Este documento describe los diferentes tipos de elementos estructurales. Explica que los elementos estructurales pueden clasificarse como elementos lineales (unidimensionales), elementos bidimensionales o elementos tridimensionales. También describe los diferentes tipos de ensayos mecánicos realizados para evaluar las propiedades de los materiales, como ensayos de compresión, flexión, tracción y corte. Además, analiza los diferentes tipos de fallas mecánicas que pueden ocurrir, como fracturas, fatiga y corrosión.

2. Elemento estructural
Elemento estructural es cada una de las partes diferenciadas,
aunque vinculadas, en que puede ser dividida una estructura
a efectos de su diseño.
El diseño, cálculo y comprobación de estos elementos se hace
de acuerdo con los postulados de la resistencia de materiales
en el ámbito de la arquitectura, la ingeniería civil, la ingeniería
mecánica y la ingeniería estructural.

3. Clasificación de los elementos estructurales
En el caso de las construcciones estos tienen nombres que los
identifican claramente (aunque en el mundo hispanoparlante
estos nombres pueden cambiar en cada país).
Básicamente los elementos estructurales pueden tener estados
de tensión uniaxiales, biaxiales o triaxiales según su
dimensionalidad y, según cada una de las direcciones
consideradas, pueden existir tanto tracciones como
compresiones.
Dicho estado puede ser uniforme en ciertas secciones
transversales, o variar dentro de la sección.

4. Los elementos estructurales suelen clasificarse en virtud de tres
criterios principales:
Dimensionalidad del elemento, según puedan ser modelizados como
elementos unidimensionales (pilares, vigas, arcos, ...), bidimensionales
(placas, láminas, membranas) o tridimensionales.
Forma geométrica y/o posición, la forma geométrica concreta afecta a
los detalles del modelo estructural usado; así si la pieza es recta como
una viga o curva como un arco, el modelo debe incorporar estas
diferencias, también la posición u orientación afecta al tipo de estado
tensional que tenga el elemento.
Estado tensional y/o solicitaciones predominantes, los tipos de
esfuerzos predominantes pueden ser tracción (membranas y cables),
compresión (pilares), flexión (vigas, arcos, placas, láminas) o torsión
(ejes de transmisión, etc.).

6. Elementos lineales
Los elementos lineales o unidimensionales o prismas mecánicos,
están generalmente sometidos a un estado de tensión plana con
esfuerzos tensiones grandes en la dirección de línea baricéntrica
(que puede ser recto o curvo). Geométricamente son alargados
siendo la dimensión según dicha línea (altura, luz, o longitud de
arco), mucho mayor que las dimensiones según la sección
transversal, perpendicular en cada punto a la línea baricéntrica.
Los elementos lineales más comunes son según su posición y
forma:

7. Verticales, comprimidos y rectos: Columna (sección circular) o
pilares (sección poligonal), pilote (cimentación).
Horizontales, flexionados y rectos: viga, dintel, zapata corrida
para cimentación, correa de sustentación de cubierta.
Diagonales y rectos: Barras de arriostramiento de cruces de
San Andrés, barras diagonales de una celosía o entramado
triangulado, en este caso los esfuerzos pueden ser de flexión
tracción dominante o compresión dominante.
Flexionados y curvos, que corresponden a arcos continuos
cuando los esfuerzos se dan según el plano de curvatura o a
vigas balcón cuando los esfuerzos son perpendiculares al
plano de curvatura.

8. Elementos bidimensionales
Los elementos planos pueden aproximarse por una
superficie y tienen un espesor pequeño en relación a las
dimensiones generales del elemento.
Es decir, en estos elementos una dimensión, llamada
espesor, es mucho menor que las otras dos.
Pueden dividirse según la forma que tengan en elementos:

9. Horizontales, flexionados y planos, como los forjados, las
losas de cimentación, y las plateas o marquesinas.
Verticales, flexionados y planos, como los muros de
contención.
Verticales, comprimidos y planos, como los muros de
carga, paredes o tabiques.
Flexionados y curvos, como lo son las láminas de
revolución, como los depósitos cilíndricos para líquidos.
Traccionados y curvos son las membranas elásticas como
las paredes de depósitos con fluidos a presión.
Aunque pueden obtenerse otros cuando se combinan.

