Manual de estructuras

2.  Es el conjunto de elementos resistentes,
convenientemente vinculados entre sí,
que accionan y reaccionan bajo los
efectos de las cargas. Su finalidad es
resistir y transmitir las cargas del edificio
a los apoyos manteniendo el espacio
arquitectónico, sin sufrir deformaciones
incompatibles.

3.  Las exigencias básicas que una estructura
debe cumplir son:
 EQUILIBRIO: Se identifica con la garantía
de que el edificio no se moverá. Tienen
cierto grado de movimiento, pero
comparado a las dimensiones del edificio
los desplazamientos de este edificio son
tan pequeños que a simple vista parece
inmóvil y sin deformación alguna.

4. Un cuerpo no se
mueve en una sola
dirección, si se
aplican otras fuerzas
de igual magnitud y
dirección aplicada en
sentido contrario lo
anulan. Cuando esto
sucede se dice que
el cuerpo está en
equilibrio

5.  ESTABILIDAD: Se relaciona con el peligro
de movimiento inaceptables del edificio en
su totalidad.
 Debe estar bien equilibrado. Cuando un
viento huracanado actúa sobre un edificio
alto y éste no se halla adecuadamente
arraigado en la tierra o equilibrado por su
propio peso, puede volcarse sin
desintegrarse.

7.  “Es el arte de planificar el aprovechamiento de
los recursos naturales, así como de proyectar,
construir y operar los sistemas y las maquinas
necesarias para llevar el plan a su termino.”
 “Arte que trata sobre la aplicación de los
materiales y de las fuerzas de los materiales.
Instinto creador, flexible, independiente, logran
objetivos, aprovecha cualquier hecho o teoría
de la ciencia con tal de que contribuya a su
arte.”

9.  “Entidad física de carácter unitario, concebida
como una organización de cuerpos dispuestos en
el espacio de modo que el concepto del todo
domina la relación entre las partes”.
 Según esta definición vemos que una estructura en
un ensamblaje de elementos que mantiene su
forma y su unidad.
 Sus objetivos son: resistir cargas resultantes de su
uso y de su peso propio y darle forma a un cuerpo,
obra civil o maquina.
 Ejemplos de estructuras son: puentes, torres,
edificios, estadios, techos, barcos, aviones,
maquinarias, presas y hasta el cuerpo humano.

11.  Es un ensamblaje de miembros o elementos
independientes para conformar un cuerpo único
y cuyo objetivo es darle solución (cargas y
forma) a un problema civil determinado.
 La manera de ensamblaje y el tipo de miembro
ensamblado definen el comportamiento final de
la estructura y constituyen diferentes sistemas
estructurales.
 En algunos casos los elementos no se
distinguen como individuales sino que la
estructura constituye en si un sistema continuo
como es el caso de domos, losas continuas o
macizas y muros, y se analizan siguiendo los
conceptos y principios básicos de la mecánica.

12.  El sistema estructural constituye el soporte
básico, el armazón o esqueleto de la estructura
total y él transmite las fuerzas actuantes a sus
apoyos de tal manera que se garantice
seguridad, funcionalidad y economía.
 En una estructura se combinan y se juega con
tres aspectos:
 FORMA
 MATERIALES Y DIMENSIONES DE
ELEMENTOS
 CARGAS
 Los cuales determinan la funcionalidad,
economía y estética de la solución propuesta.

14.  Ingeniería estructural es la aplicación de los conocimientos
de la Mecánica, ciencia que estudia las fuerzas y sus efectos,
al arte de diseñar estructuras.
 En el análisis estructural conjugamos conocimientos de
ciencias básicas aplicadas al arte de la ingeniería para
encontrar fuerzas y deformaciones en una estructura.
 El ingeniero estructural se encarga del arreglo y
dimensionamiento de las estructuras y sus partes, de tal
manera que soporten satisfactoriamente las cargas colocadas
sobre ellas.
 El ingeniero por medio de los conocimientos, físicos y
matemáticos, crea modelos, a los que aplica ecuaciones y
puede por lo tanto planear, conocer y rectificar una estructura
antes de ser construida.


