INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”

EXTENSIÓN BARINAS

Prof. Rafael Hernández BACHILLER:

Emily Molina

C.I. 25.460.410

Sección A-6

BARINAS, OCTUBRE 2013.

ESTRUCTURA

I

INTRODUCCIÓN

Tradicionalmente, la arquitectura ha sido considerada una de las siete

Bellas Artes. Determinados edificios u otras construcciones son obras de arte

ya que pueden ser considerados primariamente en función de su forma o

estructura sensible o de su estética. Desde este punto de vista, aunque los

medios de la arquitectura puedan consistir en muros, columnas, forjados,

techos y demás elementos constructivos, su fin es crear espacios con

sentido donde los seres humanos puedan desarrollar todo tipo de

actividades.

La estructura en la arquitectura desempeña un papel muy importante

en cualquier edificación, ya que es el esqueleto que lo sostiene y gracias a el

se puede levantar y detener. Simplemente el hecho de que se sostenga el

edificio.

Otra razón por la cual la estructura es sumamente importante es

porque es determinante en la organización de todos los espacios, existen

varias ventajas y desventajas sobre la elección de la estructura y conforme

los años han pasado esta ha ido evolucionando hasta nuestros días teniendo

los métodos más modernos para lograr cosas realmente increíbles que el

hombre nunca imagino crear.

La relación entre espacio y estructura se puede entender de diferentes

maneras, ya que en algunos casos podemos dejar que la estructura rija a

nuestro edificio definiendo los lugares que uno quiere crear o que nuestro

edificio rija la estructura forzando que esta se adapte a nuestros espacios.

Por otra parte, es importante tener en cuenta que las estructuras

deben soportar diferentes tipos de fuerzas que actúan sobre los elementos

que la componen. Estas fuerzas tienen distintos orígenes: debidas a su

propio peso, ya que, en principio, toda estructura debe soportarse a sí

misma, debidas al peso, movimiento o vibraciones de los elementos que

componen el conjunto del sistema técnico. Por ejemplo, el cuadro de una

bicicleta no debe deformarse cuando una persona suba a ella o cuando coja

baches mientras circula y/o debidas a agentes externos al propio sistema

técnico. Por ejemplo, el tejado de una casa no debería venirse abajo cuando

se acumule nieve sobre él, o un puente no debe caerse por el efecto del

viento, etc.

Normalmente, cuando se construye una estructura se hace para que

ésta no se deforme cuando está trabajando. Hay, sin embargo, algunas

estructuras que su trabajo lo ejercen deformándose y recuperando más tarde

su forma original, pero esto es menos normal. Así, cuando se construye una

grúa, esta no debe deformarse visiblemente al levantar las cargas, o cuando

se construye una casa, ésta no debe caerse por la acción del viento.

Cuando las estructuras resisten a la deformación se dice que tienen

rigidez. Las fuerzas que actúan sobre los diferentes elementos de las

mismas se denominan cargas. La fuerza que hace un elemento de la

estructura para no ser deformado por las cargas se denomina esfuerzo.

Dichos esfuerzos pueden ser: de tracción o tensión, compresión, flexión,

corte o cizalladura y torsión, o darse de manera combinada.

A continuación se describe cada una de estas fuerzas para

adentrarnos en el tema de las estructuras, así como también reseñar la

finalidad, estética y uso de las mismas.

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN.............................................................................................2

ORIGEN Y EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LAS ESTRUCTURAS...................5

FINALIDAD DE LAS ESTRUCTURAS.............................................................6

ESTÉTICA.......................................................................................................6

USO.................................................................................................................6

ESTADOS BÁSICOS DE LAS ESTRUCTURAS.............................................7

Tracción........................................................................................................7

Compresión..................................................................................................8

Flexión..........................................................................................................9

Torsión..........................................................................................................9

Cortadura....................................................................................................10

ESTADOS COMBINADOS DE LAS ESTRUCTURAS...................................10

EXIGENCIAS BÁSICAS DE LAS ESTRUCTURAS.......................................12

Estructuras Rígidas....................................................................................12

Estructuras Estables...................................................................................14

CONCLUSIÓN...............................................................................................15

BIBLIOGRAFÍA..............................................................................................16

ORIGEN Y EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LAS ESTRUCTURAS

La estructura es y ha sido siempre un componente esencial de la

arquitectura. Ya se tratara de construir un simple refugio para sí y su familia,

ya de cerrar espacios donde centenares de seres pudieran rendir culto a su

divinidad, comerciar, discutir problemas políticos o entretenerse, el hombre

ha tenido que dar forma a ciertos materiales a fin de que su arquitectura se

mantuviera en pie resistiendo la atracción de la tierra y otras cargas

peligrosas.

