Este documento describe diferentes tipos de sistemas estructurales, incluyendo sistemas de forma activa (cables y arcos), sistemas de vector activo (cerchas), sistemas de masa activa (vigas, dinteles y pilares, pórticos), y sistemas de superficie activa (placas, membranas y cáscaras). También discute las características, ventajas y desventajas de estructuras isostáticas e hiperestáticas, y define conceptos como tracción, flexión, corte, compresión y t

1. Puente General Rafael Urdaneta
Estado Zulia

2. República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación.
Instituto Universitario Politécnico «Santiago Mariño»
Barinas estado Barinas
Alumna:
Ana Tablante
23.039.141
Profesora:
Zhedily Guedez
Proyecto de Estructuras
Sección Z1
Escuela 41Barinas, agosto del 2015

3. Marshall y Nelson, 1995 definen como estructuras a los
cuerpos capaces de resistir cargas sin que exista una
deformación excesiva de una de las partes con respecto a otra.
Por ello la función de una estructura consiste en trasmitir las
fuerzas de un punto a otro en el espacio, resistiendo su aplicación
sin perder la estabilidad.
Las Estructuras soportan cargas externas que deben ser
resistidas sin que se observen cambios apreciables en su forma o
geometría, para tal fin las estructuras generan cargas internas de
equilibrio.
Estas cargas internas son aquellas que actúan dentro de un
elemento estructural y son necesarias para mantener unido a las
partículas o moléculas del elemento estructural cuando la
estructura global se encuentra sometida a cargas externas. Su
determinación es la esencia del análisis estructural.
Para obtenerlas se hace uso del método de las secciones
cuando la estructura es isostática, basada en un principio
estructural fundamental. Cuando la estructura es hiperestática,
esas cargas internas se calculan usando los métodos de análisis
estructural.
Estructuras Isostáticas: Son aquellos
sistemas estables y para calcularlos se
recurren a las ecuaciones de equilibrio
estático. Matemáticamente una estructura es
isostática cuando el número de incógnitas es
igual al número de ecuaciones, por tanto el
valor obtenido en la ecuación de grado de
indeterminación es igual a cero.
Estructuras Hiperestáticas: Son aquellos
sistemas estables, para calcularlos se
recurren a diversos métodos motivado a que
la estructura es estáticamente indeterminada.
Matemáticamente una estructura es
hiperestática cuando el número de incógnitas
es mayor que el número de ecuaciones, por
tanto el valor obtenido en la ecuación de
grado de hiperestaticidad es mayor que cero.
SISTEMAS ESTRUCTURALES

4. CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES
-Funciones estructurales específicas como: resistencia
a la compresión o tensión, para cubrir claros
horizontales, verticales, etc.
-Forma geométrica u orientación.
-Materiales de los Elementos.
-Forma de unión de los elementos.
-Forma de apoyo de la estructura.
-Cargas o fuerzas que soporta la estructura.
-Condiciones de uso, función, forma y escala.
-Limitaciones de Forma y escala.

5. VENTAJAS DE ESTRUCTURAS HIPERESTÁTICAS SOBRE
ESTRUCTURAS ISOSTÁTICAS.
- Mayor Rigidez: Son más rígidas aquellas estructuras en las que el hiperestatismo introduce
un mayor número de condiciones de compatibilidad. Así, una viga biempotrada bajo carga
lateral uniforme exhibe flechas mucho menores que una carga biapoyada de la misma luz y
con la misma carga. La condición de giro nulo en los apoyos resulta en una rigidez a flexión
superior.
- Ahorro de Material: Un número más elevado de condiciones de continuidad y equilibrio en
los nudos suele conducir a una mejor distribución de las cargas y a leyes de esfuerzos con
valores máximos menores. Así, una viga biempotrada bajo carga lateral uniforme soporta
flectores (positivos y negativos) menores que los que aparecen (siempre positivos) en una viga
biapoyada de la misma luz y con la misma carga.
- Mayor seguridad: El hecho de ser hiperestática le proporciona a la estructura una reserva
de resistencia y una relativa capacidad de redistribución de esfuerzos en situaciones
excepcionales. Así, si una viga biempotrada bajo carga lateral uniforme sufre un grado de
fisuración que llega a partirla en dos partes, cada una de estas es isostática y mantiene su
capacidad de soportar cargas.