15.  Objetivo General
 Identificar, estudiar alternativas, seleccionar, analizar
y verificar resultados de la solución estructural a un
problema ingenieril, teniendo presentes los criterios
de funcionalidad, economía y seguridad.
 En el diseño estructural completo se distinguen dos
etapas: análisis y diseño.
 Objetivo del Análisis
 Determinar fuerzas internas (axiales, cortantes,
momentos) y deformaciones de una estructura, sobre
la base de: una forma dada de la estructura, del
tamaño y propiedades del material usado en los
elementos y de las cargas aplicadas.

16.  Objetivo del Diseño
 Selección de la forma, de los materiales y detallado
(dimensiones, conexiones y refuerzo) de los
componentes que conforman el sistema estructural.
 Ambas etapas son inseparables, parecería que se
empieza por el diseño, ya que es en esta etapa
donde se crea y luego se analiza, pero las cosas
no terminan ahí, se requiere verificar que las
fuerzas encontradas en el análisis, si son
soportadas y resistidas con los materiales y
dimensiones seleccionadas, por lo tanto
volveríamos al diseño, es decir, el proceso es
iterativo.

19.  Planeación: Se identifica el problema a solucionar y se
presentan alternativas generales de solución
 Diseño preliminar: General
 Evaluación de alternativas: Diferentes sistemas estructurales,
diferentes geometrías y diferentes materiales.
 Análisis: fuerzas y deformaciones
 Evaluación de cargas o fuerzas actuantes
 Modelación, real y abstracta
 Resolución del modelo: fuerzas internas, de conexiones
o uniones.
 Diseño: detallado y dimensionamiento de los elementos para
que resistan las fuerzas actuantes.
 Construcción: Llevar a cabo la materialización física de lo
planeado

20.  Se reconocen dos tipos de estructuras:
reticulares (frame) y estructuras tipo placa o
cascaron (Shell).
 Estructuras reticulares: Se componen por
barras rectas o curvas unidos en sus
extremos por pasadores o soldadura.
 Placa o cascarón: Se construye de losas
continuas curvas o planas con apoyos por lo
general en forma continua en sus bordes.

21. Análisis de un edificio en Análisis de una estructura con
estructura reticular de pórticos elementos placa o cascarón. En
utilizando un programa este caso están constituidos por
comercial de análisis. los muros de la vivienda y se
Estructura deformada. realiza por medio de elementos
finitos.

22.  1 Elemento tipo Cable: No
posee rigidez para soportar
esfuerzos de flexión, compresión
o cortantes. Al someter a cargas
a un cable este cambia su
geometría de tal manera que las
cargas son soportadas por
esfuerzos de tracción a lo largo
del elemento. Siempre
encontraremos que cuando
aplicamos una fuerza el cable
tendrá otra geometría.


23.  Un cable bajo su propio peso adquiere la
forma del diagrama de momentos de tal
manera que al encontrar las fuerzas internas
en cualquiera de sus puntos el valor del
momento sea cero y solo presente
componente de tracción.

25.  Elemento tipo Columna: Es
un elemento con dos
dimensiones pequeñas
comparadas con la tercera
dimensión. Las cargas
principales actúan paralelas
al eje del elemento y por lo
tanto trabaja principalmente
a compresión. También
puede verse sometido a
esfuerzos combinados de
compresión y flexión.

26.  Elemento tipo viga: Es un
elemento que tiene dos de
sus dimensiones mucho
menores que la otra y recibe
cargas en el sentido
perpendicular a la
dimensión mayor. Estas
características geométricas
y de carga hacen que el
elemento principalmente
esté sometido a esfuerzos
internos de flexión y de
cortante.

27.  Elementos tipo Arco: Se
comporta o es similar a un
cable invertido aunque
posee rigidez y resistencia a
flexión. Esta característica
lo hace conservar su
forma ante cargas
distribuidas y puntuales.
Debido a su forma los
esfuerzos de compresión
son mucho mas
significativos que los de
flexión y corte.

28.  Elementos tipo Cercha: Es
un elemento cuya área
transversal es pequeña
comparada con su longitud y
está sometido a cargas
netamente axiales aplicadas
en sus extremos. Por su
geometría y tipo de cargas
actuantes soporta solamente
fuerzas de tracción y de
compresión.

