Elementos Estructurales
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TABLA DE CONTENIDO
1. Elementos Estructurales.....................................................................................................4
1.1 Esfuerzos que interviene en una estructura................................................................4
2. Columna.............................................................................................................................5
2.1 Especificaciones para el diseño de columnas.............................................................7
3. Vigas..................................................................................................................................8
3.1 Especificaciones para el diseño de vigas....................................................................9
4. Muro de Corte..................................................................................................................10
4.1 Criterios para el diseño de muro de cortes...............................................................10
5. Muro de Carga.................................................................................................................11
6. Cimentaciones..................................................................................................................13
6.1 Clasificación general de las cimentaciones..............................................................14
7. Losas de entrepisos..........................................................................................................14
7.1 Funciones..................................................................................................................14
7.2 Clasificación.............................................................................................................15
7.2.1 Según la dirección de la carga.................................................................15
7.2.2 Según el tipo de material estructural.......................................................15
7.3 Clasificación de las losas o placas vaciadas en el sitio............................................16
7.3.1 Losas aligeradas.......................................................................................16
Recuperable.....................................................................................................16
Perdido............................................................................................................16
7.3.2 Losas macizas..........................................................................................17
8. Albañilería.......................................................................................................................17
8.1 Albañilería simple....................................................................................................18
8.2 Albañilería armada...................................................................................................18
8.3 Albañilería reforzada:...............................................................................................19
Referencias..............................................................................................................................20
1. Elementos Estructurales
Es el conjunto de elementos dispuestos de tal forma que permiten soportar (ayuda a sostener
en posición correcta), o transportar carga sin derrumbarse.
Se considerarán elementos estructurales de hormigón en masa los construidos con hormigón
sin armaduras y los que tienen armaduras sólo para reducir los efectos de la fisuración,
generalmente en forma de mallas se denomina armaduras armadas.
1.1 Esfuerzos que interviene en una estructura
Hay dos tipos de fuerzas en estructuras: Fuerzas interiores (esfuerzos) y fuerzas exteriores
(cargas).
a) Esfuerzos interiores
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b) Esfuerzos exteriores
2. Columna
Una columna (derivada de columen, "sostén", "soporte") es un elemento arquitectónico
vertical y de forma alargada que normalmente tiene funciones estructurales.
Una columna es un elemento axial sometido a compresión, lo bastante delgado respecto su
longitud, para que abajo la acción de una carga gradualmente creciente se rompa por flexión
lateral o pandeo ante una carga mucho menos que la necesaria para romperlo por aplastamiento.
Las columnas suelen dividirse en dos grupos: “Largas e Intermedias”. A veces, los elementos
cortos a compresión se consideran como un tercer grupo de columnas. Las diferencias entre los
tres grupos vienen determinadas por su comportamiento. Las columnas largas re rompen por
pandeo o flexión lateral; las intermedias, por combinación de esfuerzas, aplastamiento y pandeo,
y los postes cortos, por aplastamiento.
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Una columna ideal es un elemento homogéneo, de sección recta constante, inicialmente
perpendicular al eje, y sometido a compresión. Sin embargo, las columnas suelen tener siempre
pequeñas imperfecciones de material y de fabricación, así como una inevitable excentricidad
accidental en la aplicación de la carga. La curvatura inicial de la columna, junto con la posición
de la carga, dan lugar a una excentricidad indeterminada, con respecto al centro de gravedad, en
una sección cualquiera. El estado de carga en esta sección es similar al de un poste corto cargado
excéntricamente, y el esfuerzo resultante está producido por la superposición del esfuerzo directo
de compresión y el esfuerzo de flexión (o mejor dicho, por flexión).
Las columnas de concreto tienen como tarea fundamental transmitir las cargas de las losas
hacia los cimientos, la principal carga que recibe es la de compresión, pero en conjunto
estructural la columna soporta esfuerzos flexionantes también, por lo que estos elementos
deberán contar con un refuerzo de acero que le ayuden a soportar estos esfuerzos.
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2.1 Especificaciones para el diseño de columnas
a) Las columnas deben dimensionarse conforme a todos los momentos flectores
relacionados con una condición de carga.
b) En el caso de columnas situadas en esquina y de otras cargadas en forma desigual en
lados opuestos de direcciones perpendiculares, deben tomarse en consideración los
momentos flectores biaxiales.
c) Es necesario dimensionar todas las columnas para una excentricidad 0.6 + 0.03h por
lo menos donde h es el espesor del elemento de la flexión, y para cargas axiales
máximas no superiores a 0.80 P0 cuando las columnas son de estribos, o de 0.85 P0
cuando llevan esfuerzo en espiral o helicoidal, donde P0 esta dado por la siguiente
ecuación: P0=0.85f ’c(Ag – Ast) + fyAst Donde Ag es el área bruta de la sección
transversal de la columna. Ast es el área total del refuerzo longitudinal.
d) La cuantía mínima del área de las varillas longitudinales de refuerzo respecto al área
transversal y total de la columna, Ag es e 0.01, la cuantía máxima es de 0.08. sin
embargo, en el caso de columnas cuya área seccional sea mayor que la exigida por
las cargas puede usarse un valor más pequeño para Ag, aunque nunca inferior a la
mitad del área bruta de dichas columnas, para calcular la capacidad de carga y el área
mínima de varillas longitudinales.
