El documento describe diferentes tipos de estructuras y los esfuerzos mecánicos a los que pueden estar sometidas. Describe estructuras geodésicas, laminares, colgantes, entramadas, abovedadas, masivas, trianguladas y neumáticas. Explica los cinco tipos básicos de esfuerzos mecánicos - tracción, compresión, flexión, cortante y torsión - y proporciona ejemplos de cada uno. Además, clasifica los sistemas estructurales en forma activa, vector activ

1. ESTRUCTURASARQ. PEDRO URZÚA RAMÍREZ

2. Definición
 Se define como estructura 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.

7. Tipos de estructuras

8. Tipos de estructuras
 Estructuras Geodésicas
Son estructuras trianguladas tridimensionales que combinan las propiedades de las bóvedas y de las
estructuras de barras
 Estructuras Laminares
Constan de láminas finas que tienen gran resistencia debido a su curvatura
 Estructuras Colgantes
Soportan el peso de la construcción mediante cables o barras que van unidos a soportes muy
resistentes
 Estructuras Entramadas
Están formadas por una malla de piezas verticales y horizontales, de manera rígida, formando un
emparrillado

9. Tipos de estructuras
 Estructuras Abovedadas
Son estructuras muy pesadas y macizas formadas por superficies anchas y resistentes, para
construirlas se emplea gran cantidad de material
 Estructuras Masivas
Utilizan gran cantidad de material y apenas tiene huecos
 Estructuras Trianguladas
Se caracterizan por la disposición de barras formando triángulos, resultan muy resistentes y ligeras a
la vez
 Estructuras Neumáticas
Son construcciones de material ultraligero sin apoyos centrales, sostenidos por una presión
diferencial de aire que provee de una circulación continua de aire fresco

10. Esfuerzos de una estructura
 Existen 5 tipos de esfuerzos mecánicos: tracción, compresión, flexión,
cortante y torsión.

11. Cuando se aplica una o varias fuerzas o una estructura (un puente, un edificio, el cuerpo de una
maquina, etc.…) se dice que está sometido a un esfuerzo. Si la soporta sin deformaciones
excesivamente o sin romperse, decimos que es una estructura resistente a este esfuerzo.
El cuerpo está sometido a un esfuerzo de tracción cuando se le aplican
dos fuerzas de sentido opuesto que tienen tendencia a alargarse.
Un cuerpo está sometido a tracción cuando dos fuerzas de sentido opuesto
tienden a alargarla. Cuanto mayor sea el valor de las fuerzas, mayor será el
alargamiento que finalmente se produzca.
ESFUERZOS 1. Tracción
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12. EJEMPLOS DE ESFUERZOS DE TRACCIÓN
Un puente de tirantes
Muchos puentes modernos, como los puentes de tirantes y los puentes colgantes, utilizan gruesos cables de acero
para sostener el tablero por donde circulan los vehículos. Estos cables se denominan tirantes y están sometidos a
tracción. En la foto de debajo podéis ver el puente atirantado Vasco de Goma, en Portugal.
La lanza de un remolque
La lanza es la barra que une un remolque con el
vehículo que la arrastra. Esta barra está sometida a un
esfuerzo de tracción. La fuerza que ejerce el vehículo
tiende a estirarla hacia delante. Al desplazarse, el
rozamiento de las ruedas del remolque con la
carretera y la resistencia aerodinámica de este
generan una fuerza de reacción que tiende a estirar la
lanza hacia atrás.
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13. El cable de una grúa
El cable de una grúa sometido a tracción. El peso de la carga tiende a estirarlo
hacia abajo. Para contrarrestar esta fuerza, la estructura de la grúa ejerce una
fuerza igual hacia arriba.
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15. Un cuerpo está sometido a un esfuerzo de compresión cuando se le aplican dos fuerzas de sentido opuesto que
tienen tendencia a aplastarlo. Fijaos en la siguiente ilustración.
Un cuerpo está sometido a compresión cuando dos
fuerzas de sentido opuesto tienden a aplastarla.
Cuanto mayor sea el valor de las fuerzas, mayor
será el achatamiento que finalmente se produzca.
ESFUERZOS 2. Compresión.
EJEMPLOS DE ESFUERZOS DE COMPRESIÓN
Columnas, pilares y muros de carga
Uno de los ejemplos más comunes de esfuerzo de compresión es el que resisten las columnas, pilares y muros
de carga de los edificios, como las columnas del templo griego de la ilustración. Estos componentes estructurales
deben sostener el peso de la parte del edificio que está situado encima de ellos. Como consecuencia de la fuerza
ejercida por el peso aparece una fuerza de reacción con sentido hacia arriba que proviene de los cimientos.
Las columnas de este antiguo templo griego están sometida a fuerzas de compresión
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16. EJEMPLOS DE ESFUERZOS DE COMPRESIÓN
Montantes de una litera
Los montantes de una litera, como los de una estantería o los de una escalera de mano, están sometidos a
compresión. Deben sostener el peso de la cama superior y de la persona que duerme en ella, de la misma manera
que las columnas del ejemplo anterior sostienen el peso del edificio.
Las patas de sillas y mesas
Las patas de sillas y mesas están sometidas a compresión.
Deben resistir el peso de la persona que sienta o de las
cosas que se han colocado encima, además de su propio
peso. Una fuerza de reacción que proviene del suelo, y que
tiene sentido ascendente, contrarresta la fuerza ejercida por
el peso.
Los montantes de una litera están sometidos a compresión
Las patas de sillas y mesas, están sometidas a
compresiónestructuras-120623190325-phpapp01

