Generalidades

 

Estructura

Una estructura puede concebirse como un conjunto de partes o componentes que se combinan en forma ordenada para cumplir una función dada, más específicamente, soportar la acción de una serie de fuerzas aplicadas sobre ellos.

La estructura debe cumplir la función a que está destinada con un grado de seguridad razonable y de manera que tenga un comportamiento adecuado en las condiciones normales de servicio. Además, deben satisfacer otros requisitos, tales como mantener el costo dentro de límites económicos y satisfacer determinadas exigencias estéticas.

 

Componentes y sistemas estructurales

 

Todos los sistemas estructurales están integrados por componentes. Los componentes principales de una estructura son los siguientes:

• Tirantes: aquellos miembros sometidos sólo a fuerzas axiales a tensión pura. Las cargas se aplican solo en los extremos. Se emplean “estructuras a tensión” compuestas de cables flexibles de acero para sostener puentes colgantes o techos de claros largos. A dichos elementos les falta rigidez en sus direcciones laterales, por tal motivo son susceptibles a oscilaciones inducidas por fuerzas externas, como por ejemplo, el viento. 

• Vigas y trabes: son elementos estructurales alargados horizontales, de diferentes materiales y de relativamente pequeña sección transversal, generalmente rectangulares cuya función principal es soportar las cubiertas de los entrepisos y techos, se apoya generalmente en muros o columnas, existen de dos materiales principales, de acero y de concreto reforzado.

• Columnas: miembros rectos sujetos a cargas axiales de compresión simple. Generalmente son verticales pero pueden ser inclinadas. Pueden ir acompañadas de flexión uniaxial o biaxial, son también susceptibles a pandeo o inestabilidad, por lo cual se proporciona el uso de arriostramiento cuando las columnas pertenecen a pórticos, igualmente algunas veces son sometidas a corte.

 

• Puntales: son aquellos miembros estructurales sometidos solo a fuerzas axiales de compresión. Puede cargarse únicamente en sus extremos, y no resisten cargas sometidas a flexión.

• Armaduras: es un tipo especial de estructura, compuesta enteramente de puntales y tirantes, conectados por articulaciones en sus extremos y por lo tanto están sometidas solo a fuerzas axiales de tensión o compresión respectivamente. Se supone que todas las cargas externas que actúan sobre las armaduras están aplicadas en sus nudos y no directamente a sus componentes. En virtud de su peso ligero y su alta resistencia, las armaduras se usan con amplitud y sus aplicaciones van desde soportar puentes, tejados de edificios, hasta ser soporte en estructuras espaciales.

• Marcos o armazones rígidos: los marcos son estructuras constituidas por columnas y vigas cuyas uniones son nudos rígidos, o sea, no permiten la rotación relativa entre los miembros que concurren en el nudo. A diferencia de las armaduras, las cuales se sujetan a cargas en las uniones, sobre las armazones las cargas externas pueden estar aplicadas sobre los miembros así como sobre las uniones. En general, se sujetan a momentos flexionantes, corte y compresión axial o tensión, bajo la acción de cargas externas. Sin embargo, el diseño de los miembros horizontales o vigas suele regirse sólo por los esfuerzos flexionantes y cortantes, ya que las fuerzas axiales en esos miembros por lo común son pequeñas.

Conexiones

 

Las conexiones son como el adhesivo que mantiene las partes de la estructura unidas y permite que absorban las cargas a las que están sometidas. Son pues, un aspecto crítico en el comportamiento de la estructura.

• Conexiones rígidas: impiden las traslaciones y rotaciones relativas de los miembros conectados a ella; es decir todos los extremos de miembros conectados a una unión rígida tienen las mismas traslación y rotación. En otras palabras, se mantienen los ángulos originales que existen entre los miembros que se intersectan en una unión rígida, después que la estructura se ha deformado bajo la acción de cargas. Por lo tanto, esas juntas son capaces de transmitir fuerzas así como momentos entre los miembros conectados. Suelen representarse por puntos en las intersecciones de los miembros.

• Conexión o junta articulada: solo impide las traslaciones relativas de los extremos de los miembros conectados a ella; es decir, todos los extremos de los miembros conectados a una unión articulada tienen la misma traslación, pero pueden tener rotaciones diferentes. Por tanto, esas juntas son capaces de transmitir fuerzas, pero no momentos, entre los miembros conectados. Se representan por lo general por círculos pequeños en las intersecciones de los miembros.

Apoyos

 

Los apoyos se usan para sujetar las estructuras al suelo o a otros cuerpos, restringiendo de este modo sus movimientos bajo la acción de las cargas aplicadas. Las cargas tienden a mover las estructuras; pero los apoyos impiden los movimientos al ejercer fuerzas, o reacciones, que se oponen para neutralizar los efectos de esas cargas, manteniendo de este modo las estructuras en equilibrio. Los principales apoyos estudiados son:

 

• El apoyo simple o rodillo: ofrece resistencia al movimiento sólo en una dirección perpendicular a la superficie de apoyo bajo el rodillo. No presenta resistencia a ligeras rotaciones respecto al eje del rodillo ni a movimientos paralelos a la superficie de apoyo. La única incógnita es la magnitud de la fuerza necesaria para evitar el movimiento perpendicular a la superficie de apoyo.

 

• El apoyo articulado o simplemente “articulación”: este tipo de soporte impide el movimiento en dirección vertical y/u horizontal, pero no impide ligeras rotaciones alrededor del pasador. Hay por tanto dos fuerzas desconocidas, en una articulación: las magnitudes de las fuerzas necesarias para impedir el movimiento horizontal y vertical.

 

• Empotramiento: ofrece resistencia a la rotación alrededor del soporte y al movimiento horizontal y vertical. Se tiene aquí tres incógnitas: las magnitudes de las fuerzas para impedir el movimiento vertical y horizontal y la magnitud de la fuerza para impedir la rotación.