Fundamentos de Estructuras: Cargas, Materiales y Proceso Constructivo

Introducción a las Estructuras y Cargas

La mayoría de los productos se ven sometidos a fuerzas llamadas cargas. Las estructuras tienen la misión de soportar estas cargas, pero también cumplen otras funciones esenciales: soportar pesos, resistir fuerzas externas, proporcionar forma y servir de protección.

Una estructura es un conjunto de elementos cuya finalidad es cumplir todos estos objetivos.

Tipos de Estructuras

Estructuras en Máquinas y Objetos

• Laminadas o de carcasa: Láminas o paneles resistentes y delgados que envuelven al objeto, lo protegen y mantienen en su posición al resto de piezas.
• De armazón: Formadas por piezas alargadas (barras, tubos, etc.) unidas entre sí para formar una especie de esqueleto o armadura.

Estructuras de las Construcciones

• Masivas: Muy pesadas y macizas, formadas por superficies muy anchas y resistentes.
• Trianguladas: Unión articulada de barras formando triángulos. Son ligeras y fáciles de montar.
• Entramadas: Una malla o entramado de piezas verticales y horizontales unidas rígidamente entre sí.
• Colgadas: Soportan el peso de la construcción mediante cables o tirantes que se fijan a mástiles o torres muy resistentes.

Tipos de Esfuerzos Mecánicos

Las estructuras deben resistir diferentes tipos de esfuerzos:

• Tracción: (Estiramiento)
• Compresión: (Aplastamiento)
• Flexión: (Doblar)
• Cortadura: (Cortar)
• Torsión: (Retorcer)

Componentes Fundamentales de una Estructura

• Vigas: Elementos horizontales.
• Tirantes: Suelen ser cables.
• Pilares: Elementos verticales.
• Barras en triángulo: Perfiles o tubos delgados que se unen por sus extremos para formar estructuras trianguladas.
• Arcos: Debido a su forma curva, permiten la distribución de las fuerzas que soportan en su parte superior.
• Muros: Dependiendo del tipo de estructura, pueden ser muros de carga o de contención.

Selección de Materiales Estructurales

La elección de materiales depende de la estructura y los esfuerzos a soportar:

Materiales según el Esfuerzo

• Madera y acero: Se emplean en el caso de esfuerzos de tracción y compresión.
• Piedra y hormigón: Se utilizan si los esfuerzos son predominantemente de compresión.

Materiales según la Intensidad

Otro factor crucial es la intensidad de los esfuerzos:

• Pequeñas estructuras: Madera, aluminio y plásticos rígidos.
• Grandes estructuras: Piedra, acero, hormigón armado.

El Hormigón Armado

El hormigón armado es un material de gran resistencia que combina la alta resistencia a la tracción del acero con la gran resistencia a la compresión del hormigón.

Importancia del Perfil y la Forma

La forma o perfil que tiene cada una de las piezas de una estructura resulta tan importante como el material con el que está hecha. Los pilares y vigas de un edificio suelen tener perfiles en forma de H, L, T o I.

Propiedades Estructurales Clave

Rigidez

La rigidez se consigue mediante:

• Uniones rígidas.
• Refuerzos.
• Triangulaciones.

Estabilidad

Una estructura será inestable y volcará si la línea vertical que pasa por el centro de gravedad queda fuera de la base de apoyo. Para conseguir estructuras más estables, podemos:

• Aumentar la base de apoyo.
• Incrementar el peso en la base.
• Utilizar sistemas de anclaje.

Proceso Constructivo de un Edificio

El proceso básico para construir un edificio sigue los siguientes pasos:

1. Se colocan los cimientos.
2. Los pilares del primer piso se levantan anclados en los cimientos.
3. Las vigas se unen a los pilares, formando el entramado principal del edificio.
4. Los forjados se apoyan sobre las vigas para formar los suelos de los pisos.

Glosario de Componentes Constructivos

• Cimientos: Son la base sobre la que se apoya el resto de la estructura.
• Pilares y vigas: Forman el armazón básico del edificio.
• Forjados o tableros: Constituyen el suelo de los diferentes pisos.