29.  Elementos tipo
cascaron: Pueden ser
flexibles, en este caso
se denominan
membranas, o rígidos y
se denominan placas.
 Membrana: no soporta
esfuerzos de flexión, es
como si fueran cables
pegados. Trabaja por
tracción netamente

30.  Cascaron o placa:
tiene rigidez a
flexión es decir
trabaja
principalmente por
compresión, pero
se asocia con
esfuerzos
cortantes y
flectores mínimos.

31.  Elementos tipo muro: Estos elementos se
caracterizan por tener dos de sus dimensiones
mucho mas grandes que la tercera dimensión y
porque las cargas actuantes son paralelas a las
dimensiones grandes. Debido a estas
condiciones de geometría y carga, el elemento
trabaja principalmente a cortante por fuerzas en
su propio plano. Adicionalmente a esta gran
rigidez a corte los muros también son aptos
para soportar cargas axiales siempre y cuando
no se pandeen.

33.  CERCHAS: Este sistema combina
elementos tipo cercha donde la disposición
de los elementos determina la
estabilidad. Pueden ser planas y espaciales

34.  ARMADURAS: En este sistema se
combinan elementos tipo cercha con
elementos tipo viga o columna unidos por
articulaciones.


35.  MARCOS O PÓRTICOS: Este sistema
conjuga elementos tipo viga y columna. Su
estabilidad está determinada por la
capacidad de soportar momentos en sus
uniones. Pueden ser planos y espaciales

36.  SISTEMAS DE PISOS: Consiste en una
estructura plana conformada por la unión varios
elementos (cáscara, viga, cercha) de tal
manera que soporte cargas perpendiculares a
su plano. Se clasifican por la forma en que
transmiten la carga a los apoyos en
bidireccionales y unidireccionales.

37.  SISTEMAS DE MUROS: Es un sistema
construido por la unión de muros en
direcciones perpendiculares y presenta gran
rigidez lateral. Este sistema es uno de los
mas usados en edificaciones en zonas
sísmicas.

38.  SISTEMAS COMBINADOS PARA
EDIFICACIONES: Se aprovechan las
cualidades estructurales de los elementos tipo
muro con las cualidades arquitectónicas de los
sistemas de pórticos. Las características de
rigidez lateral también se pueden lograr por
medio de riostras que trabajan como elementos
tipo cercha

39.  Parte del modelado van en la representación de los
soportes o apoyos, estos nos proporcionan estabilidad
impidiendo el movimiento.
 Los tipos de apoyo se clasifican por la cantidad de grados
de libertad que restrinjan. Van desde los más simples que
restringen un solo grado de libertad hasta los más
complejos que restrinjan seis grados de libertad en el
espacio.
 Los más simples son rodillos, superficies lisas, uniones
con cables, apoyos basculantes, etc.
 Al segundo tipo, aquellos que restringen dos grados de
libertad, pertenecen las articulaciones, las superficies
rugosas, las rotulas, etc.
 Al tercer tipo y último en estructuras planas pertenecen los
empotramientos.

41.  Apoyos elásticos: Se considera como un
resorte donde la fuerza de reacción es
proporcional a la deformación lineal o
angular del apoyo. Entre estos tipos
podemos considerar las zapatas sobre un
lecho elástico constituido por el suelo de
fundación.


42.  Las estructuras son elementos constructivos
cuya misión fundamental es la de soportar
un conjunto de cargas, que podemos
clasificar como sigue:
 1- Peso propio
2- Cargas de funcionalidad
3- Acciones exteriores varias

43.  Las vigas de directriz recta, que trabajan
fundamentalmente a flexión
 Los pilares, que trabajan fundamentalmente
a compresión.
 La cimentación
 El terreno, ya que si fallan por algún motivo
no se consigue el objetivo final de una
estructura que es fundamentalmente:
traspasar las cargas de la construcción, de
la que forma parte, al terreno.

