalmente en hormigón prefabricado, madera y metal, en procesos constructivos en el sitio de la obra o mediante el montaje de elementos prefabricados. 2.5. CÁLCULO ESTRUCTURAL En Colombia, en el diseño sísmico de edificaciones deben acatarse todas las disposiciones aplicables establecidas de las Normas de Diseño y Construcción Sismo-resistente NSR-98, Ley 400 de 1997 y Decreto 33 de 1998, o los decretos que lo reemplacen o complementen. Sobre una estructura actúan cargas y fuerzas externas, la reacción de la estructura a estas fuerzas, son esfuerzos generados sobre los puntos de apoyo que equilibrar las cargas. La estructura determina el comportamiento de cada elemento que la compone, respecto a las cargas que genera el edificio, al igual que a los materiales para su construcción los cuales deben ser lo suficientemente fuertes para que sean capaces de resistir. 9. Una carga es una fuerza o acción y un esfuerzo es una reacción a esa carga, por lo tanto en una estructura podemos encontrar fuerzas y esfuerzos horizontales, verticales e inclinados, de acuerdo al plano o punto de la estructura donde se presenten. La física elemental nos dice: que para el equilibrio en una estructura, a cada acción se opone una reacción igual y contraria; de esta forma es que los elementos estructurales están sometidos a fuerzas y esfuerzos; el análisis y estudio de estos factores produce los CÁLCULO ESTRUCTURAL, el cual se representa gráficamente en los planos de plantas, cortes, detalles, cuadros, etc. Los planos de cálculos estructurales cuentan con elementos de representación diferentes a los utilizados en planos arquitectónicos constructivos y de instalaciones, es por esto que las estructuras se representan con elementos gráficos tales como: Plantas de fundaciones Detalle de fundaciones y columnas Planta de losa primer piso Planta de losa tipo Detalle de losas vigas y nervios Detalles de escalas Cuadro de estribos Especificaciones Todos los esquemas presentes en un plano estructural nos ayudan a la localización de elementos y de materiales empleados para su elaboración, es el grado de complejidad de la obra quien determina la utilización o no de cada uno de estos esquemas gráficos o la conveniencia de detalles más específicos de cada edificación. 3. GLOSARIO FUERZA: Acción de un cuerpo sobre otro que tiende a cambiarlo de dirección o imprimirle un movimiento. En una estructura actúan 2 tipos de fuerzas, una interna y otras externas. CARGA: Son las fuerzas externas que actúan sobre una estructura, éstas son catalogadas como cargas muertas, vivas, dinámicas y estáticas. 10. ESFUERZO: Fuerza interna ocasionada por la cohesión de partículas que conforman un cuerpo y que se oponen a la deformación que ocasionen las fuerzas externas. Los esfuerzos se clasifican en Simples: compuestos por la compresión, tracción y cizalladura. Compuestos: son la flexión y la torsión. COMPRECIÓN: Es la acción de dos fuerzas sobre una misma línea con sentidos opuestos y que tienden a acortar el elemento. TRACCIÓN: Resistencia de un elemento a dejarse alargar o estirar, la tracción es producida por dos fuerzas opuestas sobre la misma línea de acción. CIZALLADURA: Resistencia que opone un cuerpo a dejarse cortar, producida por dos fuerzas iguales en dos líneas de acción adyacentes. FLEXIÓN: Resistencia de un cuerpo a dejarse doblar en la dirección que actúa la fuerza. Si la

fuerza deja de actuar sobre el elemento, éste regresa a su forma original. TORCIÓN: Resistencia de un elemento a ser girado o rotado, este tipo de esfuerzo se presenta al aplicar una carga al elemento que lo hace girar deslizando las secciones transversales una sobre otra. SECCIÓN: Lado o superficie de un plano, también de esta forma puede denominarse cada una de las partes en la que se divide un todo. PANDEO: Deformación permanente producidos en elementos estructurales por una fuerza que excede el esfuerzo máximo que pueden resistir.

Elemento estructural es cada una de las partes diferenciadas aunque vinculadas en que puede ser dividida una estructura a efectos de su diseño. El diseño y comprobación de estos elementos se hace de acuerdo con los principios de la ingeniería estructural y la resistencia de materiales.

