CONCEPTOS BSICOS: SISTEMAS ESTRUCTURALES

ESTRUCTURA: conjunto de elementos cuya funcin es la de resistir los efectos de las fuerzas que afectan a los cuerpos fsicos y que tienen a deformarlos.

ESTRUCTURAS ARQUITECTNICAS: su funcin especfica es la de delimitar, mantener la forma y en muchos casos, encerrar un espacio con el objeto de hacerlo til para actividades humanas especficas.

TIPOS DE CARGAS QUE AFECTAN LAS ESTRUCTURAS: 1. 2. El peso propio de la estructura3. El peso de los elementos no estructurales tales como tabiques, muebles, instalaciones, mobiliario fijo, etc. 4. Las fuentes de viento que son variables para cada lugar y estructura5. Las fuerzas de sismo, variables para cada lugar6. Empujes de tierra o agua que afecten la estructura7. Cargas por deformaciones causadas por cambios de temperatura o asentamientos.

Por su calidad las cargas pueden ser vivas o muertas. Las cargas vivas son las cargas no fijas que pueden cambiar de lugar o posicin y tambin de magnitud respecto a la estructura, entre ellas el peso de las personas y muebles. Las cargas muertas son las cargas fijas que no cambian de lugar o de magnitud, actuando permanentemente sobre la estructura, ejemplo el peso de la estructura y el mobiliario fijo.

Por su modo de aplicacin las cargas pueden ser: concentradas, cuando estn aplicadas a un punto especfico o en un rea muy pequea, ejemplo un apoyo vertical. Distribuidas cuando se aplican a un rea o longitud en forma repartida. Pueden estar repartidas de modo uniforme o no uniforme.

REQUISITOS ESTRUCTURALES

Equilibrio: garantiza el edificio como un todo y que cada una de sus partes permanecern inmovibles, para desarrollar actividades de la vida humana. Debe tener equilibrio a la traslacin y a la rotacin. Adecuacin formal arquitectnica: cuando un edifico corresponde al destino o uso para el cual fue construido, se debe lograr una integracin armoniosa entre la estructura y el edificio. Economa: ya que existen varias alternativas de estructuras, se debe tomar la que sea ms econmica que las dems, donde la transmisin de cargas no haga recorridos innecesarios y la escogencia de materiales estructurales sea la adecuada. Una estructura bien pensada es ms econmica que una estructura descuidadamente concebida.

CONCEPTOS PRELIMINARES Tensin: efecto producido por un par de fuerzas iguales opuestas y colineales que divergen en cualquier punto de un miembro Compresin: efecto producido por un par de fuerzas iguales opuestas y colineales que convergen en cualquier punto de un miembro Torsin: efecto producido por un par de fuerzas iguales opuestas y no colineales que hacen que un miembro se tuerza alrededor de su eje central Esfuerzo normal: actan en direccin perpendicular al rea de un miembro bajo la accin de fuerza que puede ser de tensin o compresin Esfuerzo de corte; producidos por una fuerza que acta tangencialmente a un rea dada Flexin: accin combinada de tensin, compresin y esfuerzos normales y cortantes Momento: tendencia de una fuerza a causar una rotacin alrededor de cierto punto o eje. Es igual a la magnitud de la fuerza multiplicada por la distancia al punto considerado.

PRINCIPALES ELEMENTOS ESTRUCTURALES

La mayora de los edificios consiste en combinaciones de tres elementos bsicos: muros, columnas y vigas, techos y pisos. Estos elementos se conjuntan para crear tanto divisiones de espacio como espacios libres. Los diferentes sistemas estructurales estn conformados por dos tipos de elementos: elementos rgidos comunes incluyen vigas, columnas, arcos, superficies planas, superficies curvadas simples, as como cscaras con diferentes curvaturas. Los elementos flexibles incluyen cables y membranas (planas, simple y doblemente curvadas). Adicionalmente, un sin nmero de otros tipos de estructuras (marcos, armaduras, domos geodsicos, redes, etc.) son derivadas de estos elementos.