45.  Los arcos: Los elementos estructurales que sirven
para salvar los vanos frecuentemente son de eje
recto, pero también pueden serlo de eje curvo.
Una tipología característica es el arco de tres
articulaciones.
 Para las denominaciones
de las estructuras utilizamos determinados
aspectos significativos, como por ejemplo:
 La forma fundamental, por ejemplo: arco
 Los apoyos, por ejemplo: empotramiento,
articulación fija,...
 El tipo de nudos, por ejemplo: rígido, articulado

47. El arte de construir puentes tiene su origen en la
misma prehistoria. Puede decirse que nace cuando un
buen día se le ocurrió al hombre prehistórico derribar
un árbol en forma que, al caer, enlazara las dos riberas
de una corriente sobre la que deseaba establecer un
vado. La genial ocurrencia le eximía de esperar a que
la caída casual de un árbol le proporcionara un puente
fortuito. También utilizó el hombre primitivo losas de
piedra para salvar las corrientes de pequeña anchura
cuando no había árboles a mano. En cuanto a la
ciencia de erigir puentes, no se remonta más allá de
un siglo y nace precisamente al establecerse los
principios que permitían conformar cada componente a
las fatigas a que le sometieran las cargas.

48.  El arte de construir puentes no experimentó cambios
sustanciales durante más de 2000 años. La piedra y la madera
eran utilizadas en tiempos napoleónicos de manera similar a
como lo fueron en época de julio Cesar e incluso mucho tiempo
antes. Hasta finales del siglo XVIII no se pudo obtener hierro
colado y forjado a precios que hicieran de él un material
estructural asequible y hubo que esperar casi otro siglo a que
pudiera emplearse el acero en condiciones económicas
 Al igual que ocurre en la mayoría de los casos, la construcción
de puentes ha evolucionado paralelamente a la necesidad que
de ellos se sentía. Recibió su primer gran impulso en los
tiempos en que Roma dominaba la mayor parte del mundo
conocido. A medida que sus legiones conquistaban nuevos
países, iban levantando en su camino puentes de madera más
o menos permanentes; cuando construyeron sus calzadas
pavimentadas, alzaron puentes de piedra labrada. La red de
comunicaciones del Imperio Romano llegó a sumar 90000 km
de excelentes carreteras.

49.  A la caída del Imperio sufrió el arte un grave
retroceso, que duró más de seis siglos. Si los
romanos tendieron puentes para salvar obstáculos
a su expansión, el hombre medieval vela en los
ríos una defensa natural contra las invasiones. El
puente era, por tanto, un punto débil en el sistema
defensivo feudal. Por tal motivo muchos puentes
fueron desmantelados y los pocos construidos
estaban defendidos por fortificaciones. A fines de la
baja Edad Media renació la actividad constructiva,
principalmente merced a la labor de los Hermanos
del Puente, rama benedictina. El progreso continuó
ininterrumpidamente hasta comienzos del siglo
XIX.


50.  La locomotora de vapor inició una nueva era al
demostrar su superioridad sobre los animales de tiro. La
rápida expansión de las redes ferroviarias obligó a un
ritmo paralelo en la construcción de puentes sólidos y
resistentes. Por último, el automóvil creó una demanda
de puentes jamás conocida. Los impuestos sobre la
gasolina y los derechos de portazgo suministraron los
medios económicos necesarios para su financiación y
en sólo unas décadas se construyeron más obras
notables de esta clase que en cualquier siglo anterior. El
gran número de accidentes ocasionados por los cruces
y pasos a nivel estimuló la creación de diferencias de
nivel, que tanto en los pasos elevados como en los
inferiores requerían el empleo de puentes. En una
autopista moderna todos los cruces de carreteras y
pasos a nivel son salvados por este procedimiento

51.  Un puente es una construcción que permite salvar
un accidente geográfico o cualquier otro obstáculo
físico como un río, un cañón, un valle, un camino,
una vía férrea, un cuerpo de agua, o cualquier otro
obstáculo. El diseño de cada puente varía
dependiendo de su función y la naturaleza del
terreno sobre el que el puente es construido.
 Su proyecto y su cálculo pertenecen a la ingeniería
estructural, siendo numerosos los tipos de diseños
que se han aplicado a lo largo de la historia,
influidos por los materiales disponibles, las técnicas
desarrolladas y las consideraciones económicas,
entre otros factores.

53.  Existen cinco tipos principales de
puentes: puentes viga, en ménsula, en
arco, colgantes, atirantados. El resto son
derivados de estos.

