Este documento presenta los fundamentos de los elementos estructurales. Explica que la estructura está compuesta por subsistemas como el estructural, cerramientos, instalaciones y acabados. Describe los elementos de la subestructura como cimientos y de la superestructura como columnas, vigas, losas y cubiertas. Finalmente, introduce conceptos básicos de cálculo estructural como fuerzas, esfuerzos y equilibrio.

1. MODULO 3 PLANOS ESTRUCTURALES
TEMA 1 FUNDAMENTOS DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES
1. INTRODUCCIÓN
Podemos definir estructura; como la parte de la edificación que recibe, soporta y
transmite las cargas o pesos a través de sus elementos hasta el terreno. En la
construcción la estructura tiene un mejor comportamiento cuando más directa y
lógica haga la transmisión de esfuerzos desde los elementos que la componen
hasta el terreno.
La forma y conservación de los espacios arquitectónicos depende directamente de
la estructura que la sustenta, esto convierte a la estructura en un elemento
espacial compuesto esencialmente de materia y forma.
Para comprender el papel desempeñado por la estructura en una edificación, hay
que entender el proceso de construcción como un sistema integrado por
elementos heterogéneos formados por materiales de construcción, transformados
mediante una determinada tecnología y realizados por personas, que hacen
posible el acto de construirlos en todas sus fases. De esta forma podemos definir
al sistema constructivo, como el conjunto de subsistemas dotados de atributos
propios que se relacionan entre sí, dando lugar a la creación de un edificio. En el
sistema constructivo hay dos aspectos importantes a considerar:
- La descomposición del cuerpo o volumen construido en subsistemas, a los que
corresponda una clasificación organizada según las funciones desarrolladas por
sus respectivos elementos.
- La definición y clasificación de los requisitos que deben satisfacer los distintos
subsistemas que componen la edificación, dando a cada subsistema la autonomía
necesaria para que con sus características cumpla con una función determinada y
específica.

2. 2. CLASIFICACION DEL SISTEMA CONSTRUCTIVO
Subsistema estructural:
Compuesto por todos los elementos, de los cuales nos ocuparemos en este
módulo.
Subsistema cerramientos:
Hacen parte de él todos los elementos que forman las fachadas y cubiertas; y
además todos los que dividen interiormente el volumen en espacios
arquitectónicos; y que llamados muros.
Subsistema instalaciones:
Formado por todas las redes e instalaciones especiales (eléctricas, acueducto,
ascensores etc), que hacen posibles la realización de las actividades para las
cuales fue diseñado.
Subsistema acabados:
Se refiere a los materiales y sistemas constructivos, empleados para dar el
aspecto o presentación final a los diferentes elementos arquitectónicos y
estructurales, que conforman el edificio.
Figura 01: Cuadro, Subsistema estructural.

3. 2.1. SUBSISTEMA ESTRUCTURAL
Podemos entender el subsistema
estructural como el paquete de
elementos que soportan además del
peso propio de sus materiales, los
elementos arquitectónicos, personas y
muebles que realizarán en él las labores
para las cuales fue diseñado el edificio.
Los sistemas mas utilizados en
Colombia para la construcción de
edificios son: el sistema “esqueletal”
[vigas y columnas] y el sistema de
mampostería estructural [cimientos,
muros, y cubierta como unidad
estructural].
La estructura la podemos dividir en:
Subestructura y Superestructura.
Figura 02: Sistema de mampostería estructural.
Figura 03: Subsistema estructural.
2.3. SUB-ESTRUCTURA
En un edificio, está constituida por un
conjunto de elementos (zapatas, pedestales,
vigas de amarre etc.), relacionados entre sí y
de acuerdo con su capacidad de trabajo,
forma y resistencia. Su presencia es
indispensable en todo edificio que tenga que
responder a cargas y al desgaste; es por esto,
que solo podrá ser sustituida por otro sub-
sistema que cumpla el mismo papel con
similar o mejor eficiencia.
2.3.1. PILAS
En esencia, se trata de un poso seco que se
excava hasta encontrar la resistencia optima
del terreno, según la profundidad determinada
por el estudio de suelos y los cálculos
estructurales; para posteriormente ser vaciado
en concreto reforzado con estribos que se