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1 Clasificación de los elementos o 1.1 Elementos lineales o 1.2 Elementos bidimensionales o 1.3 Elementos tridimensionales 2 Diseño de elementos estructurales o 2.1 Resistencia o 2.2 Rigidez o 2.3 Inestabilidad elástica o 2.4 Estados límite 3 Referencia o 3.1 Bibliografía

[editar] Clasificación de los elementos En el caso de construcciones estos tienen nombres que los identifican claramente aunque en el mundo hispano parlante, estos nombres cambian de país a país. Básicamente los elementos estructurales pueden tener estados de tensión uniaxiales, biaxiales o triaxiales según su dimensionalidad y según cada una de las direcciones consideradas pueden existir tanto tracciones como compresiones y finalmente dicho estado puede ser uniforme sobre ciertas secciones transversales o variar de punto a punto de la sección. Los elementos estructurales suelen clasificarse en virtud de tres criterios principales: 

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Dimensionalidad del elemento, según puedan ser modelizados como elementos unidimensionales (vigas, arcos, pilares, ...), bidimensionales (placas, láminas, membranas) o tridimensionales. Forma geométrica y/o posición, la forma geométrica concreta afecta a los detalles del modelo estructural usado, así si la pieza es recta como una viga o curva como un arco, el modelo debe incorporar estas diferencias, también la posición u orientación afecta al tipo de estado tensional que tenga el elemento. Estado tensional y/o solicitaciones predominantes, los tipos de esfuerzos predominantes pueden ser tracción (membranas y cables), compresión (pilares), flexión (vigas, arcos, placas, láminas) o torsión (ejes de transmisión, etc.). Unidimensionales

Bidimensionales

rectos

rectos

curvos

Flexión dominante

viga recta, dintel, arquitrabe

Tracción dominante

cable estirado

Compresión dominante

pilar

viga balcón, placa, losa, arco forjado Catenaria

curvos

Tridimensionales ___

lámina, cúpula

membrana elástica muro de carga, muro de contención

cuña

[editar] Elementos lineales Los elementos lineales o unidimensionales o prismas mecánicos, están generalmente sometidos a un estado de tensión plana con esfuerzos tensiones grandes en la dirección de línea baricéntrica (que puede ser recto o curvo). Geométricamente son alargados siendo la dimensión según dicha línea (altura, luz, o longitud de arco), mucho mayor que las dimensiones según la sección transversal, perpendicular en cada punto a la línea baricéntrica. Los elementos lineales más comunes son según su posición y forma:  

Verticales, comprimidos y rectos: Columna (sección circular) o pilares (sección poligonal), pilote (cimentación). Horizontales, flexionados y rectos: viga o arquitrabe, dintel, zapata corrida para cimentación, correa de sustentación de cubierta.

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Diagonales y rectos: Barras de arriostramiento de cruces de San Andrés, barras diagonales de una celosía o entramado triangulado, en este caso los esfuerzos pueden ser de flexión tracción dominante o compresión dominante. Flexionados y curvos, que corresponden a arcos continuos cuando los esfuerzos se dan según el plano de curvatura o a vigas balcón cuando los esfuerzos son perpendiculares al plano de curvatura.

[editar] Elementos bidimensionales Los elementos planos pueden aproximarse por una superficie y tienen un espesor pequeño en relación a las dimensiones generales del elemento. Es decir, en estos elementos una dimensión, llamada espesor, es mucho menor que las otras dos. Pueden dividirse según la forma que tengan en elementos:     

Horizontales, flexionados y planos, como los forjados, las losas de cimentación, y las plateas o marquesinas. Verticales, flexionados y planos, como los muros de contención. Verticales, comprimidos y planos, como los muros de carga, paredes o tabiques. Flexionados y curvos, como lo son las láminas de revolución, como los depósitos cilíndricos para líquidos. Traccionados y curvos son las membranas elásticas como las paredes de depósitos con fluidos a presión.

[editar] Elementos tridimensionales Los elementos tridimensionales o volumétricos son elementos que en general presentan estados de tensión biaxial o triaxial, en los que no predomina una dirección dimensión sobre las otras. Además estos elementos suelen presentar tracciones y compresiones simultáneamente según diferentes direcciones, por lo que su estado tensional es complicado. Entre este tipo de elementos están:  

Las mensulas de sustentación Las zapatas que presentan compresiones según direcciones cerca de la vertical al pilar que sustentan y tracciones en direcciones cerca de la horizontal.

Viga De Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a navegación, búsqueda

Flexión teórica de una viga apoyada-articulada sometida a una carga puntual centrada F.

En ingeniería y arquitectura se denomina viga a un elemento constructivo lineal que trabaja principalmente a flexión. En las vigas la longitud predomina sobre las otras dos dimensiones y suele ser horizontal. El esfuerzo de flexión provoca tensiones de tracción y compresión, produciéndose las máximas en el cordón inferior y en el cordón superior respectivamente, las cuales se calculan relacionando el momento flector y el segundo momento de inercia. En las zonas cercanas a los apoyos se producen esfuerzos cortantes o punzonamiento. También pueden producirse tensiones por torsión, sobre todo en las vigas que forman el perímetro exterior de un forjado. Estructuralmente el comportamiento de una viga se estudia mediante un modelo de prisma mecánico.