Era imprescindible resistir el viento, las descargas atmosféricas, los

terremotos y los incendios.

Y como desde los primeros tiempos de su existencia el hombre tuvo

un sentido innato de la belleza, toda la construcción se concibió conforme a

ciertos postulados estéticos que no pocas veces impusieron a la estructuras

exigencias mucho más estrictas que las re resistencia y economía.

En el pasado, sólo mediante la experiencia unida a constantes

fracasos (derrumbes) se logró obtener procedimientos seguros y económicos

de construcción de estructuras para edificios. Cada arquitecto elaboraba un

grupo de estructuras básicas, típicas de determinados materiales y terrenos.

En la edad moderna se producen dos hechos relevantes: Uno es la

evolución de la ciencia físico - matemática que estudia también las

estructuras (la estática) con lo cual se podían calcular estructuras sobre

papel y experimentando en modelos y maquetas para evitar desagradables

sorpresas; el otro es la aparición de materiales nuevos: el hierro, el cemento,

hormigón armado, con los cuales las posibilidades de formas estructurales se

ha ampliado mucho.

En la actualidad han aparecido nuevas tecnologías, y con la aparición

de la informática se ha reducido dramáticamente la tediosa tarea del cálculo,

liberando mucho tiempo para la creatividad. La estructura. Problema físico y

económico, ha sido también jerarquizado como objeto estético y expresivo.

Se han creado exponentes magníficos que constituyen un alarde de técnica

e imaginación

FINALIDAD DE LAS ESTRUCTURAS

La finalidad principal de una estructura es cerrar y delimitar un

espacio, aunque también se construyen para unir dos puntos, como los

puentes y para resistir fuerzas como las presas.

ESTÉTICA

El Arquitecto al decidir el sistema estructural que considera más

conveniente para expresar el concepto del edificio, impone además sus

postulados estéticos a la obra. Independientemente de ello, por tratarse de

un hecho formal, la estructura es de por si portadora de una emoción

estética.

Según los espacios arquitectónicos que la estructura contribuye a

limitar o sostener, el análisis de los aspectos estéticos será planteado de

diferente manera, es posible que la estructura se subordine a la función o

que sea una parte activa en la expresión de la arquitectura.

USO

Las estructuras son utilizadas para cumplir las siguientes funciones:

- Soportar pesos (el peso de los elementos sobre la estructura, y el

peso mismo del objeto y de la propia estructura).

- Resistir fuerzas externas (la pared de una presa soporta la fuerza

del agua contenida en el embalse, así como el tejado soporta el peso de la

nieve caída).

- Mantener la forma: las estructuras deben de ser capaces de soportar

pesos y resistir fuerzas sin llegar a deformarse.

- Servir de protección (la carcasa de un monitor o de un ordenador

protege los elementos que encontramos dentro, así como el chasis del

automóvil protege a los pasajeros)

ESTADOS BÁSICOS DE LAS ESTRUCTURAS

Los elementos de una estructura deben de aguantar, además de su

propio peso, otras fuerzas y cargas exteriores que actúan sobre ellos. Esto

ocasiona la aparición de diferentes tipos de esfuerzos en los elementos

estructurales, esfuerzos que estudiamos a continuación:

Tracción

Decimos que un elemento está sometido a un esfuerzo de tracción

cuando sobre él actúan fuerzas que tienden a estirarlo. Los tensores son

elementos resistentes que aguantan muy bien este tipo de esfuerzos.

Ejemplos de esfuerzos de tracción: un puente de tirantes. Muchos

puentes modernos, como los puentes de tirantes y los puentes colgantes,

utilizan gruesos cables de acero para sostener el tablero por donde circulan

los vehículos. Estos cables se denominan tirantes y están sometidos a

tracción.

Compresión

Un cuerpo se encuentra sometido a compresión si las fuerzas

aplicadas tienden a aplastarlo o comprimirlo. Los pilares y columnas son

ejemplo de elementos diseñados para resistir esfuerzos de compresión.