6. DESVENTAJAS DE ESTRUCTURAS
HIPERESTÁTICAS SOBRE LAS ISOSTÁTICAS
• Sensibilidad ante desplazamientos de vínculos (Ataduras), por lo que
pueden acarrear problemas severos cuando las condiciones de
cimentación de la estructura son impropias, o se presentan
asentamientos del terreno.
• Las variaciones de temperatura, fabricación deficiente o desajustes de
colocación, generan deformaciones inducidas de importancia.
• Usualmente se requiere secciones reforzadas por cambios de signo de
momentos flectores, en las cercanías a un nudo rígido.
• Puede resultar muy elaborada la resolución del hiperestático
dependiendo de la cantidad de incógnitas hiperestáticas que se
presenten. Este último aspecto es lo suficientemente subjetivo como
para ser eliminado teniendo en cuenta las herramientas informáticas
contemporáneas, los métodos de cálculo modernos (matriciales) y el
poder de simplificación de quien calcula.

7. TIPOS DE CARGAS
TRACCIÓN FLEXIÓN CORTE
TORSIÓN COMPRESIÓN

8. TIPOS DE SISTEMAS ESTRUCTURALES
Sistema de Forma Activa:
Estructuras que trabajan a tracción
o compresión simples, son
portantes de un material no rígido
y flexible, en los que la
transmisión de las cargas es a
través de la forma ejemplo los
cables y arcos.
Sistemas de Vector Activo:
Estructuras en estados
simultáneos de esfuerzos de
tracción y compresión, son
portantes de elementos lineales
(barras), donde la transmisión de
las fuerzas se realiza por
descomposición vectorial por
ejemplo las cerchas planas y
espaciales.

9. Sistemas de Masa Activa: Estructuras que
trabajan a flexión, compuestos de uno o varios
elementos lineales rectos y fijos en su longitud
constituyen medios geométricos para definir
planos y establecer relaciones tridimensionales
mediante su posición en el espacio; estos
componentes pueden realizar funciones
estructurales. Con resistencia a compresión y a
tracción por ejemplo los pilares y pórticos.
Sistemas de Superficie Activa: Estructuras en
estado de tensión superficial son continuidad
constructiva y pueden combinarse para formar
mecanismos que transmitan fuerzas, por
ejemplo placas, membranas y cáscaras. El uso
de pliegues o curvaturas permiten conciliar la
lucha entre una eficacia vertical para la
resistencia frente a fuerzas gravitacionales.

10. SISTEMAS DE FORMA ACTIVA
CABLES
Los cables son estructuras flexibles debido a la pequeña sección transversal en relación
con la longitud. Esta flexibilidad indica una limitada resistencia a la flexión, por lo que la
carga se transforma en tracción y también hace que el cable cambie su forma según la
carga que se aplique. Las formas que pueden adoptar el cable son:
1.- Polígono Funicular,
es la forma que adopta el
cable ante fuerzas
puntuales
2.- Parábola, es la curva
que adquiere el cable
ante una carga horizontal
uniformemente repartida.
3.- Catenaria, es la
figura que forma el
cable ante el peso
propio del mismo.
Con este tipo de sistema estructural se han construido puentes que en la
actualidad el más largo es el Akashi-Kaikio en Japón y tiene una luz de 1900m
(Avalos, 1998; Salvadori, 1998).

11. ARCOS
Si se invierte la forma parabólica que toma un cable, sobre el cual actúan
cargas uniformemente distribuidas según una horizontal, se obtiene la forma ideal de
un arco que sometido a ese tipo de carga desarrolla sólo fuerzas de compresión. El
arco es en esencia una estructura de compresión utilizado para cubrir grandes luces.
En gran diversidad de formas, el arco se utiliza también para cubrir luces pequeñas, y
puede considerarse como uno de los elementos estructurales básicos en todo tipo
de arquitectura.
La forma ideal de un arco capaz de resistir cargas
determinadas por un estado de compresión simple, puede
hallarse siempre con la forma del polígono funicular
correspondiente invertido. Por medio de este método, determinó
el arquitecto español Gaudí, la forma de los arcos para la iglesia
la Sagrada Familia, en Barcelona.
Los arcos generan fuerzas horizontales que se deben absorber en los apoyos
mediante contrafuertes o tensores enterrados. Cuando el material de los cimientos no
es apropiado el empuje del arco hacia afuera se absorbe mediante un tensor.