54.  Un puente viga es un puente cuyos vanos son
soportados por vigas. Este tipo de puentes
deriva directamente del puente tronco. Se
construyen con madera, acero u hormigón
(armado, pretensado o pos tensado).
 Se emplean vigas en forma de I, en forma de
caja hueca, etcétera. Como su antecesor, este
puente es estructuralmente el más simple de
todos los puentes.
 Se emplean en vanos cortos e intermedios (con
hormigón pretensado). Un uso muy típico es en
las pasarelas peatonales sobre autovías

56.  Un puente en ménsula es un puente en el cual
una o más vigas principales trabajan
como ménsula o voladizo. Normalmente, las
grandes estructuras se construyen por la
técnica de volados sucesivos, mediante
ménsulas consecutivas que se proyectan en el
espacio a partir de la ménsula previa. Los
pequeños puentes peatonales pueden
construirse con vigas simples, pero los puentes
de mayor importancia se construyen con
grandes estructuras reticuladas de acero o
vigas tipo cajón de hormigón pos tensado, o
mediante estructuras colgadas.

58.  Un puente de arco es un puente con apoyos a los
extremos de la luz, entre los cuales se hace una
estructura con forma de arco con la que se transmiten las
cargas. El tablero puede estar apoyado o colgado de esta
estructura principal, dando origen a distintos tipos de
puentes ya que da lo mismo.
 Los puentes en arco trabajan transfiriendo el peso propio
del puente y las sobrecargas de uso hacia los apoyos
mediante la compresión del arco, donde se transforma en
un empuje horizontal y una carga vertical. Normalmente la
esbeltez del arco (relación entre la flecha máxima y la luz)
es alta, haciendo que los esfuerzos horizontales sean
mucho mayores que los verticales. Por este motivo son
adecuados en sitios capaces de proporcionar una buena
resistencia al empuje horizontal

59.  Cuando la distancia a salvar es grande pueden estar
hechos con una serie de arcos, aunque ahora es
frecuente utilizar otras estructuras más económicas. Los
antiguos romanos ya construían estructuras con múltiples
arcos para construir puentes y acueductos.
 Este tipo de puentes fueron inventados por los antiguos
griegos, quienes los construyeron en piedra. Más tarde los
romanos usaron cemento en sus puentes de arco.
Algunos de aquellos antiguos puentes siguen estando en
pie. Los romanos usaron solamente puentes de arco de
medio punto, pero se pueden construir puentes más
largos y esbeltos mediante figuras elípticas o
de catenaria invertida.

61.  Un puente colgante es un puente sostenido
por un arco invertido formado por numerosos
cables de acero, del que se suspende el tablero
del puente mediante tirantes verticales. Desde
la antigüedad este tipo de puentes han sido
utilizados por la humanidad para salvar
obstáculos. Con el paso de los siglos y la
introducción y mejora de distintos materiales de
construcción, este tipo de puentes son capaces
en la actualidad de soportar el tráfico rodado e
incluso líneas de ferrocarril ligeras.

63.  En términos de ingeniería civil, se
denomina puente atirantado a aquel cuyo tablero
está suspendido de uno o varios pilones centrales
mediante obenques. Se distingue de los puentes
colgantes porque en éstos los cables principales se
disponen de pila a pila, sosteniendo el tablero
mediante cables secundarios verticales, y porque
los puentes colgantes trabajan principalmente a
tracción, y los atirantados tienen partes que
trabajan a tracción y otras a compresión. También
hay variantes de estos puentes en que los tirantes
van desde el tablero al pilar situado a un lado, y de
ahí al suelo, o bien están unidos a un único pilar
como el Puente del Alamillo en Sevilla.

65.  Se usan diversos materiales en la construcción de
puentes. En la antigüedad, se usaba principalmente
madera y posteriormente se usó roca. Más recientemente
se han construido los puentes metálicos, material que les
da mucha mayor fuerza. Los principales materiales que se
usan para la edificación de los puentes son:
 Piedra
 Madera
 Acero
 Hormigón armado (concreto)
 Hormigón pretensado
 Hormigón pos tensado
 Mixtos