Introduccion Estructuras

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE
ESTRUCTURAS Y CARGAS
PASAPERA LOPEZ HECTOR ANTONIO
LAS ESTRUCTURAS
Las estructuras son elementos constructivos cuya misin fundamental es la
de soportar un conjunto de cargas, que podemos clasificar como sigue:
Peso propio.
En este apartado incluiremos las cargas de la estructura que son
especialmente significativas en las estructuras de hormign armado y las
cargas geolgicas, que provienen del proceso de fraguado del hormign.
Cargas de funcionalidad
En este apartado incluiremos las cargas que actan sobre la construccin de
la que forma parte la estructura en cuestin, por ejemplo los objetos y
personas que van a estar en la construccin.
Acciones exteriores varias

Se refiere a la temperatura (dilatacin-contraccin), el viento, la nieve,
sismos. Vemos que las cargas que pueden actuar sobre una estructura son
muy variadas y pueden darse una serie de combinaciones entre ellas,
debiendo la estructura soportar la combinacin ms desfavorable.
Hemos utilizado anteriormente la palabra soportar, pero en teora de

estructuras, en el contexto que se ha utilizado en la frase, el sentido de tal
palabra hace referencia a tres aspectos:
1- Estabilidad
2- Resistencia
3- Deformacin limitada
La estabilidad de una estructura es la que garantiza que dicha estructura,

entendida en su conjunto como un slido rgido, cumple las condiciones de
la esttica, al ser solicitada por las acciones exteriores que pueden actuar
sobre ella. La resistencia es la que obliga a que no se superen las tensiones
admisibles del material y a que no se produzca rotura en ninguna seccin.
La deformacin limitada implica el que se mantenga acotada (dentro de
unos lmites) la deformacin que van a producir las cargas al actuar sobre la
estructura. Estos lmites van marcados por la utilizacin de la estructura,
razones constructivas y otras.


TIPOS DE CARGA Y DEFINICIONES BSICAS:
Carga de servicio:
Carga concentrada que se aplica en el nudo de una cercha. Tambin
llamada carga de trabajo, carga de uso.
Carga muerta:
Carga vertical aplicada sobre una estructura que incluye el peso de la
misma estructura ms la de los elementos permanentes. Tambin llamada
carga permanente
Carga viva:
Carga externa movible sobre una estructura que incluye el peso de la
misma junto con el mobiliario, equipamiento, personas, etc., que acta
verticalmente, por tanto no incluye la carga elica. Tambin llamada carga
variable.
Carga lmite:
Producto entre la carga de trabajo y el coeficiente de seguridad que es igual
a la carga del proyecto.
Carga puntual:
Carga que acta sobre un rea muy pequea o un punto muy concreto de
una estructura. Tambin llamada carga concentrada.
Carga distribuida:
Carga que se aplica a toda la longitud de un elemento estructural o a una
parte de ste. Tambin llamada carga repartida.
Factor de carga:
Relacin entre la carga media en un sistema durante un perodo especfico
de tiempo y la carga mxima que se produzca en ese perodo.

SISTEMAS ESTRUCTURALES
Un sistema estructural deriva su carcter nico de cierto nmero de
consideraciones; consideradas por separados, son las siguientes:
Funciones estructurales especificas resistencia a la compresin,

resistencia a la tensin; para cubrir claros horizontales,
verticalmente; en voladizo u horizontal.
La forma geomtrica u orientacin El o los materiales de los
elementos
La forma y unin de los elementos
La forma de apoyo de la estructura Las condiciones especficas de
carga
Las consideraciones de usos impuestas
Las propiedades de los materiales, procesos de produccin y la
necesidad de funciones especiales como desarmar o mover
Existen caractersticas para calificar los sistemas disponibles que satisfagan

una funcin especifica. Los siguientes puntos son algunas de estas
caractersticas:
Economa
Necesidades estructurales especiales problemas de diseo
Problemas de construccin material y limitacin de escala
CLASIFICACIN DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES:

Estructuras Macizas: Son aquellas en las que la resistencia y la
estabilidad se logran mediante la masa, aun cuando la estructura no se
completamente slida.
Estructuras Reticulares: Consiste en una red de elementos ensamblados
Estructuras Superficiales: Pueden tener alto rendimiento debido a su
funcin doble como estructura y envolvente, pueden ser muy estables y
fuertes.

TIPOS DE ESTRUCTURAS:
MUROS ESTRUCTURALES
Cuando este sistema se utiliza tiene dos elementos distintivos en la
estructura general del edificio:
Muros: Utilizados para dar estabilidad lateral, as como apoyo a los
elementos que cubren el claro. Generalmente son elementos a compresin.
Pueden ser monolticos o entramados ensamblados de muchas piezas.
Aunque no se utilizan para transmisin de carga vertical se utilizan, a
menudo, para dar estabilidad lateral.
Elementos para cubrir claros: Funcionan como pisos y techos. Dentro de
estos se encuentran una gran variedad de ensambles, desde simples
tableros de madera y viguetas hasta unidades de concreto precolado o
armaduras de acero.
SISTEMA DE POSTES Y VIGAS
El uso de troncos y rboles en las culturas primitivas como elementos de
construccin fue el origen de este sistema bsico, la cual es tcnica
constructiva importantes del repertorio estructural.
Los dos elementos bsicos son:
Poste: es un elemento que trabaja a compresin lineal y esta sujeto a
aplastamiento o pandeo, dependiendo de su esbeltez relativa.
Viga: bsicamente es un elemento lineal sujeto a una carga transversal;
debe generar resistencia interna a los esfuerzos cortantes y de flexin y
resistir deflexin excesiva. La estructura de vigas y postes requiere el uso
de un sistema estructural secundario de relleno par producir las superficies
de los muros, pisos y techos.
Algunas variaciones de este sistema son: Extensin de los extremos de las
vigas
Sujecin rgida de vigas y postes