10. Elementos tridimensionales
Los elementos tridimensionales o volumétricos son elementos
que en general presentan estados de tensión biaxial o triaxial, en
los que no predomina una dirección dimensión sobre las otras.
Además estos elementos suelen presentar tracciones y
compresiones simultáneamente según diferentes direcciones,
por lo que su estado tensional es complicado.
Entre este tipo de elementos están:
Las ménsulas de sustentación
Las zapatas que presentan compresiones según direcciones
cerca de la vertical al pilar que sustentan y tracciones en
direcciones cerca de la horizontal.

11. Diseño de elementos estructurales
Los elementos estructurales son diseñados, es decir, calculados o dimensionados
para cumplir una serie de requisitos, que frecuentemente incluyen:
Criterio de resistencia, consistente en comprobar que las tensiones máximas no
superen ciertas tensiones admisibles para el material del que está hecho el
elemento.
Criterio de rigidez, consistente en que bajo la acción de las fuerzas aplicadas las
deformaciones o desplazamientos máximo obtenidos no superan ciertos límites
admisibles.
Criterios de estabilidad, consistente en comprobar que desviaciones de las
fuerzas reales sobre las cargas previstas no ocasionan efectos auto amplificados
que puedan producir pérdida de equilibrio mecánico o inestabilidad elástica.
Criterios de funcionalidad, que consiste en un conjunto de condiciones auxiliares
relacionadas con los requisitos y solicitaciones que pueden aparecer durante la
vida útil o uso del elemento estructural.

12. TIPOS DE SOLICITACIONES
SOLICITACIONES MECANICAS:
1.-
a) TRACCION
b) COMPRESION
c) FLEXION
d) TORSION
e) CIZALLLAMIENTO
F
ALLAS MECANICAS:
a) F
ATIGA DE MATERIAL
b) SOBRE ESFUERZO
c) PANDEO
d) ABRASION
e) DESGASTE POR FRICCION
2.-

13. FALLAS DE MATERIALES
3.- FALLAS POR CORROSION:
a) GAL
VANICA
b) QUIMICA
c) A
TMOSFERICA.
4.- PROTECCIONES DE SUPERFICIES:
a) POR BARRERA METALICA:
1.-
2.-
3.-
GAL
VANIZADO
CROMADO
NIQUELADO.
b) POR TRA
TAMIENTO QUIMICO
1.-
2.-
3.-
ANODIZADO
FOSTALIZADO
PASIVADO

14. FALLAS DE MATERIALES
c) POR PINTURAS, BARNICES Y OTROS MATERIALES NO METALICOS
d) USO DE LUBRICANTES: ( protección en contra de la fricción y la corrosión )

15. SOLICITACIONES MECANICAS
• GENERALIDADES:
• El comportamiento mecánico de los materiales se describe a
través de sus propiedades mecánicas, que son el resultado de
ensayos simples e idealizados.
Estos ensayos están diseñados para representar distintos tipos
de condicionesde carga.

16. ENSAYOS
1.- COMPRESION:

17. ENSAYOS
2.- FLEXION:
Rf = Resistencia a la Flexión.
P
L
b
h
= Carga de Rotura
= Distancia entre apoyos
= Base de la probeta
=Altura de la probeta.

18. ENSAYOS
• 3.- TRACCION:

19. ENSAYOS
4.- CORTE:
•

20. ENSAYOS
• NOTA: En cada ensayo se aplicará la carga en forma lenta
y se irán distinguiendo, cuando corresponda, las diferentes
etapas que se van produciendo en el material a medida que
la carga aumenta.
La carga se incrementará hasta llegar a la rotura de la
probeta, o hasta que las deformaciones sean
suficientemente grandes si es que no se puede llegar a la
fractura del material.

