Acciones, estados límite, forjados y hormigón: conceptos fundamentales de estructuras

Resumen

El documento repasa los conceptos básicos del diseño estructural: tipos de acciones (permanentes y variables), vinculación entre barras y estados límite últimos y de servicio. Después describe los forjados unidireccionales, sus clasificaciones y los tipos de flechas, y termina con las ventajas, inconvenientes y denominación del hormigón, incluido el hormigón pretensado.

Puntos clave

Las acciones sobre una estructura son gravitatorias, de viento y de sismo; los forjados transmiten las cargas a los elementos primarios como los pilares.
Las acciones permanentes incluyen peso propio, pretensado y acciones del terreno; las variables incluyen sobrecargas de uso, viento, nieve, acciones térmicas y barandillas.
Los Estados Límite Últimos se asocian al colapso o fallo resistente; los Estados Límite de Servicio, a la pérdida de funcionalidad, estética o comodidad.
Los forjados unidireccionales aportan rigidez, solidarizan los pórticos y transmiten las acciones a pilares y/o vigas.
El hormigón trabaja bien a compresión pero mal a tracción, por lo que se complementa con barras de acero.
El hormigón se denomina T-R/C/TM/A, donde R es la resistencia, C la consistencia, TM el tamaño máximo del árido y A el ambiente.

Ponte a prueba

Acciones sobre Edificios y Estructuras

Las acciones fundamentales que pueden actuar sobre una estructura son:

Acciones producidas por fuerzas gravitatorias.
Acciones producidas por el viento y el sismo.

La estructura se configura mediante elementos secundarios (como los forjados) que transmiten las cargas a los elementos primarios (como los pilares).

Tipos de Vinculación entre Barras

Las barras de una estructura pueden vincularse entre sí de diferentes maneras:

Empotramiento perfecto: Impide giros y desplazamientos.
Nudo rígido: Las barras que unen el nudo se ven afectadas por giros y desplazamientos.
Nudo articulado: El giro de una barra no afecta a las otras.
Nudo libre: No tiene impedimento en giros ni movimientos.

Acciones sobre la Edificación y la Estructura

Acciones sobre la edificación: Acciones exteriores que actúan sobre los elementos constructivos.
Acciones sobre la estructura: En función de las soluciones constructivas, las acciones sobre la edificación producen acciones sobre la estructura.

Clasificación de Acciones

Acciones permanentes: Peso propio, pretensado, acciones del terreno.
Acciones variables: Sobrecargas de uso, viento, nieve, acciones térmicas y barandilla.

Estados Límite

Estados Límite Últimos (ELU)

Se asocian al colapso o a otro fallo de capacidad resistente de la estructura (seguridad de la estructura, seguridad de las personas).

Estados Límite de Servicio (ELS)

Se asocian a la pérdida de la capacidad de servicio de la estructura (estética, comodidad de las personas, funcionamiento de la construcción).

Forjados Unidireccionales

Función: Aportar rigidez, solidarizar horizontalmente los pórticos, aumentar la capacidad resistente a flexión y torsión, recibir las acciones y transmitirlas a los pilares y/o las vigas.

Tipos de Forjados Unidireccionales

Losa maciza
Losa aligerada
Viguetas resistentes
Semiviguetas
Prelosa de hormigón
Prelosa metálica
Piezas especiales

Clasificación por Armadura

Forjados armados (armadura pasiva)
Forjados pretensados (armaduras activas)
Forjado pretensado parcial (armaduras activas y pasivas)

Clasificación por Apoyo

Forjados simplemente apoyados (mediante vigas de tramo): cada tramo es independiente, solo tiene flexión positiva y no hay compatibilidad de deformación.

Forjados Continuos

Clasificación por Construcción

Forjado in situ: nervios hormigonados en obra.
Forjado prefabricado: placas alveolares, placas PI.
Forjados parcialmente prefabricados: viguetas armadas, viguetas pretensadas, semiviguetas pretensadas.

Tipos de Flechas

Flechas instantáneas: Deformación directa que se produce por determinadas acciones.
Flecha activa: Deformación máxima producida en un tramo de viga o forjado.
Flecha diferida: Deformación final que experimenta un elemento tras estar sometido a cargas durante un tiempo prolongado.

Introducción al Hormigón

El hormigón está compuesto por agua, arena, áridos gruesos (gravas) y aglomerantes (cemento y cal).

Ventajas del Hormigón

Trabaja bien a compresión.
Se adapta a geometrías complejas.
Buena durabilidad.
Buena resistencia al fuego.
Buena capacidad de absorción de energía.
Compatibilidad de deformación con el acero.
Buena relación prestaciones-coste.

Inconvenientes del Hormigón

No trabaja bien a tracción (fisura).
Comportamiento no lineal.
Resistencia limitada.
Tiene retracción.
Roturas de tipo frágil.

Las barras de acero complementan estas carencias.

Denominación del Hormigón

T-R/C/TM/A (T=indicativo de hormigón, R=resistencia, C=consistencia, TM= tamaño máximo del árido, A=ambiente).

Hormigón Pretensado

Ventajas del Hormigón Pretensado

Menor canto (menos peso).
Ahorro en la cimentación.
Eliminación de fisuración.
Reducción de los plazos de construcción.

Inconvenientes del Hormigón Pretensado

Control de obra cuidadoso.
Personal especializado.
Accesorios muy voluminosos.
Garantizar protección frente a la corrosión.

Consideraciones Adicionales

El esfuerzo más desfavorable de la estructura suele ser la flexión y el cortante.
Las viguetas prefabricadas pretensadas son muy eficientes, ya que requieren menos trabajo en obra y tienen contraflecha.
Las viguetas resistentes o autoportantes ahorran la mayor parte del encofrado (aunque se les debe sumar el mallazo y la capa de compresión). Las semirresistentes no requieren apuntalamiento, ya que vienen con las capas necesarias.
Luces típicas para viguetas: máximas de 6.5 m (para un canto normal) y mínimas de unos 3.5 m.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son los tipos de acciones sobre una estructura?

Las acciones permanentes son el peso propio, el pretensado y las acciones del terreno. Las variables son las sobrecargas de uso, el viento, la nieve, las acciones térmicas y la barandilla.

¿Qué diferencia hay entre los ELU y los ELS?

Los Estados Límite Últimos se asocian al colapso o a otro fallo de capacidad resistente de la estructura. Los Estados Límite de Servicio se asocian a la pérdida de la capacidad de servicio, como la estética o la comodidad de las personas.

¿Cuáles son las ventajas e inconvenientes del hormigón?

Trabaja bien a compresión, se adapta a geometrías complejas y tiene buena durabilidad y resistencia al fuego. Sus inconvenientes son que no trabaja bien a tracción, tiene retracción, resistencia limitada y roturas frágiles.