18. Una carga está sometida a un esfuerzo de flexión cuando recibe una o más fuerzas que tienden a doblarla.
Un cuerpo sometido a flexión tiene tendencia a doblarse.
ESFUERZOS 3. Flexión.
EJEMPLOS DE ESFUERZOS DE FLEXIÓN
Plataforma de un puente.
Aunque no se puede apreciar a simple vista, la plataforma de un puente se comba cuando debe soportar el
peso de un vehículo. La flexión de un puente es muy pequeña, ya que están diseñados para que sean rígidos. Un
caso similar de esfuerzo de flexión es el de una viga en un edificio.
La plataforma de un puente se comba cuando tiene que soportar una carga.
En el dibujo se ha exagerado para facilitar la comprensiónestructuras-120623190325-phpapp01

19. EJEMPLOS DE ESFUERZOS DE FLEXIÓN
Estantería
Si ponemos mucho peso en la balda de una estantería, se combará debido al esfuerzo de flexión. Cuanto más
peso, más combada estará. Un ejemplo similar es el de la barra que sostiene las perchas en un armario.
Alas de un avión
Igual que el trampolín de una piscina, las alas de un
avión están sometidas a esfuerzos de flexión. Deben
estar muy bien diseñados para soportar estos esfuerzos sin
romperse y, a la vez, ser ligeros.
Las baldas de una estantería están sometidas a flexión
Las alas de un avión están sometidas a esfuerzos de flexión que van cambiando al
despegar, al aterrizar, cuando hay turbulencias o rachas de viento, etc.estructuras-120623190325-phpapp01