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3. Vigas
Las vigas son elementos estructurales de concreto armado, diseñado para sostener cargas
lineales, concentradas o uniformes, en una sola dirección. Una viga puede actuar como elemento
primario en marcos rígidos de vigas y columnas, aunque también pueden utilizarse para sostener
losas macizas o nervadas.
La viga soporta cargas de compresión, que son absorbidas por el concreto, y las fuerzas de
flexión son contrarrestadas por las varillas de acero corrugado, las vigas también soportan
esfuerzos cortantes hacia los extremos por tanto es conveniente, reforzar los tercios de extremos
de la viga. Para lograr que este elemento se dimensione cabe tener en cuenta la resistencia por
flexión, una viga con mayor peralte (altura) es adecuada para soportar estas cargas, pero de
acuerdo a la disposición del proyecto y su alto costo hacen que estas no sean convenientes. Para
lograr peraltes adecuados y no incrementar sus dimensiones, es conveniente incrementar el área
del acero de refuerzo para compensar la resistencia a la flexión. Para el diseño de una viga se
deberá considerar también para su dimensionamiento, los esfuerzos de corte, torsión, de control,
de agrietamiento y deflexión.
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3.1 Especificaciones para el diseño de vigas
Los inicios de la teoría de vigas se remontan al siglo XVIII, trabajos que fueron
iniciados por Leonhard Euler y Daniel Bernoulli. Para el estudio de vigas se considera un
sistema de coordenadas en que el eje X es siempre tangente al eje baricéntrico de la viga, y
los ejes Y y Z coincidan con los ejes principales de inercia. Los supuestos básicos de la
teoría de vigas para la flexión simple de una viga que flecte en el plano XY son:
Hipótesis de comportamiento elástico. El material de la viga es elástico
lineal, con módulo de Young E y coeficiente de Poisson despreciable.
Hipótesis de la flecha vertical. En cada punto el desplazamiento vertical solo
depende de x: uy(x, y) = w(x).
Hipótesis de la fibra neutra. Los puntos de la fibra neutra solo sufren
desplazamiento vertical y giro: ux(x, 0) = 0.
La tensión perpendicular a la fibra neutra se anula: σyy= 0.
Hipótesis de Bernoulli. Las secciones planas inicialmente perpendiculares al
eje de la viga, siguen siendo perpendiculares al eje de la viga una vez curvado.
Las hipótesis (1)-(4) juntas definen la teoría de vigas de Timoshenko. La teoría de
Euler-Bernouilli es una simplificación de la teoría anterior, al aceptarse la última hipótesis
como exacta (cuando en vigas reales es solo aproximadamente cierta). El conjunto de
hipótesis (1)-(5) lleva a la siguiente hipótesis cinemática sobre los desplazamientos:
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4. Muro de Corte
Un muro de corte de placas de acero,es un sistema estructural que permite proveer de
rigidez y resistencia ante cargas laterales (como sismo o viento), a una estructura. Está
compuesto por placas verticales de acero (placa de relleno), enmarcadas por columnas y
vigas. En un edificio pueden ubicarse en uno o más vanos y distribuirse en la altura de éste.
Las columnas y vigas que enmarcan la placa se denominan elementos de borde verticales
(VBE) y elementos de borde horizontales (HBE), respectivamente. Una caracterización
general que se encuentra en la literatura relacionada a SPSW [18], es que un muro de esta
clase, sujeto a ciclos de deformación inelástica, presenta inicialmente una gran rigidez y en
general un comportamiento muy dúctil, pudiendo disipar gran cantidad de energía, por lo
cual es considerado un sistema estructural apto para el diseño sísmico de estructuras.
Este tipo de muros se ha usado tanto en construcciones nuevas como en la recuperación
de estructuras dañadas ([6] y [55]). En función de los requerimientos sísmicos sobre la
estructura, la conexión vigacolumna, de los elementos de borde, puede ser simple (sistema
simple) o de momento (sistema dual) [9].
4.1 Criterios para el diseño de muro de cortes
Si bien se señaló antes que la resistencia al corte, atribuida a la placa, se basa en un estado
último, post-pandeo, también se debe notar que existen otros mecanismos de falla para un SPSW,
y que pueden mermar la resistencia basada en el campo de tracciones. Algunos de los modos de
falla reconocidos para un SPSW se enumeran a continuación.