Dintel De Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a navegación, búsqueda

Dinteles de piedra en Stonehenge.

Esquema de estructura adintelada.

Un dintel es un elemento estructural horizontal que salva un espacio libre entre dos apoyos. Es el elemento superior que permite abrir huecos en los muros para conformar puertas, ventanas o pórticos. Por extensión, el tipo de arquitectura, o construcción, que utiliza el uso de dinteles para cubrir los espacios en los edificios se llama arquitectura adintelada, o construcción adintelada. La que utiliza arcos o bóvedas se denomina arquitectura abovedada. Los mejores exponentes de arquitectura adintelada en piedra son los edificios monumentales del Antiguo Egipto y la Grecia clásica.

Arquitrabe De Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a navegación, búsqueda

Arquitrabe en el templo romano de Marte, del Foro de Augusto, en Roma.

El arquitrabe, en arquitectura clásica, es la parte inferior del entablamento que apoya directamente sobre las columnas.[1] Su función estructural es servir de dintel, para transmitir el peso de la cubierta a las columnas. Es un elemento fundamental en la arquitectura de cubierta plana, llamada arquitrabada. La arquitectura griega clásica y su precedente, la arquitectura egea, es un ejemplo típico de estructuras arquitrabadas. Anteriormente, los edificios monumentales egipcios también se construyeron con cubiertas pétreas planas o adinteladas.

[editar] Véase también  

Entablamento Dintel

Viga balcón De Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a navegación, búsqueda

Una viga balcón es un elemento estructural cuyo eje baricéntrico es una curva plana y que soporta cargas perpendiculares a su plano de curvatura. Se diferencia del arco continuo en que en este último las cargas principales son paralelas, no perpendiculares, al plano osculador. Debido a la geometría de las vigas balcón estas tienen siempre flexión como una viga ordinaria, pero combinada necesariamente con torsión ya que debido a la forma curvada el momento flector de una sección reaparece en secciones cercanas como momento torsor.

Arco continuo De Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a navegación, búsqueda

Arco del Jefferson National Expansion Memorial.

Un arco continuo es un prisma mecánico cuyo eje baricéntrico es una curva plana y está sometido a cargas contenidas en el plano de curvatura o plano osculador del arco. Un arco continuo es por tanto un elemento estructural curvo sometido predominante a esfuerzos axiles de compresión y flexión. Los arcos continuos estructuralmente diferentes de los tradicionales arcos de mapostería o fábrica que son elementos que trabajan a compresión sin flexión.

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En ingeniería estructural, las placas y las láminas son elementos estructurales que geométriamente se pueden aproximar por una superficie bidimensional y que trabajan predominantemente a flexión. Estructuralmente la diferencia entre placas y láminas está en la curvatura. Las placas son elementos cuya superficie media es plana, mientras que las láminas son superficies curvadas en el espacio tridimensional (como lás cúpulas, las conchas o las paredes de depósitos). Constructivamente son sólidos deformables en los que existe una superficie media (que es la que se considera aproxima a la placa o lámina), a la que se añade un cierto espesor constante por encima y por debajo del plano medio. El hecho de que este espesor es pequeño comparado con las dimensiones de la lámina y a su vez pequeña comparada con

los radios de curvatura de la superficie, es lo que permite reducir el cálculo de placas y láminas reales a elementos idealizados bidimensionales.

Losa de cimentación De Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a navegación, búsqueda

Ejemplo de losa de cimentación para vivienda.

Una losa de cimentación es una placa de hormigón apoyada sobre el terreno que sirve de cimentación que reparte el peso y las cargas del edificio sobre toda la superfice de apoyo. Las losas son un tipo de cimentación superficial que tiene muy buen comportamiento en terrenos poco homogéneos que con otro tipo de cimentación podrían sufrir asentamientos diferenciales. También en terrenos con muy poca capacidad portante. Las losas más sencillas son las losas de espesor constante, aunque también existen la losas nervadas que son más gruesas según la dirección de muros o filas de pilares. Su cálculo es similar al de una losa plana de azotea invirtiendo las direcciones de los esfuerzos y aplicando las cargas tanto axiales como uniformes provenientes de todo el edificio. Las trabes de estas losas se invierten para quedar enterradas en el terreno y evitar obstáculos al aprovechamiento de la superficie que queda lista para ocuparse como un firme aunque su superficie aun es rugosa.