21. Un cuerpo está sometido a un esfuerzo de cortante cuando se le aplican dos fuerzas de sentido opuesto que
tienen tendencia a cortarlo. Fíjate en la ilustración que viene a continuación.
Un cuerpo está sometido a cizalladura cuando dos fuerzas
de sentido opuesto tienden a cortarlo.
ESFUERZOS 4. Cortante
EJEMPLOS DE ESFUERZOS DE CIZALLADURA
Tijeras, guillotina, cizallas…
Las herramientas de corte manual que funcionen por la acción de dos hojas de metal afilado: tijeras, guillotinas para
papel, cizallas para metal, etc. El material (tela papel, meta…) recibe un esfuerzo de cizalladura que no puede
soportar, por lo que se produce el corte.
Esfuerzo de cizalladura creada por unas tijeras.
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22. EJEMPLOS DE ESFUERZOS DE CORTANTE
Troquelado
El troquelado se usa para recortar piezas de una lámina de material delgado, normalmente metal, plástico, cartón o
cuero. El corte se hace de golpe, presionando fuertemente el material a cortar entre dos herramientas, el punzón y la
matriz, que tienen la forma que se desea obtener. El contorno de la pieza cortada experimenta un esfuerzo de
cizalladura.
Extremos de las vigas
Los extremos de las vigas de un edificio están
sometidos a un esfuerzo de cizalladura. Hoy dos
fuerzas iguales u de sentido contrario, aplicadas
a la derecha y a la izquierda de los puntos de
apoyo, que tienen tendencia a cortar la viga. Por
una parte, la fuerza del peso que sostiene la viga
y, por la otra, la fuerza de reacción que ejerce el
pilar o muro para sostener dicho peso.
Ejemplo de troquelado:
fabricación de arandelas
Ejemplo de cizalladura
en el troquelado
Los extremos de las vigas están
sometidos a cizalladura
Vista en 3 dimensiones
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24. Un cuerpo está sometido a un esfuerzo de torsión cuando se le aplican dos fuerzas de sentido opuesto que
tienen tendencia a retorcerlo. Experimenta con la animación de debajo.
Un cuerpo está sometido a torsión cuando dos fuerzas
de sentido opuesto tienden a retorcerlo..
ESFUERZOS 5. Torsión.
EJEMPLOS DE ESFUERZOS DE TORSIÓN
Tornillo
Cuando colocamos un
tornillo, lo estamos
sometiendo a un
esfuerzo de torsión. Por
una parte experimenta la
fuerza del destornillador
que la gira en sentido
horario. Por la otra, el
material donde estamos
introduciendo ejerce una
fuerza de resistencia de
sentido antihorario. El
resultado es que el
tornillo tiende a
retorcerse.
Ejes de maquinas
La mayoría de los
ejes de maquinas
están sometidos a
torsión, como los del
aerogenerador del
dibujo. En este caso,
la fuerza del viento
hace girar los ejes en
un sentido mientras
que el generador, que
se resiste a girar,
ejerce una fuerza de
sentido contrario.
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26. Clasificación de sistemas estructurales
 1. Sistema de Forma Activa: Estructuras que trabajan a tracción o
compresión simples, tales como los cables y arcos.
 2. Sistemas de Vector Activo: Estructuras en estados simultáneos de
esfuerzos de tracción y compresión, tales como las cerchas planas
y espaciales.
 3. Sistemas de Masa Activa: Estructuras que trabajan a flexión, tales
como las vigas, dinteles, pilares y pórticos.
 4. Sistemas de Superficie Activa: Estructuras en estado de tensión
superficial, tales como las placas, membranas y cáscaras.
 5. Sistemas de Altura Activa: Estructuras verticales que emplean
para la dirección y transmisión de los sistemas de fuerzas un
mecanismo de vector, masa o superficie activos

32. Sistema de forma activa
 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 puede 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.

34.  Un cable no constituye una estructura auto portante a menos que cuente
con medios y procedimientos para absorber su empuje. Esto se logra
canalizando sobre las torres la tracción del cable y anclando en tierra.

35. 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.

37. Sistemas de vector activo
 Los sistemas estructurales de vector activo son sistemas portantes formados
por elementos lineales (barras), en los que la trasmisión de las fuerzas se
realizan por descomposición vectorial, es decir, a través de una subdivisión
multidireccional de las fuerzas.
 Sus elementos (cordones, barras) trabajan en un sistema mixto de
compresión y tracción.
 Las características principales son : Triangulación y unión mediante nudos

38.  Las estructuras de vector activo, presentan grandes ventajas como estructuras verticales
para edificios de gran altura. Proyectados adecuadamente, pueden combinar las
funciones estáticas de agrupamiento de cargas lineal, trasmisión directa de las cargas y
rigidización lateral frente al viento.
 En este sistema se cambia la dirección de las fuerzas dividiendo las cargas en diferentes
direcciones a través de dos o mas barras y las equilibran mediante las correspondientes
reacciones vectoriales.

39. Cordón inferior
Barras
Cimentación
Columna
Compresión
Tensión
Luz
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.