4. colocan en forma de anillos amarrados a los hierros terminales en gancho.
Generalmente se entierran a gran profundidad (5m–30m).
2.3.2. PILOTES
Son elementos verticales parecidos a las pilas, pero de menor tamaño y
enterrados a poca profundidad (3m–4m), pueden ser en concreto simple,
ciclópeo, reforzado, vaciados o hincados (prefabricado); pueden trabajar por punta
o fricción.. Ambos elementos (pilas y pilotes) soportan las zapatas y los
pedestales.
2.3.3. ZAPATAS
Elementos estructurales cuyo largo y
ancho son grandes con respecto a su
grueso o altura; su función es distribuir
las cargas verticales que reciben de las
columnas y pedestales al terreno,.
normalmente están a poca profundidad
(3-4 metros).
2.3.4. PEDESTALES
Elementos estructurales de mayor
diámetro o sección que la columnas y
menor que las zapatas, su función
estructural es distribuir las cargas
verticales a la zapata en forma de
triangulo, su sección varia de acuerdo
con las cargas de la edificación.
Figura 04: detalle de zapata.
2.3.5. VIGA DE FUNDACIÓN O AMARRE
Elemento horizontal cuya sección es pequeña con respecto a su longitud, su
trabajo es amarrar los elementos verticales columnas y también repartir cargas al
terreno; estructuralmente están sometidos a esfuerzos de tracción arriba, y
compresión abajo. Generalmente los materiales utilizados son concreto (mezcla
en proporciones adecuadas de cemento, arena, triturado y agua según
dosificaciones), y acero que es el material de refuerzo.

5. 2.3.6. MUROS DE CONTENCIÓN
Elementos verticales; vaciados en concreto o conformados por otros materiales,
su función es soportar cargas o fuerzas horizontales producidas por el terreno,
funcionan por gravedad, en voladizo o confinados, estos muros adquieren una
forma geométrica de “T o L”.
En los muros de contención, mientras más monolítica sea su construcción mayor
será su resistencia a los esfuerzos.
La unión en muros de contención se realiza mediante el sistema machihembrado,
tratando que el encajamiento producido por este tipo de unión contrarreste a los
esfuerzos a los que se someta.
2.4. SUPER-ESTRUCTURA
Cuando en el sistema constructivo Figura 05: despiece de superestructura
hablamos de súper-estructura, nos
referimos a todos los elementos
necesarios para sostener, (el peso
propio del edificio, los muebles y
personas que realizarán alguna
función en él); y transportar las
cargas a los elementos de la sub-
estructura. Los edificios están
conformados por planos
horizontales, verticales, e
inclinados; de esta forma las
cargas, se transportarán al terreno
según el plano donde se
encuentren.
Los elementos que están por
debajo del nivel del terreno, los
denominamos como sub-
estructura y los que están por
encima de este nivel son los que
denominados como súper-
estructura. La super-estructura se
compone de elementos como
Columnas, muros portantes,
pórticos, vigas, losas, cubiertas,
escalas o gradas.

6. 2.4.1. COLUMNAS
Elementos verticales aislados, cuya sección en pequeña con respecto a su
longitud; transportan las cargas de las losas al pedestal. Las columnas se
encuentran sometidas principalmente a esfuerzos de compresión. En sus
dimensiones se deben tener en cuenta factores como la relación entre su áreas y
su longitud, para evitar problemas de pandeo; así como su momento de inercia.
2.4.2. MAMPOSTERIA
Las estructuras que basan su sostenimiento en
muros, se comportan como un conjunto integrado
por los muros y cubierta [techos / losas] que
buscan como unidad llevar los esfuerzos verticales
y horizontales al terreno. Los muros estructurales
son planos verticales que absorben las cargas,
siendo su trabajo principal el de compresión; los
muros pueden sufrir ante cargas horizontales
esfuerzos de flexión, vuelco o pandeo como si
fuese una losa puesta a trabajar de forma vertical y
no horizontal como es acostumbrado. Es por esto
que en la construcción de estos muros se debe
considerar el material, la longitud y la existencia de
elementos que ayuden a su soporte.
Figura 06: Mampostería estructural
2.4.3. PORTICOS
Elemento conformado por la conjugación de
columnas y vigas. El sistema estructural de
pórticos permite una gran libertad en los
espacios, ya que las columnas están aisladas en
sentido longitudinal. Los pórticos funcionan como
estructuras planas ya que las acciones,
reacciones luces y deformaciones se dan en un
mismo plano.
Figura 07: Tipos de pórticos

7. 2.4.4. VIGAS
Elementos similares a las vigas de
fundación, pero que hacen parte de las
losas, son elementos que tienen como
función, unificar esfuerzos mediante
elementos lineales. Estos elementos
lineales horizontales ayudan a la
transmisión de cargas monolíticamente
unidas a la columnas, de esta forma
funcionan como un pórtico y actúan
generalmente bajo cargas verticales a
flexión. Figura 08: Empate de columna con viga.
2.4.5. LOSAS
Elementos estructurales horizontales que constituyen los pisos de los edificios,
generalmente planos, con largo y ancho de mayor tamaño que el espesor; las
losas están compuestas
por otros elementos más
pequeños (vigas, viguetas,
aligerantes, recubrimiento,
etc.). Bajo cargas
verticales actúan a flexión,
cizalladura, torsión y
fisuras axiales.
Figura 09: Detalle losa.
2.4.6. CUBIERTAS
Parte de las funciones que desempeña
una cubierta son las de protección al
medio ambiente, evacuar el agua lluvia y
servir de aislamiento térmico. Los
elementos de cubierta o techos, forman
parte de la estructura y deben integrase
a ella, ya que estructuralmente su
finalidad y función es la de conformar y
unidad.
Figura 10: Detalle de cubierta.