1) Pandeo de la placa de relleno, a lo largo de la dirección de tensión principal de
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2) compresión
3) Fluencia de la placa de relleno, a lo largo de la dirección de tensión principal de
tracción
4) Rotura de la placa de relleno, a lo largo de la dirección de tensión principal de
tracción
5) Falla en flexión de los HBEs o de sus conexiones
6) Falla de la conexión que une la placa con los elementos de borde
7) Falla en compresión de los VBEs
8) Rotura en tracción de empalmes de los VBEs
9) Falla de la placa base de los VBEs, en compresión o levantamiento
10) Falla de la fundación del muro.
5. Muro de Carga
Los muros de carga se dan a conocer como muros portantes y son las paredes que en
determinada construcción tienen función estructural. En otras palabras son las paredes que
soportan otros elementos de la construcción. Los muros más antiguos conservados son los
confeccionados en piedra.
Los romanos fueron los precursores del hormigón, mediante la técnica del Emplectum,
donde se encontraban presente el sillar de piedra, relleno de un mortero preparado con cal, arena
y cascote.
Cuando no se encontraban estas piedras, o era muy costosa su búsqueda, se procedía a
sustituirla por adobe. Por esta razón se llevó a cabo una afinidad entre el emplectum y el tapial.
Con la técnica del tapial se levantaron edificaciones de hasta 6 pisos. Cuando se habla de muros
de carga, hay que reconocer que el material más empleado para esta tarea es el ladrillo, por ser un
material resistente y duradero. El que se incorpora a estos muros es macizo.
Otras veces los muros de carga están confeccionados en bloques de hormigón, destacando
que con este material no se puede lograr una gran altura. Lo que dio la posibilidad de la aparición
del hormigón armado, fue la llegada del acero. De esta forma el método constructivo dio un gran
cambio. Actualmente las estructuras se desarrollan por combinación de vigas y pilares, y es muy
raro cuando un muro adquiere función estructural, funcionando únicamente como divisores de
espacios.
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Los muros portantes tienen que transmitir las cargas al terreno, estos a su vez deben de estar
dotados de cimentación, para que el muro no se clave en el terreno. La cimentación donde se
encuentran los muros de carga es conocida como zapata lineal o corrida. Los muros son
superficies continuas, a los que hay que realizarles aberturas, ya sea para ventanas o puertas, con
la finalidad de iluminar, comunicar espacios y ventilar. Es por esto necesario utilizar el dintel o el
arco. Otro material que se une a la construcción es la madera, por permitir realizar huecos
amplios.
Los arcos también sirven para desviar la carga de los muros a los lados. Los forjados de los
edificios se soportan sobre muros portantes, es por ello que los edificios que emplean muros de
carga son ubicados en dos de las fachadas, siendo también utilizados como aislante acústico y
térmico. En caso de que sí se coloquen muros de carga debe de ser posicionados de forma
paralela a la fachada. Se distinguen de los tabiques no estructurales gracias a su grosor.
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6. Cimentaciones
El cimiento es aquella parte de la estructura encargada de transmitir las cargas al terreno.
Dado que la resistencia y rigidez del terreno son, salvo raros casos, muy inferiores a las de la
estructura, la cimentación posee un área en planta muy superior a la suma de las áreas de todos
los soportes y muros de carga.
Lo anterior conduce a que los cimientos son en general piezas de volumen considerable, con
respecto al volumen de las piezas de la estructura. Los cimientos se construyen casi
invariablemente en hormigón armado y, en general, se emplea en ellos hormigón de calidad
relativamente baja, ya que no resulta económicamente interesante el empleo de hormigones de
resistencias mayores.
Para poder realizar una buena cimentación es necesario un conocimiento previo del terreno
en el que se va a construir la estructura.
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6.1 Clasificación general de las cimentaciones
Poco profundas
Zapatas
Aisladas
Corridas
De colindancia
Losas de cimentación
Cimientos mampostería de piedra
Corridos
De colindancia
Profundas
Cilindros
Pilotes de punta, de ficción, de control
Cajones de cimentación
7. Losas de entrepisos
Losas o placas de entrepiso son los elementos rígidos que separan un piso de otro,
construidos monolíticamente o en forma de vigas sucesivas apoyadas sobre los muros
estructurales.
7.1 Funciones
Las losas o placas de entrepiso cumplen las siguientes funciones:
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Función arquitectónica: Separa unos espacios verticales formando los diferentes
pisos de una construcción; para que esta función se cumpla de una manera adecuada,
la losa debe garantizar el aislamiento del ruido, del calor y de visión directa, es decir,
que no deje ver las cosas de un lado a otro.
Función estructural: Las losas o placas deben ser capaces de sostener las cargas de
servicio como el mobiliario y las personas, lo mismo que su propio peso y el de los
acabados como pisos y revoques. Además forman un diafragma rígido intermedio,
para atender la función sísmica del conjunto.