21. FALLAS MECANICAS
• Las fracturas por tensión pueden clasificarse en cuanto a
forma, textura y color.
Los tipos de fractura, en lo respectivo a la forma, son
simétricos: cono y copa, planos e irregulares.
Varias descripciones de la textura son:
sedosa, grano fino, grano grueso o granular, fibrosa o
astillable, cristalina, vidriosa y mate.
•

22. • Ciertos materiales se identifican efectivamente por sus
fracturas.
El acero suave en forma de una probeta cilíndrica normal
usualmente presentan un tipo de fractura de cono y copa de
textura sedosa.
El hierro forjado presenta una fractura dentada y fibrosa,
mientras que la fractura típica del hierro fundido es gris, plana
y granular.
•

23. • Un examen de la fractura puede arrojar una pista posible de
los valores bajos de la resistencia o la ductilidad de la
probeta.
La carga no axial causara tipos asimétricos.
• La falta de simetría puede también ser
causada por la heterogeneidad del material o un defecto o
una falla de de alguna clase, tal como la segregación, una
burbuja, o una inclusión de material extraña, tal como la
segregación, una burbuja, o una inclusión de material
extraña

24. • Sobre la superficie fracturada del material que haya sido
trabajado en frío o posea una condición de esfuerzo interno,
debida a ciertos tratamientos térmicos, frecuentemente
existe una apariencia de rayos o vetas que irradian de algún
punto cercano al centro de la sección; esta ocasionalmente
es denominada "fractura de estrella".
Una descripción de la fractura debe incluirse en cada
informe de ensayo.

25. FRACTURAS
Fractura copa y cono :
•

26. FRACTURA
Es la separación de un sólido bajo tensión en dos o más
piezas.
En general, la fractura metálica puede clasificarse en dúctil y
frágil.
La fractura dúctil: ocurre después de una intensa deformación
plástica y se caracteriza por una lenta propagaciónde la grieta.
La fractura frágil: se produce a lo largo de planos
cristalográficos
•
•
•

27. FRACTURA

28. TENACIDAD Y PRUEBAS DE IMPACTO
La tenacidad es una medida de la cantidad de energía que un
material puede absorber antes de fracturar.
Evalúa la habilidadde un material de soportar un impacto sin
fracturarse.
Esta propiedad se valora mediante una prueba sencillaen una
máquina de ensayos de impacto.
•
•

29. TENACIDAD Y PRUEBAS DE IMPACTO
Hay dos métodos diferentes para evaluar esta propiedad.
Se denominan ensayos de Charpy y ensayo de Izod.
•
• La diferencia entre los dos radica en la forma como se
posiciona la muestra.
• La probeta que se utiliza para ambos ensayos es una barra de
sección transversal cuadrada dentro de la cual se ha realizado
la prueba.

30. TENACIDAD Y PRUEBAS DE IMPACTO
Esta probeta se sostiene mediante mordazas paralelas que se
localizan de forma horizontalen el ensayo tipo Charpy y de
forma verticalen el ensayo tipo Izod.
Se lanza un pesado péndulo desde una altura h conocida,
este péndulo golpea la muestra al descender y la fractura.
Si se conocela masa del péndulo y la diferenciaentre la
altura final e inicial, se puede calcular la energía
•
•
•

31. Ensayo de tenacidad

32. FATIGA
• Muchas aplicaciones industriales llevan asociada una
carga cíclica en lugar de estática y en ese caso, los
materiales se romperána tensiones muchomenores que
aquellas que puede soportar la pieza bajo la aplicación
de una única tensión estática.

33. F
A
TIGA
• La fatiga:es el fenómeno general de falla del material tras
varios ciclos de aplicaciónde una tensión menor a de rotura.
Definición: rotura por fatiga se da como consecuencia de
esfuerzos repetidos y variables debiéndose a un
desmenuzamiento de la estructuctura cristalina, con el
consiguiente deslizamiento
•

34. • El aspecto de las piezas rotas por fatigapresentan en su
superficie de rotura dos zonas características que son:
• - Una zona lisa, de estructura finísima y brillante: la rotura
por fatiga se da después de un periodo relativamente largo.
• - Una zona de cristales grandes, o de estructura fibrosa.

35. ROTURA POR FATIGA
Las circunstancias que influyenen rotura por fatiga de un
material metálico son:
Estado de la superficie.
Variaciones de sección.
T
emperatura.
Tratamientos térmicos.
Homogeneidad de la estructura cristalina.
Corrosión.
• la
-
-
-
-
-
-

36. Ensayo de fatiga

37. •Aquí la probeta está sujeta a tensiones de compresión y
extensión alternas de igual magnitud mientras se rota.
• Se cuenta el número de ciclos que soporta la muestra antes
de fallar y se realiza una gráfica T
ensión v/s número de
ciclos.