8. 2.4.7. ESCALAS
Son elementos estructurales de
enlace que sirven para
establecer comunicación o
acceso entre distintos niveles o
plantas de una edificación.
Aunque los tramos de escalas se
generan a partir de un plano
(superficie) inclinado, están
compuestos por otros
elementos más pequeños
llamados peldaños, los cuales se
componen de un plano
horizontal llamado huella, y un
plano vertical llamado contra-
huella.
Figura 11.
Con las mismas características que las escalas, las RAMPAS son elementos
estructurales inclinados, cuyo funcionamiento y forma son similares, auque
también pueden funcionar en cubiertas.
2.4.8. GRADERÍAS
Estructuras sobre soportes inclinados distantes unos de otros. Las gradas trabajan
a flexión, soportando cargas dinámicas, son fabricadas tradicionalmente en
hormigón prefabricado, madera y metal, en procesos constructivos en el sitio de la
obra o mediante el montaje de elementos prefabricados.
2.5. CÁLCULO ESTRUCTURAL
En Colombia, en el diseño sísmico de edificaciones deben acatarse todas las
disposiciones aplicables establecidas de las Normas de Diseño y Construcción
Sismo-resistente NSR-98, Ley 400 de 1997 y Decreto 33 de 1998, o los decretos
que lo reemplacen o complementen.
Sobre una estructura actúan cargas y fuerzas externas, la reacción de la
estructura a estas fuerzas, son esfuerzos generados sobre los puntos de apoyo
que equilibrar las cargas. La estructura determina el comportamiento de cada
elemento que la compone, respecto a las cargas que genera el edificio, al igual
que a los materiales para su construcción los cuales deben ser lo suficientemente
fuertes para que sean capaces de resistir.

9. Una carga es una fuerza o acción y un esfuerzo es una reacción a esa carga, por
lo tanto en una estructura podemos encontrar fuerzas y esfuerzos horizontales,
verticales e inclinados, de acuerdo al plano o punto de la estructura donde se
presenten.
La física elemental nos dice: que para el equilibrio en una estructura, a cada
acción se opone una reacción igual y contraria; de esta forma es que los
elementos estructurales están sometidos a fuerzas y esfuerzos; el análisis y
estudio de estos factores produce los CÁLCULO ESTRUCTURAL, el cual se
representa gráficamente en los planos de plantas, cortes, detalles, cuadros, etc.
Los planos de cálculos estructurales cuentan con elementos de representación
diferentes a los utilizados en planos arquitectónicos constructivos y de
instalaciones, es por esto que las estructuras se representan con elementos
gráficos tales como:
Plantas de fundaciones
Detalle de fundaciones y columnas
Planta de losa primer piso
Planta de losa tipo
Detalle de losas vigas y nervios
Detalles de escalas
Cuadro de estribos
Especificaciones
Todos los esquemas presentes en un plano estructural nos ayudan a la
localización de elementos y de materiales empleados para su elaboración, es el
grado de complejidad de la obra quien determina la utilización o no de cada uno
de estos esquemas gráficos o la conveniencia de detalles más específicos de
cada edificación.
3. GLOSARIO
FUERZA: Acción de un cuerpo sobre otro que tiende a
cambiarlo de dirección o imprimirle un movimiento. En una
estructura actúan 2 tipos de fuerzas, una interna y otras
externas.
CARGA: Son las fuerzas externas que actúan sobre una
estructura, éstas son catalogadas como cargas muertas,
vivas, dinámicas y estáticas.

10. ESFUERZO: Fuerza interna ocasionada por la cohesión de
partículas que conforman un cuerpo y que se oponen a la
deformación que ocasionen las fuerzas externas. Los
esfuerzos se clasifican en Simples: compuestos por la
compresión, tracción y cizalladura. Compuestos: son la flexión
y la torsión.
COMPRECIÓN: Es la acción de dos fuerzas sobre una misma
línea con sentidos opuestos y que tienden a acortar el elemento.
TRACCIÓN: Resistencia de un elemento a dejarse
alargar o estirar, la tracción es producida por dos
fuerzas opuestas sobre la misma línea de acción.
CIZALLADURA: Resistencia que opone un cuerpo a dejarse
cortar, producida por dos fuerzas iguales en dos líneas de
acción adyacentes.
FLEXIÓN: Resistencia de un cuerpo a dejarse doblar en la
dirección que actúa la fuerza. Si la fuerza deja de actuar
sobre el elemento, éste regresa a su forma original.
TORCIÓN: Resistencia de un elemento a ser girado o
rotado, este tipo de esfuerzo se presenta al aplicar
una carga al elemento que lo hace girar deslizando
las secciones transversales una sobre otra.
SECCIÓN: Lado o superficie de un plano, también de esta forma puede
denominarse cada una de las partes en la que se divide un todo.
PANDEO: Deformación permanente producidos en elementos
estructurales por una fuerza que excede el esfuerzo máximo que
pueden resistir.