VIGAS Y COLUMNAS: Las vigas resisten las cargas que son aplicadas perpendicularmente y las transmiten a los soportes verticales o columnas. Las columnas, soportadas axialmente por las vigas, transmiten las cargas al suelo. MARCOS: los marcos son similares en apariencia a las vigas y columnas, pero tienen un comportamiento estructural diferente debido a las juntas rgidas entre los elementos verticales y horizontales que lo conforman. Esta rigidez provee en cierta medida estabilidad ante fuerzas laterales, caracterstica no presente en el sistema de vigas y columnas. Son usados de manera repetitiva en los edificios.

ARMADURAS: las armaduras son elementos estructurales resultantes de la unin de elementos cortos y rgidos en patrones triangulares. La estructura resultante es rgida producto de la exacta colocacin de sus miembros individuales. Pueden ser cuadrados o triangulares. Una armadura es afectada por las cargas como un todo y no cada elemento de manera individual, sin embargo cada uno de estos elementos es sometido a tensin o compresin segn sea el caso.

ARCOS: un arco es curvo, un elemento lineal que se extiende sobre dos puntos. La imagen comn de un arco es la de una estructura compuesta por elementos en forma de cua soportados entre s por la presin ejercida por la carga. La forma exacta de la curva y la naturaleza de la carga son determinantes para la estabilidad del conjunto.

MUROS Y LOSAS: los muros y losas son estructuras formadas por superficies rgidas. Un muro puede soportar tanto las cargas verticales como laterales. Las losas son usualmente horizontales y soportan cargas por flexin; normalmente estn hechas de concreto reforzado. Dentro de las funciones desempeadas por las losas se encuentran las de piso o azotea.

SUPERFICIES CILNDRICAS Y BVEDAS: las bvedas y superficies de can son ejemplos de superficies de curvatura simple. Una superficie de can se extiende de manera longitudinal, cuando es suficientemente larga, una superficie de can se comporta de manera similar a una viga de seccin curva. Una bveda, en contraste, es una superficie curva simple que se extiende transversalmente, puede ser concebida como un arco continuo.

SUPERFICIES ESFRICAS Y DOMOS: superficies de doble curvatura son usadas actualmente incluyendo estructuras que son porciones de esferas as como paraboloides hiperblicos. Probablemente la forma ms comn es la cpula. Los domos y superficies esfricas son sumamente eficientes, capaces de cubrir grandes luces con poco material.

CABLES: los cables son elementos estructurales flexibles. La forma que toman depende de la naturaleza y magnitud de la carga. Cuando un cable se extiende sobre dos puntos y soporta nicamente su propio peso, esta deformacin es llamada catenaria. Cuando el cable soporta cargas uniformemente distribuidas, se deforma de una manera parablica. MEMBRANAS, TIENDAS Y REDES: una membrana es una hoja delgada y flexible. Una tienda comn est hecha por superficies de membrana. Formas simples y complejas pueden ser creadas a partir de las membranas. Para superficies de doble curvatura, sin embargo, tales como superficies esfricas, la superficie real deber ser hecha por el ensamblaje de segmentos mucho ms pequeos. Las estructuras neumticas o infladas son de las ms actuales de este tipo; la forma de la estructura es mantenida por la presin interna del aire. Otra variacin es aplicar elementos que estiren la membrana para lograr la forma deseada. La necesidad de tensin de la membrana, sin embargo, impone serias limitaciones en la forma, por ejemplo, superficies esfricas son muy difciles de lograr por tensin. Las redes son superficies tridimensionales conformadas por una serie de cables curvos cruzados. Las redes son anlogas a las membranas.

ESTRUCTURAS VERTICALES: Las estructuras verticales son los sistemas cuya caracterstica principal es su proyeccin predominantemente vertical y est anclada al suelo. Pueden recoger las cargas en planos horizontales a grandes alturas y desde all conducirlas al suelo a travs de su cimentacin. Los sistemas verticales dirigen y transmiten las cargas por un mecanismo de superficie activa. Existen cuatro formas de accin para este sistema: a) Reticular b) Perimetral c) De ncleo central d) De columnas aisladas.