Ejemplo de esfuerzos de compresión: columnas, pilares y muros

de carga: Uno de los ejemplos más comunes de esfuerzo de compresión es

el que resisten las columnas, pilares y muros de carga de los edificios, como

las columnas del templo griego de la ilustración. Estos componentes

estructurales deben sostener el peso de la parte del edificio que está situado

encima de ellos. Como consecuencia de la fuerza ejercida por el peso

aparece una fuerza de reacción con sentido hacia arriba que proviene de los

cimientos.

Flexión

Un elemento estará sometido a flexión cuando actúen sobre el, cargas

que tiendan a doblarlo. Ha este tipo de esfuerzo se ven sometidas las vigas

de una estructura.

Ejemplos de esfuerzos de flexión: Plataforma de un puente.

Aunque no se puede apreciar a simple vista, la plataforma de un puente se

comba cuando debe soportar el peso de un vehículo. La flexión de un puente

es muy pequeña, ya que están diseñados para que sean rígidos. Un caso

similar de esfuerzo de flexión es el de una viga en un edificio.

Torsión

Un cuerpo sufre esfuerzos de torsión cuando existen fuerzas que

tienden a retorcerlo. Es el caso del esfuerzo que sufre una llave al girarla

dentro de la cerradura.

Cuando colocamos un tornillo, lo estamos sometiendo a un esfuerzo

de torsión. Por una parte experimenta la fuerza del destornillador que la gira

en sentido horario. Por la otra, el material donde estamos introduciendo

ejerce una fuerza de resistencia de sentido antihorario. El resultado es que el

tornillo tiende a retorcerse.

Cortadura

Es el esfuerzo al que está sometida a una pieza cuando las fuerzas

aplicadas tienden a cortarla o desgarrarla. El ejemplo más claro de cortadura

lo representa la acción de cortar con unas tijeras.

ESTADOS COMBINADOS DE LAS ESTRUCTURAS

Los Esfuerzos Combinados son aquellos que actúan en una sección

de un elemento cuando existe una combinación de dos o más de las

acciones internas actuando en dicho elemento. Los esfuerzos combinados

son importantes en muchos casos prácticos. Esfuerzos de membrana en

recipientes de pared delgada sometidos a presión son los esfuerzos que

aparecen en las paredes de los recipientes cilíndricos, esféricos o de

cualquier otra forma, debido a presiones internas y externas. Estos esfuerzos

proporcionan ejemplos de un estado de esfuerzo más general y se conocen

como esfuerzos biaxiales. Además, los recipientes a presión son importantes

por sí mismos, desde un punto de vista práctico. La transformación del

esfuerzo significa la variación, con la dirección de los componentes del

esfuerzo y la deformación de un punto.

Pandeo

Es un fenómeno de Deformación lateral de una pieza larga, que se

curva por la parte central, al estar sometida a compresión en la dirección de

su eje.

La aparición de deflexión por pandeo restringe severamente la

resistencia en compresión de un pilar o cualquier tipo de pieza delgada.

Casualmente, a partir de cierto valor de la carga axial de compresión,

llamada carga crítica de pandeo, puede producirse una situación de

inestabilidad elástica y por lo tanto fácilmente la alteración aumentará

produciendo tensiones adicionales que superarán la tensión de rotura,

provocando la ruina del elemento estructural. Además del pandeo flexional

ordinario existen otros tipos de pandeo, el torsional o inestabilidad elástica

provocado por un momento torsor excesivo.

Existen distintas maneras o modos de fallo por pandeo. Para un

elemento estructural frecuentemente hay que revisar varios de ellos y

asegurar que las cargas están lejos de las cargas críticas asociadas a cada

modo o manera de pandear. Los modos típicos son:

Pandeo flexional. Modo de pandeo en el cual un elemento en

compresión se flecta lateralmente sin giro ni cambios en su sección

transversal.

Pandeo torsional. Modo de pandeo en el cual un elemento en

compresión gira alrededor de su centro de corte.

Pandeo flexo-torsional. Modo de pandeo en el cual un elemento en

compresión se flecta y gira simultáneamente sin cambios en su sección

transversal.