12. SISTEMAS DE VECTOR ACTIVO
CERCHAS
Considérese ahora la estructura obtenida
volcando el cable hacia arriba y reforzando sus
tramos rectos con el fin de conferirles resistencia a la
compresión. La «flecha negativa» o elevación
modifica la dirección de todas las tensiones y el cable
invertido se convierte entonces en una estructura de
compresión pura. Las barras comprimidas transmiten
a los soportes la carga aplicada a la parte superior de
la armadura, sobre los apoyos actúan fuerzas
verticales iguales a la mitad de la carga y los empujes
dirigidos hacia afuera. El empuje puede absorberse
por medio de contrafuertes de material resistente a la
compresión como la mampostería, o un elemento de
tracción tal como un tensor de acero. Estas
armaduras elementales de madera con tensores de
hierro, se construyeron en la Edad Media para
sostener los techos de pequeñas casas e iglesias.
Las barras de una armadura no van
más allá de los puntos de unión. Esta se
realiza por medio de remaches, pernos o
soldadura a una “cartela” dispuesta en la
intersección de las barras.

13. SISTEMAS DE MASA ACTIVA
VIGAS
Las vigas figuran entre los elementos estructurales
más comunes, dado que la mayor parte de las cargas
son verticales y la mayoría de la superficies utilizables
son horizontales. Por consiguiente las vigas transmiten
en dirección horizontal las cargas verticales, lo que
implica una acción de flexión y corte. Los arcos
funiculares ocupan un extremo de la escala de
tensiones, con ausencia de flexión; las vigas ocupan el
extremo opuesto, trabajando sólo a la flexión.
En las vigas simplemente apoyadas, una carga
aplicada en el punto medio se transmite por mitades a
ambos apoyos. En las vigas de volado esta se transmite
al extremo apoyado. Las máximas luces que se pueden
conseguir en vigas varían según el material y la forma
de la sección transversal.
Viga Simplemente apoyada.
Viga en volado.

14. DINTELES Y PILARES
El sistema de pilar y dintel pueden construirse uno sobre otro para
levantar edificios de muchos pisos. En este caso, los dinteles se apoyan
en pilares o en paredes de altura igual a la del edificio. Si bien la
construcción de este tipo puede resistir cargas verticales, no ocurre lo
mismo con las horizontales, así los vientos huracanados y terremotos
dañan con facilidad este sistema, pues la mampostería y los elementos
de piedra poseen escasa resistencia a la flexión y no se establece una
conexión fuerte entre los dinteles y pilares.
Pilar y dintel.PÓRTICOS
La acción del sistema de pilar y dintel se modifica en grado sustancial
si se desarrolla una unión rígida entre el dintel y el pilar llamándose ahora
viga y columna. Esta nueva estructura, denominada el pórtico rígido
simple o de una nave, se comporta de manera monolítica y es más
resistente tanto a las cargas verticales como a las horizontales. A medida
que aumentan el ancho y la altura del edificio, resulta práctico aumentar
el número de naves, reduciendo así la luz de las vigas y absorbiendo las
cargas horizontales de manera más económica. La estructura resistente
del edificio se convierte de este modo en un pórtico con una serie de
mallas rectangulares que permiten la libre circulación en el interior, y es
capaz de resistir tanto cargas horizontales como verticales
Pórtico Tridimensional.

15. SISTEMAS DE SUPERFICIE ACTIVA
PLACAS
Los sistemas de entramado son particularmente eficientes
para transferir cargas concentradas y para lograr que toda la
estructura participe en la acción portante. Esta eficiencia se
refleja no sólo en la mejor distribución de las cargas sobre los
apoyos, sino en la menor relación espesor a luz de los
entramados rectangulares. La relación espesor a luz en los
sistemas de vigas paralelas empleados en la construcción
corriente varía entre [1/10,1/24], según el material de las
vigas.
Acción de Placa
En el proyecto moderno de edificios de oficinas, es común
apoyar las placas de piso sobre una pared exterior o sobre
una serie de columnas y en el “núcleo” interno, dentro del cual
se disponen los ascensores, conductos de aire acondicionado
y otros elementos del sistema mecánico, eléctrico y sanitario.
De esa manera se obtiene una zona de piso totalmente libre
Placa de piso con núcleo interno.