7.2 Clasificación
Las losas o placas de entrepiso se pueden clasificar así:
7.2.1 Según la dirección de la carga
Losas unidireccionales: Son aquellas en que la carga se transmite en una
dirección hacia los muros portantes; son generalmente losas rectangulares en las
que un lado mide por lo menos 1.5 veces más que el otro. Es la más corriente de
las placas que se realizan en nuestro medio.
Losa o placa bidireccionales: Cuando se dispone de muros portantes en los
cuatro costados de la placa y la relación entre la dimensión mayor y la menor del
lado de la placa es de 1.5 o menos, se utilizan placas reforzadas en dos direcciones.
7.2.2 Según el tipo de material estructural
Losas o placas en concreto (hormigón) reforzado: Son las más comunes que se
construyen y utilizan como refuerzo barras de acero corrugado o mallas metálicas
de acero.
Losas o placas en concreto (hormigón) pretensado: Son las que utilizan cables
traccionados y anclados, que le transmiten a la placa compresión. Este tipo de losa
es de poca ocurrencia en nuestro medio y sólo lo utilizan las grandes empresas
constructoras que tienen equipos con los cuales tensionan los cables.
Losa o placas apoyada en madera: Son las realizadas sobre un entarimado de
madera, complementadas en la parte superior por un diafragma en concreto
reforzado.
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Losa o placa en lámina de acero: Son las que se funden sobre una lámina de
acero delgada y que configura simultáneamente la formaleta y el refuerzo inferior
del concreto que se funde encima de ella. Tiene un uso creciente en el medio
constructivo nacional.
Losas o placas en otro material: Son placas generalmente prefabricadas
realizadas en materiales especiales como arcilla cocida, plástico reforzado, láminas
plegadas de fibrocemento, perfiles metálicos etc.
7.3 Clasificación de las losas o placas vaciadas en el sitio
7.3.1 Losas aligeradas
Son las que utilizan un aligerante para rebajar su peso e incrementar el espesor
para darle mayor rigidez transversal a la losa. Los aligerantes pueden ser rígidos o
flexibles, y pueden ser.
Recuperable
Cuando después de vaciada y fraguada la losa se puede sacar el aligerante y darle
uso en otras losas. Los hay moldeados en patrón y en plástico reforzado, o
ensamblados, como los de madera y láminas metálicas, el uso más frecuente es
en losas que se deja a la vista la cara inferior.
Perdido
Es el aligerante que no se puede recuperar después de vaciada la losa y son
generalmente de madera o esterilla de guadua. Para utilizarlos, se funde o vacía
primero una torta o capa de mortero con un espesor de 2.5 cm, reforzada con
malla electrosoldada o malla de alambre tipo gallinero; luego se colocan los
cajones aligerantes, se ubica el refuerzo de acuerdo al plano estructural, se funde
el hormigón y finalmente, en la parte superior del aligerante, se funde una capa
(diafragma) monolítica con las nervaduras de la losa y de unos 5 cm de espesor
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7.3.2 Losas macizas
Son las fundidas o vaciadas sin ningún tipo de aligerante. Se usan con espesores
hasta de 15 cm, generalmente utilizan doble malla de acero una en la parte inferior
y otra en la parte superior.
8. Albañilería
Existen tres tipos de albañilería, cuya utilización está determinada por el destino de la
edificación y los proyectos de cálculo y arquitectura respectivos. Estos tipos son:
albañilería simple, albañilería armada y albañilería reforzada.
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8.1 Albañilería simple
Usada de manera tradicional y desarrollada mediante experimentación. Es en la cual
la albañilería no posee más elementos que el ladrillo y el mortero o argamasa, siendo
éstos los elementos estructurales encargados de resistir todas las potenciales cargas que
afecten la construcción. Esto se logra mediante la disposición de los elementos de la
estructura de modo que las fuerzas actuantes sean preferentemente de compresión.
8.2 Albañilería armada
Se conoce con este nombre a aquella albañilería en la que se utiliza acero como
refuerzo en los muros que se construyen.
Principalmente estos refuerzos consisten en tensores (como refuerzos verticales) y
estribos (como refuerzos horizontales), refuerzos que van empotrados en los cimientos o
en los pilares de la construcción, respectivamente.
Suele preferirse la utilización de ladrillos mecanizados, cuyo diseño estructural
facilita la inserción de los tensores para darle mayor flexibilidad a la estructura.
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8.3 Albañilería reforzada:
Albañilería reforzada con elementos de refuerzo horizontal y vertical, cuya función
es mejorar la durabilidad del conjunto.
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Referencias
http://www.arqhys.com/
http://es.wikipedia.org/wiki/Elemento_estructural
http://www.educagratis.org/
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