Pandeo lateral-torsional. Modo de pandeo de un elemento a flexión

que involucra deflexión normal al plano de flexión y, de manera simultánea,

giro alrededor del centro de corte

EXIGENCIAS BÁSICAS DE LAS ESTRUCTURAS

Para que una estructura cumpla de forma adecuada su función debe

cumplir dos características esenciales:

1) Rigidez: Una estructura es rígida cuando no se deforma a pesar de

los esfuerzos a los que está sometida.

2) Estabilidad: Una estructura es estable cuando es capaz de

mantenerse en pie, sin caerse ni desmoronarse debido a las cargas que

actúan sobre ella.

Estructuras Rígidas

Una estructura podrá resistir los esfuerzos sin deformarse

dependiendo del material seleccionado para su construcción, de la forma de

las piezas (perfiles) y de la forma de la estructura.

Materiales: Los materiales seleccionados deben ser suficientemente

rígidos y resistentes, y se eligen unos u otros en función del esfuerzo a

soportar.

Forma de las piezas: perfiles. Los perfiles son los distintos tipos de

sección de las vigas, pilares, barras, etc. que podemos emplear al construir

nuestra estructura. Con ellos se consigue mayor resistencia de la estructura

y menor peso (ya que no son macizos).

Forma de la estructura: Para aumentar la rigidez de la estructura se

puede recurrir a una técnica denominada triangulación.

El triángulo es el único polígono que no se

deforma cuando se le aplica una fuerza. Una

estructura con forma de cualquier otra figura

geométrica se deformará irremediablemente. Por

tanto una forma sencilla de hacer una estructura rígida es conseguir que los

elementos estructurales formen triángulos indeformables técnica de la

triangulación.

El cuadrado es una estructura

deformable. Añadiendo una barra auxiliar

de refuerzo se consigue una estructura

triangulada indeformable.

El pentágono se puede reforzar por

triangulación mediante barras auxiliares

Estructuras Estables

Para que una estructura sea e stable (se mantiene

en pie sin caerse) debe cumplir con tres condiciones:

a) Si la base sobre la que se apoya la estructura es grande la

estructura será estable.

b) Cuanto más abajo se sitúe el centro de gravedad más estable será

la estructura, para ello debe concentrar casi toda la masa de la

estructura cerca de la base.

c) El centro de gravedad debe caer dentro de la base, sino es así la

estructura será INESTABLE, y por lo tanto, automáticamente

volcará.

CONCLUSIÓN

De forma sencilla, se puede concluir que la estructura de un objeto es

como el “esqueleto” o “armazón” que soporta el propio peso del objeto, lo

protege frente a otras fuerzas externas, y además mantienen unidos entre sí

todos sus elementos.

En tal sentido que la decisión de la estructura es muy importante en la

arquitectura ya que define la mayoría de los espacios. La elección de esta

puede afectar positiva o negativamente nuestra arquitectura.

No se puede olvidar que este es el esqueleto que lo sostiene y una

complicación adicional sobre cuándo, una vez establecido el modelo

estructural, este puede influir y no meramente responder en la organización

espacial. Una norma importante del arte de la arquitectura es escoger

siempre una estrategia estructural que este en concordancia con la

organización espacial que se pretende conseguir.

Además los elementos de las estructuras, como vimos, pueden estar

sometidos a diferentes tipos de esfuerzos (tracción, compresión, flexión,

torsión, corte). Y, en general, se puede decir que en el conjunto de toda

estructura habrá elementos encargados de resistir un tipo de esfuerzo, otros

que aguantarán otro tipo de carga e incluso habrá elementos que estarán

sometidos a más de una.

Para elegir la forma y el tamaño de cada uno de los elementos que

forman la estructura habrá que saber el tipo de fuerza que actúa sobre ellos y

su magnitud.

BIBLIOGRAFÍA

Evolución Histórica de las Estructuras. [Fuente en línea]. Disponible en

URL: http://webdelprofesor.ula.ve/arquitectura/mpuglisi/EstrucenArq.pdf.

Consulta 02 de octubre de 2013.

Las estructuras: El esqueleto de los objetos. [Fuente en línea].

Disponible en URL: http://www.educa.madrid.org/web/ies.atenea.sansebas

tian/departamentos/tecnologia/contenido/1_eso/estructuras.pdf. Consulta 03

de octubre de 2013.

Pandeo. BuenasTareas.com. Recuperado 07, 2010, [Fuente en Linea].

Disponible en URGL: http://www.buenastareas.com/ensayos/Pandeo/536414

.html. Consulta 03 de octubre de 2013.