16. MEMBRANAS
Una membrana es una hoja de material tan delgada que para todo fin
práctico, puede desarrollar solamente tracción. Algunos ejemplos de
membrana constituyen un trozo de tela o de caucho. En general, las
membranas deben estabilizarse por medio de un esqueleto interno o por
pre-tensión producido por fuerzas externas o presión interna. El
pretensado permite que una membrana cargada desarrolle tensiones de
compresión hasta valores capaces de equilibrar las tensiones de tracción
incorporadas a ellas. La carpa del circo es una membrana capaz de cubrir
decenas de metros, siempre que la tela cuente con adecuado sostén en
parantes de compresión, estabilizados por riendas de tracción. Carpa de Circo
CÁSCARAS
Se denominan estructuras resistentes por la forma a aquéllas cuya
resistencia se obtiene dando forma al material según las cargas que
deben soportar. Una membrana invertida y sometida a las mismas cargas
para las cuales se le dio forma originariamente, seria una estructura de
este tipo y desarrollaría sólo compresión, es decir, constituiría el
antífunicular bidimensional de esas cargas. Su movilidad e incapacidad
para resistir tensiones de corte o de compresión, restringen el uso de las
membranas. Todas las desventajas de la acción de membrana se evitan
conservando al mismo tiempo la mayor parte de sus ventajas en las
cáscaras delgadas.
Cáscara.
Forma de Cáscara

17. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS
ESTRUCTURALES DE SUPERFICIE ACTIVA
VENTAJAS:
-Libertad de forma al diseñar, ya
que puede ser materializada.
-Uso de superficies regladas, lo
que redunda en economía de
mano de obra y recursos
tecnológicos (encofrados
simples)
-Uso de estructuras neumáticas
como encofrado recuperable
-Prefabricación de la totalidad o
sectores
DESVENTAJAS:
-Impermeabilización más
compleja
-Aislación acústica y térmica
debido a su reducido espesor
-Condensación de la humedad
-Costo de mano de obra y
recursos tecnológicos
renovables
-Limitación de las luces debido
a deformaciones por dilatación
(cargas térmicas)

18. PERFILES METÁLICOS ESTRUCTURALES Y DE
CARPINTERÍA METÁLICA
Los perfiles metálicos son aquellos productos
laminados, fabricados usualmente para su empleo en
estructuras de edificación, o de obra civil. Presentan
diferentes características según su forma y
dimensiones y se deben utilizar específicamente para
una función concreta, ya sean vigas o pilares. La
carpintería metálica: Es un oficio en el que se utilizan
metales para la fabricación de estructuras metálicas o
artefactos para el cerramiento de viviendas u otros
lugares como locales comerciales, tales como puertas,
ventanas, muebles, accesorios, persianas, barandas,
pasamanos, escaleras, entre otros. En los trabajos
más habituales de carpintería metálica se utilizan el
acero (aceros al carbono, aleados, de baja aleación
ultra-resistentes, inoxidables, de herramientas), hierro,
aluminio, cobre, latón, bronce, cristal, plástico. Los
perfiles especiales en carpintería metálica son: Tubos,
Ángulos o perfiles en L., Pletinas-perfiles en U.,
Perfiles en T., Perfiles en H. Cuadradillos.

19. CERCHAS METÁLICAS Y MALLAS ESPACIALES
La Cercha Metálica es una composición de barras
rectas unidas entre sí en sus extremos para constituir una
armazón rígida de forma triangular, capaz de soportar
cargas en su plano, particularmente aplicadas sobre las
uniones denominada nodos, en consecuencia, todos los
elementos se encuentran trabajando a tracción o
compresión sin la presencia de flexión y corte. Son
utilizadas para reforzar losas y placas de concreto
armado. Elaboradas con un alambre superior liso o con
resaltes, uno o más alambres inferiores con resalte, y por
alambre diagonales lisas, continuas o discontinuas, unidas
al alambre superior y a los inferiores por electrosoldadura.
Es uno de los principales tipos de estructuras empleados
en la ingeniería, ya que proporciona una solución practica
y económica debido a la ligereza de peso y la gran
resistencia, se pueden construir de madera y de acero. Se
utilizan principalmente en construcciones con luces
grandes, como techos de bodegas, almacenes, iglesias y
en general edificaciones con grandes espacios en su
interior.
La Malla espacial es una estructura elaborada de
barras de madera (laminada, aserrada o en rollo)
verticales, horizontales e inclinadas interconectadas
mediante nudos. El calificativo espacial se refiere a
que es una estructura difusa en el espacio, es decir,
que en vez de situarse en un mismo plano, como
ocurre con las mallas reticulares, se dispersa en
muchos elementos ligeros orientados en las tres
dimensiones del espacio. Pueden considerarse
también mallas de doble o triple mallas paralelas,
donde la distribución de esfuerzos se realiza en los
tres ejes del espacio. También se le conoce como,
estructuras tridimensionales, estructuras espaciales,
estructuras articuladas o estructuras estéreas.
Funcionan trabajando a tracción o a compresión,
pero nunca a flexión. Este tipo de estructura es
adecuada tanto para pequeñas marquesinas
ornamentales por su valor estético como para
instalaciones de grandes luces por su capacidad
resistente.