Forjado De Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a navegación, búsqueda

Se denomina forjado a un elemento estructural externo, generalmente horizontal, capaz de transmitir las cargas que soporta así como su peso propio a los demás elementos de la estructura (vigas, pilares, muros). Forma parte de la estructura horizontal de las diferentes plantas de un edificio, siendo capaz de solidarizar horizontalmente los diversos elementos estructurales, permitiendo, por tanto, no solo transmitir cargas verticales si no también horizontales, lo que reduciría la traslacionalidad del edificio.

Cúpula De Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a navegación, búsqueda Para otros usos de este término, véase Cúpula (desambiguación).

Cúpula central de la Basílica de San Pedro, en el Vaticano, diseñada por Miguel Ángel, tiene 42,5 m de diámetro y 132 de altura.

La cúpula es un elemento arquitectónico que se utiliza para cubrir un espacio de planta circular, cuadrada, poligonal o elíptica, mediante arcos de perfil semicircular, parabólico u ovoidal, rotados respecto de un punto central de simetría

En ingeniería y arquitectura un pilar es un elemento vertical (o ligeramente inclinado) sustentante exento de una estructura, destinado a recibir cargas verticales para transmitirlas a la cimentación y que, a diferencia de la columna, tiene sección poligonal. Lo más frecuente es que sea cuadrado o rectangular, pero puede ser también octogonal, aunque por priorizar su capacidad portante, se proyecta con libertad de formas. En la arquitectura del Antiguo Egipto se habla de pilares hathóricos, por esculpirse en ellos la diosa Hathor o de pilares osiríacos por tener representado al dios Osiris. En la arquitectura medieval, eran comunes soportes circulares masivos, llamados pilares de tambor, pilares cruciformes o pilares compuestos. En la arquitectura gótica se utilizaba el pilar fasciculado que estaba formado por un haz de baquetones, generalmente adosados a un núcleo central. En la Basílica de San Pedro en Roma, Bramante utilizó pilares ricamente articulados, como se puede ver en la planta de la figura. A veces, y a imitación de la columna, puede presentar también tres partes: basa, fuste y capitel. Si en lugar de exento va adosado al muro se denomina pilastra. Se denomina muro de contención a un tipo estructura de contención rígida, destinada a contener algún material, generalmente tierras

Se denomina muro de carga o muro portante a las paredes de una edificación que poseen función estructural; es decir, aquellas que soportan otros elementos estructurales del edificio, como arcos, bóvedas, vigas o viguetas de forjados o de la cubierta. Cuando los muros soportan cargas horizontales, como las presiones del terreno contiguo, se denominan muros de contención.

Catenaria De Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a navegación, búsqueda

Catenarias. Para el sistema de electrificación de alta potencia de los ferrocarriles, véase Catenaria (ferrocarril).

Catenaria es la curva que describe una cadena suspendida por sus extremos, sometida a un campo gravitatorio uniforme. La palabra deriva del latín catenarĭus (propio de la cadena). Por extensión, en matemáticas se denomina catenaria a la curva que adopta una cadena, cuerda o cable ideal perfectamente flexible, con masa distribuida uniformemente por unidad de longitud, suspendida por sus extremos y sometida a la acción de un campo gravitatorio uniforme. La evoluta de la catenaria es la tractriz

Membrana elástica De Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a navegación, búsqueda

Una membrana elástica es cuerpo elástico de pequeño espesor y escasa rigidez flexional que sólo puede resistir tensiones de tracción.

Cuña (máquina) De Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a navegación, búsqueda

La fuerza descendente sobre la cuña produce una fuerza horizontal mucho mayor sobre el objeto.

La cuña es una máquina simple que consiste en una pieza de madera o de metal terminada en ángulo diedro muy agudo. Técnicamente es un doble plano inclinado portátil. Sirve para hender o dividir cuerpos sólidos, para ajustar o apretar uno con otro, para calzarlos o para llenar alguna raja o hueco. El funcionamiento de la cuña responde al mismo principio que el del plano inclinado. Al moverse en la dirección de su extremo afilado, la cuña genera grandes fuerzas en sentido perpendicular a la dirección del movimiento. Estas son las fuerzas que se aprovechan para separar objetos, o para generar fricción y mantener la cuña fija a los objetos con los que está en o. La ventaja mecánica de una cuña es la relación entre su longitud y su ancho. Por ejemplo, una cuña de 10 cm de largo por 2 cm de ancho tiene una ventaja mecánica de 5. Ejemplos muy claros de cuñas son hachas, cinceles y clavos aunque, en general, cualquier herramienta afilada, como el cuchillo o el filo de las tijeras, puede actuar como una cuña.