Fundamentos de la Estructura y Resistencia de Edificaciones: Componentes y Esfuerzos Mecánicos

Elementos Fundamentales de una Estructura

Las estructuras de edificación se componen de diversos elementos diseñados para soportar y distribuir cargas. A continuación, se detallan los componentes principales:

• Forjado

  Es el suelo y el techo de los edificios, proporcionando superficies horizontales y rigidez al conjunto.

• Pilares

  Son los elementos verticales de una estructura y se encargan de soportar el peso de toda la edificación, transmitiéndolo hacia los cimientos.

• Vigas

  Son elementos estructurales que normalmente se colocan en posición horizontal. Se apoyan sobre los pilares y están destinados a soportar cargas. En un edificio, forman parte del forjado.

• Dintel

  Viga maciza que se apoya horizontalmente sobre dos soportes verticales y que cierra huecos tales como ventanas y puertas.

• Arco

  Es el elemento estructural, de forma curvada, que salva el espacio entre dos pilares o muros. Es muy útil para salvar espacios relativamente grandes.

• Tirantes

  Con el objeto de dar rigidez a las estructuras, se dispone de estos elementos simples que se colocan entre las vigas y los pilares.

• Tensores

  Su misión es parecida a la de los tirantes, pero estos son normalmente cables.

• Cerchas

  Son un caso especial de vigas, formadas por un conjunto de barras que crean una estructura triangular, proporcionando gran resistencia con poco material.

• Cimientos

  Es el elemento encargado de soportar y repartir por el suelo todo el peso de la estructura, asegurando su estabilidad.

Perfiles Estructurales

Los perfiles son todas aquellas barras de acero que tienen una forma especial. Se emplean para conseguir estructuras más ligeras que soportan grandes pesos con poca cantidad de material. El nombre del perfil viene dado por la forma de su superficie lateral (ejemplos comunes: I, U, T, L). Estos aceros se usan frecuentemente en vigas, pilares y tirantes.

Tipos de Esfuerzos Mecánicos en Estructuras

Los elementos estructurales deben resistir diversas fuerzas que intentan deformarlos. Los tipos de fuerza más importantes que soportan son:

1. Tracción

   Si sobre los extremos de un cuerpo actúan dos fuerzas opuestas que tienden a estirarlo, el cuerpo sufre tracción. Es el tipo de esfuerzo que soportan los tirantes y los tensores.

2. Compresión

   Si sobre los extremos de un cuerpo actúan dos fuerzas opuestas que tienden a comprimirlo, el cuerpo sufre compresión. Es el tipo de esfuerzo que soportan los pilares y los cimientos.

3. Flexión

   Si sobre un cuerpo actúan fuerzas que tienden a doblarlo, el cuerpo sufre flexión. Es el tipo de esfuerzo que soportan las vigas y las cerchas.

4. Torsión

   Si sobre un cuerpo actúan fuerzas que tienden a retorcerlo, el cuerpo sufre torsión. Es el tipo de esfuerzo que soporta una llave girando en una cerradura.

5. Cizalladura

   Si sobre un cuerpo actúan fuerzas que tienden a cortarlo, el cuerpo sufre cizalladura (también conocido como esfuerzo cortante).

Principios de Rigidez y Estabilidad

Triangulación

La rigidez de ciertas estructuras no se debe a lo compacto de su construcción, sino al entramado triangular de su forma. Es decir, su rigidez se basa en la triangulación. Consiste en buscar que su diseño geométrico esté basado en la unión de triángulos, formando así una estructura geométricamente indeformable. El triángulo es el único polígono que no se deforma cuando se le aplica una fuerza.

Estabilidad Estructural

La estabilidad es la capacidad que tienen los elementos de las estructuras de aguantar las acciones sin volcar o caer. Las estructuras que, al aplicar una pequeña carga o por sí solas, pierden el equilibrio se consideran inestables.

La estabilidad dependerá de la forma de la estructura, de los apoyos y de la distribución de los pesos. Para mejorar la estabilidad, se aplican los siguientes principios:

• Las estructuras bajas y anchas son más estables que las altas y delgadas.
• Una base ancha aumenta significativamente la estabilidad.
• Si la base tiene más peso, la estructura es más estable.
• El uso de contrapesos permite reequilibrar la estructura.
• Se mejora la estabilidad con el uso de tensores, tirantes o escuadras de apoyo.