20. LOSA ACERO
La Losa acero es aquella en que se utilizan chapas de acero o láminas de acero
como encofrado colaborante o encofrado perdido, que sea capaz de soportar el
hormigón vertido, la armadura metálica y las cargas de ejecución. Actúa como el acero
de refuerzo positivo. Una vez fraguado el concreto, la lámina actúa conjuntamente con
el concreto para resistir sobrecalentamiento debido a que las muecas que presenta,
garantizan la adherencia entre ambos materiales. Estas láminas de acero se combinan
estructuralmente con el hormigón ya endurecido y actúa como armadura a tracción y se
comporta como un elemento estructural mixto, se utiliza en entrepisos y techos.
Ventajas
• Menor peso
• Diseño optimizado con ahorro de concreto debido a su geometría.
• Facilidad de transporte
• Rapidez de montaje
• Seguridad y facilidad de instalación
• Facilita trabajos en pisos inferiores a los del vaciado del hormigón
• Reducción de Plazos de construcción
• Funciona como una efectiva plataforma de trabajo durante su instalación
• Reduce encofrados de losas Maya de acero Concreto Lamina de acero

21. MEMBRANAS
Las Membranas son materiales impermeables, flexibles que
protegen de la luz solar y temperaturas extremas. Ofrecen nuevas
oportunidades en el mundo de la construcción y son cada ves mas
populares. Por la libertad que ofrece se utiliza para cubrir luces
grandes en espacios abiertos. Su flexibilidad, transparencia y la
ligereza de los materiales es el atractivo que esta innovando
actualmente siendo cada ves mas utilizado. Las membranas
arquitectónicas tienen muchas cualidades técnicas y estéticas:
• Permiten ilimitadas posibilidades de diseño.
• Se pueden instalar en todos los climas
• Producen ahorros en cimentación y estructura porque son muy
livianas.
• Son de larga duración y fácil mantenimiento.
• No se manchan fácilmente.
• La iluminación interna genera reflejos nocturnos muy
especiales.
• Evitan que pase el calor y mantienen ambientes confortables en
clima cálido.
• Permiten ahorros de energía en iluminación y climatización.

22. Concreto Armado La combinación de Concreto reforzado con
cabillas o mallas de acero (Armaduras), es lo que se conoce como
Concreto Armado. También se puede armar con fibras plásticas,
fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras de acero
con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estará
sometido. Se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes,
presas, túneles y obras industriales.
CONCRETO ARMADO Y MUROS PORTANTES
Los Muros Portantes, son los que soportan una gran parte del
peso de una edificación. 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.

23. MADERA COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL
La madera es un material natural, de poco peso y buena
resistencia, pero de propiedades mecánicas muy variables. Aunque es
combustible, sus propiedades mecánicas no se afectan con el fuego,
como sí ocurre con los materiales metálicos como el acero y el
aluminio. Es muy susceptible a los cambios de humedad y al ataque de
insectos; sin embargo esta desventaja puede eliminarse con
tratamientos químicos adecuados mediante el proceso de inmunización.
Se puede utilizar en estructuras de gran complejidad tales como:
cubiertas espaciales, puentes, teatros, auditorios, etc." Así como en
estructuras habitacionales de solución sencilla. Uniones Eficientes: La
madera se puede ensamblar y pegar con adhesivos apropiados, unir
con clavos, tornillos, pernos y conectores especiales, utilizando
herramientas sencillas y produciendo uniones limpias resistentes y
durables. La Madera como elemento estructural. La uniformidad de
dimensiones de los elementos de madera disponibles para la
construcción lleva por economía al uso de elementos modulares, y esto
debe reflejarse en un diseño basado en sistemas constructivos
coherentes. Hay que tener en cuenta las tolerancias del material para
su uso adecuado.