38. Perno Fracturado

39. Perno Fracturado

40. Perno Fracturado

41. El Problema de la Corrosión
• En la vida diaria con frecuencia consideramos a la corrosión de los
metales como algo molesto que debemos prevenir y evitar de tener que
desechar nuestros utensilios o bien tener que limpiarlos o pintarlos
frecuentemente para que puedan darnos servicio durante un poco más
de tiempo.
Nos preocupamos sobre todo por los objetos expuestos al medio
ambiente, principalmente cuando este medio ambiente corresponde a
un clima húmedo y cálido.
•

42. • Sin embargo, hay que aclarar que, la corrosión, no es un hecho
trivial, sino que, a nivel mundial, viene a ser uno de los fenómenos
más trascendentales en la economía de toda sociedad humana.
En términos generales de acuerdo con la Secretaria General De La
Organización De Los Estados Americanos, los perjuicios causados
por la corrosión equivalen del 1.5 al 3.5% del Producto Nacional
Bruto en numerosos países.
•

43. • Por lo que se refiere a los perjuicios que el fenómeno de la
corrosión ocasiona a la industria de la construcción, cabe
mencionar que el factor más determinante en la reducción
de la durabilidad del concreto estructural es la falta de
control de la corrosión en los aceros de refuerzo.

44. • La realidad es que el inicio de la corrosión en las
estructuras metálicas es observable con toda claridad y
permite tomar medidas oportunas mientras que en las
estructuras de concreto el fenómeno permanece
encubierto y cuando se daño se descubre, es muchas
veces irreparable el mismo.

45. EL FENÓMENO DE LA CORROSIÓN
• Acción química, electromecánica, o biológica, lenta o
acelerada de la naturaleza o el medio ambiente, que degrada
y destruye los materiales.
Este fenómeno, al que se da el nombre de corrosión se
manifiesta más evidentemente en los cuerpos sólidos como
son los metales, las cerámicas, los polímeros artificiales, los
agregados y los minerales fibrosos de origen natural.
•

46. • El fenómeno de la corrosión de la materia sólida: consiste
básicamente en la pérdida del equilibrio en las fuerzas
cohesivas.

47. FORMA DE CORROSIÓN
• Para evaluar los daños producidos por la corrosión es muy conveniente
clasificarlos según la forma como se producen:
Cuando la superficie del metal se corroe en una forma casi uniforme
se dice que la corrosiónes de tipo "superficial".
Es la forma más benigna o menos peligrosa pues el material se va
gastando gradualmente extendiéndose en forma homogénea sobre toda
la superficie metálica y su penetración media es igual en todos los
puntos.
•
•

48. FORMAS DE CORROSIÓN
• Existe otra forma de corrosión, conocida como corrosión
"por picadura" que se presenta cuando una superficie
metálica que ha sido pasiva se expone a un medio agresivo.
Durante el picado, el ataque se localiza en puntos
aislados de superficie metálica pasivas y se propaga
hacia el interior del metal formando en ocasiones en
túneles.
•

49. La corrosión se puede presentar de varias formas que difieren en
apariencia:
Corrosión general: La corrosión general es la forma más común que
se puede encontrar y la más importante en términos de pérdidas
económicas.
Se caracteriza por un ataque más o menos uniforme en toda la
superficie expuesta con solamente variaciones mínimas en la
profundidad del daño.
En las estructuras se pueden usar recubrimientos especiales para
minimizar el ataque de la corrosión.
•

50. • Corrosión Galvánica: Se puede producir un daño severo por
corrosión cuando dos o más metales distintos se acoplan
eléctricamente.
Esto se conoce como corrosión galvánica y resulta por la
existencia de una diferencia de potencial entre los metales
acoplados que causa un flujo de corriente entre ellos.
El metal más activo padece una corrosión más acelerada,
mientras que la corrosión en los miembros menos activos se
retarda o se elimina.

51. • Corrosión por hendiduras: La corrosión
por hendiduras es un tipo que se presenta
en
se
en
espacios confinados o hendiduras que
forman cuando los componentes están
contacto estrecho.
Para que se presente la corrosión por
hendidura, la hendidura debe ser muy cerrada, con dimensiones
menores a un milímetro. Aunque no se han definido los límites de la
brecha, es conocido que este tipo de corrosiónno se presenta en
espacios más grandes.

52. Corrosión en un ancla