41. Sistema de masa activa
 Las vigas figuran entre los elementos estructurales más comunes, dado que
la mayor parte de las cargas son verticales y la mayoría de las superficies
utilizables son horizontales. Por consiguiente las vigas transmiten en
dirección horizontal las cargas verticales, lo que implica una acción de
flexión y corte.
 En una viga simplemente apoyada, una carga aplicada en el punto
medio se transmite por mitades a ambos apoyos. En las vigas de volado
esta se trasmite al extremo apoyado.

42.  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 apoyan en pilares o en
paredes de altura igual a la del edificio. Si bien la construcción de este tipo
puede resistir cargas verticales, 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.

43.  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. Una serie de estos pórticos, paralelos entre sí
y unidos por vigas horizontales, constituye la estructura tipo-jaula que encontramos hoy en la
mayoría de los edificios de acero o de concreto armado. Estos pórticos tridimensionales actúan
integralmente contra cargas horizontales de cualquier dirección, pues sus columnas pueden
considerarse como parte de uno u otro de dos sistemas de pórticos perpendiculares entre sí.
 Bajo la acción de cargas verticales, los tres elementos de un pórtico simple se hallan sometidos a
esfuerzos de compresión y flexión. Con las proporciones usuales de vigas y columnas, la
compresión predomina en las últimas y la flexión en las primeras. Las columnas son relativamente
esbeltas y la viga relativamente alta.

45. 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.
 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.
 La unión entre columnas y placas debe proyectarse para absorber el llamado “punzonamiento” de las
columnas y requiere a menudo el uso de capiteles o placas intermedias de distribución. A fin de evitar
capiteles, se emplean conectores de corte de acero, para garantizar la transferencia de la carga
desde la columna a la placa en el proyecto de hormigón armado.
 La eficiencia estructural de las placas puede aumentarse reforzándolas con nervaduras, eliminando así
parte del material de la zona próxima al plano neutro sin tensiones. Las placas plegadas pueden
hacerse de madera, acero, aluminio o concreto armado. Las de este último material son
particularmente económicas, pues es posible preparar su encofrado con tablones rectos, o bien
prefabricar las losas de concreto en tierra, izarlas hasta su lugar y conectarlas soldando las barras
transversales en el pliegue, con lo que se evita la mayor parte del encofrado.

46. 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
No obstante la inconsistencia de las membranas respecto a la mayor parte de los estados de tensión,
el ingenio humano ha hallado maneras de utilizar membranas para fines estructurales, sobre todo
debido a su bajo peso. 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. Las carpas son útiles como cubiertas temporarias y aceptables como techos
permanentes si son altamente pretensadas.

47. 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, sería 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.
Las cáscaras delgadas son estructuras resistentes por la forma, suficientemente delgadas para no
desarrollar tensiones apreciables de flexión, pero también suficientemente gruesas para resistir cargas por
compresión, corte y tracción. Aunque se las ha construido de madera, acero y materiales plásticos, son
ideales para construirlas en concreto armado. Las cáscaras delgadas permiten la construcción económica
de cúpulas y otros techos curvos de formas diversas, gran belleza y excepcional resistencia, este tipo de
estructura figura entre las expresiones más refinadas del diseño estructural.

49. Sistema de altura activa
 En edificios de altura, los sistemas de recolección de cargas están íntimamente
relacionados con la configuración y la organización de la planta. La
interdependencia es tal que los distintos sistemas de recolección de cargas
dan origen a sus correspondientes sistemas de organización de plantas para
edificios de altura.
 Los sistemas estructurales verticales, a pesar de la lógica verticalidad de los
elementos transmisores de las cargas, pueden ser proyectados también en
forma económica con elementos no verticales. Ello significa que la monotonía
de las líneas rectas verticales del alzado del contorno no es cualidad intrínseca
de los sistemas estructurales verticales.
 Los sistemas estructurales verticales requieren para la transmisión de las cargas
verticales una considerable masa en la sección de los soportes, que reduce la
superficie útil en planta. Colgando las plantas, en vez de apoyarlas sobre
elementos inferiores, puede conseguirse una reducción en la sección de los
elementos verticales transmisores de las cargas. Sin embargo, esta forma de
transmisión de carga necesita de un sistema estructural superpuesto para el
transporte final de las cargas hasta el suelo.