Sujecin rgida con extensin de los extremos de las vigas
Ensanchamiento de los extremos del poste
Viga continua

MARCOS RGIDOS
Cuando los elementos de un marco lineal estn sujetos rgidamente, es
decir, cuando las juntas son capaces de transferir flexin entre los
miembros, es sistema asume un carcter particular. Si todas las juntas son
rgidas,
es imposible cargar algunos de los miembros transversalmente sin provocar
la flexin de los dems.
SISTEMAS PARA CUBRIR CLAROS PLANOS
Consiste en producir el sistema en dos sentidos del claro, en vez de uno
solo. El mximo beneficio se deriva de una claro en dos direcciones si los
claros son iguales. Otro factor importante para incrementar el rendimiento
es mejorar la caracterstica de la flexin de los elementos que cubren el
claro.
SISTEMA DE ARMADURAS
Una estructura de elementos lineales conectados mediante juntas o nudos
se puede estabilizar de manera independiente por medio de tirantes o
paneles con relleno rgido. Para ser estables internamente o por si misma
debe cumplir con las siguientes condiciones:
Uso de juntas rgidas

Estabilizar una estructura lineal: Por medio de arreglos de los
miembros en patrones rectangulares cooplanares o tetraedros
espaciales, a este se le llama celosa.
Cuando le elemento estructural producido es una unidad para claro plano o

voladizo en un plano, se llama armadura. Un elemento completo tiene otra
clasificacin: arco o torre de celosa.
SISTEMA DE ARCO, BVEDA Y CPULA:
El concepto bsico del arco es tener una estructura para cubrir claros,
mediante el uso de compresin interna solamente. El perfil del arco puede
ser derivado geomtricamente de las condiciones de carga y soporte. Para
un arco de un solo claro que no esta fijo en la forma d resistencia a
momento, con apoyos en el mismo nivel y con una carga uniformemente
distribuida sobre todo el claro, la forma resultante es la de una curva de
segundo grado o parbola. La forma bsica es la curva convexa hacia abajo,
si la carga es gravitacional.
ESTRUCTURAS A TENSIN
La estructura de suspensin a tensin fue utilizada ampliamente por
algunas sociedades primitivas, mediante el uso de lneas cuerdas tejidas de
fibras o bamb deshebrado. Desde el punto de vista estructural, el cable
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suspendido es el inverso del arco, tanto en forma como en fuerza interna.

La parbola del arco a compresin se jala para producir el cable a tensin.
El acero es el principal material para este sistema y el cable es la forma
lgica.
ESTRUCTURAS DE SUPERFICIES
Son aquellas que consisten en superficies extensas, delgadas y que
funcionan para resolver solo fuerzas internas dentro de ellas. El muro que
resiste la compresin, que estabiliza el edificio al resistir el cortante dentro
de un plano y al cubrir claros como una viga, acta como una estructura de
superficie. La bveda y la cpula son ejemplos de este tipo.
Las estructuras de superficie ms puras son las que estn sometidos a
tensin. Las superficies a compresin deben de ser ms rgidas que las que
soportan tensin, debido a la posibilidad de pandeo.
SISTEMAS ESPECIALES
ESTRUCTURAS INFLADAS: Se utiliza inyeccin o presin e aire como
recurso estructural en una variedad de formas.
ESTRUCTURAS LAMINARES: es un sistema para moldear superficies de
arco o bveda, utilizando una red de nervaduras perpendiculares que
aparecen como diagonales en planta.
CPULAS GEODSICAS: ideada para formar superficies hemisfricas, se
basa en triangulacin esfrica.
ESTRUCTURAS DE MSTIL: existen estructuras similares a los rboles,
que tienen piernas nicas para apoyo vertical y que soportan una serie de
ramas. Requiere bases muy estables, bien anclados contra el efecto del
volteo provocado por fuerzas horizontales.
MATERIALES ESTRUCTURALES
CONSIDERACIONES GENERALES:
En el estudio o diseo de estructuras, interesan las propiedades particulares
de los materiales. Estas propiedades criticas se pueden dividir en
propiedades estructurales esenciales y propiedades generales.
Propiedades estructurales esenciales:
Resistencia: puede variar para los diferentes tipos de fuerzas, en
diferentes direcciones, en diferentes edades o diferentes valores de
temperatura o contenido de humedad.
Resistencia a la deformacin: grado de rigidez, elasticidad,
ductilidad; variacin con el tiempo, temperatura, etc.
Dureza: resistencia al corte de la superficie, raspaduras, abrasin o
desgaste.
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Resistencia a la fatiga: perdida de la resistencia con el tiempo;

fractura progresiva; cambio de forma con el tiempo.
Uniformidad de estructura fsica: vetas y nudos en la madera,
agrietamiento del concreto, planos cortantes en la roca, efectos de la
cristalizacin en los metales.

Las propiedades generales:

Forma: natural, remoldada o reconstituida.
Peso: como contribuyente a las cargas gravitacionales de la
estructura.
Resistencia al fuego: combustibilidad, conductividad, punto de
fusin y comportamiento general de altas temperaturas.
Coeficiente de expansin trmica: relacionado con las cambios
dimensionales debidos a las variaciones de temperatura.
Durabilidad: resistencia al clima, pudricin, insectos y desgastes.
Apariencia: natural o modificada.
Disponibilidad y uso.
La eleccin de materiales debe hacerse a menudo con base en varias
propiedades, tanto estructurales como generales. Se tiene que categorizar
las diversas propiedades, segn su importancia.
MADERA:
Las limitaciones de forma y tamao se han ampliado mediante la
laminacin y los adhesivos. Las tcnicas especiales de sujecin han hecho
estructuras de mayor tamao mediante un mejor ensamble. La
combustibilidad, la podredumbre y la infestacin de insectos se pueden
retardar con la utilizacin de impregnaciones qumicas. El tratamiento con
vapor o gas amoniacal puede hacer altamente flexible a la madera,
permitindole asumir formas plsticas.
ACERO:
El acero se usa en gran variedad de tipos y formas en casi cualquier edificio.
El acero es el material mas verstil de las sistemas estructurales. Tambin
es el mas fuerte, el mas resistente al envejecimiento y el mas confiable en
cuanto a calidad. El acero es un material completamente industrializado y
esta sujeto a estrecho control de su composicin y de los detalles de su
moldeo y fabricacin. Tiene las cualidades adicionales deseables de no ser
combustible, no pudrirse y ser estable dimensionalmente con el tiempo y
los cambios de temperatura. Las desventajas son su rapida absorcin de
calor y la perdida de resistencia (cuando se expone al fuego), corrosin
(cuando se expone a la humedad y al aire).
CONCRETO:
La palabra concreto se usa para describir una variedad de materiales que
tienen un elemento en comun: el uso de un agente aglutinante o
aglomerante para formar una masa solida a partir de un agregado suelto
inerte ordinario. Los tres ingredientes bsicos del concreto ordinario son
agua, agente aglomerante (cemento) y agregado suelto (arena y grava).
El concreto ordinario tiene varios atributos, el principal es su bajo costo
general y su resistencia a la humedad, la oxidacin los insectos, el fuego y
los desgastes. Puede tomar una gran variedad de formas.
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Su principal desventaja es la falta de resistencia al esfuerzo de tensin.

Debido a su amorfismo, su amoldeado y acabado presentan, a menudo, los
mayores gastos en su uso. El precolado de fabrica en formas permanentes
es una tcnica comn utilizada para superar ese problema.
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ALUMINIO:
Se usa para una gran variedad de elementos estructurales, decorativos y
funcionales en la construccin de edificios. Las principales ventajas son su
peso ligero y su alta resistencia a la corrosin. Entre las desventajas estn
su suavidad, su baja rigidez, sus grandes variaciones de dimensin por su
expansin trmica, su baja resistencia al fuego y su costo relativamente
alto.
MAMPOSTERA:
Se usa para describir una variedad de deformaciones que constan de
elementos separados entre si por algn elemento aglutinante. Los
elementos pueden ser roca bruta o cortada, losetas o ladrillos cocidos de
arcilla, o unidades de concreto. Tradicionalmente, el aglutinante es mortero
de cementocal. El ensamble resultante es similar a una estructura de
concreto y posee muchas propiedades.
Dos importantes de la estructura de mampostera son la contraccin del
mortero y el agrietamiento por expansin trmica.
PLSTICOS:
Los elementos de plstico representan la mayor variedad de uso de la
construccin de edificios. Algunos de los principales problemas con los
plsticos son su falta de resistencia al fuego, escasa rigidez, expansin
trmica e inestabilidad qumica o fsica con el tiempo.
Algunos de los usos importantes en la construccin son: Sustituto del vidrio
Revestimiento
Adhesivos
Elementos moldeados
Espumas
MATERIALES DIVERSOS:
VIDRIO: el vidrio ordinario posee considerable resistencia, paro tiene las
caractersticas indeseables de ser frgil y de fcil fragmentacin por
impacto. Un tratamiento especial puede aumentar su resistencia a las
cargas y al impacto, pero es costoso para usarlo en grandes cantidades. Es
inconcebible el uso de este material en construcciones de gran escala. Sin
embargo, se usa para revestimientos, as como ventaneara transparente.
FIBRA DE VIDRIO: es una forma fibrosa, en la cual es capaz de acercarse a
su resistencia ideal
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