Introducción a las estructuras arquitectónicas e ingenieriles

La estructura, la forma y el espacio, son nociones estrechamente relacionadas entre sí. Desde el punto de vista de la arquitectura y la ingeniería civil, las estructuras se conocen como un conjunto de elementos que aporta resistencia.  Su finalidad, es proyectar proporciones, medidas y repartir de forma equitativa las cargas existentes en sus apoyos; sin generar, deformaciones arquitectónicas incompatibles.

Tradicionalmente, se han usados diversos materiales para dar forma a las estructuras. Esto, con el fin, de resguardar las edificaciones y construcciones, de las adversidades presentes en la naturaleza.

Estética y estructura

Desde el punto de vista estético, es posible considerar la relación entre arte y estructura. Ya que, estas, son sensibles a la percepción del ojo humano. Por lo que, si una estructura está mal definida, fácilmente se detectará por el observador.

Relación Ingeniero Arquitecto

Históricamente, el diseño estructural era representado y realizado por el arquitecto. Sin embargo, la evolución sistemática de la construcción civil, ha estrechado relaciones laborales entre ingenieros y arquitectos.

En la actualidad, ninguna proyección de obra puede ser realizada por el arquitecto sin su previa consulta con el Ingeniero Civil. El estudio y conocimiento estructural, es sumamente importante para el arquitecto y, a su vez difícil. Esto debido, al rápido desarrollo de las técnicas constructivas y uso de nuevos materiales.

Estructuras, matemáticas, ciencias físicas e intuición

Ciertamente, el estudio de las matemáticas y ciencias de la naturaleza, puede proporcionar al ingeniero o arquitecto, los elementos necesarios para llevar a cabo un análisis de estructura. No obstante, la intuición humana, a simple vista puede comprender los detalles del análisis estructural.

Objeto de estudio y diferencia entre estructura y escultura

La diferencia entre estructura y escultura está claramente delimitada. La primera de estas, está diseñada para cumplir un fin específico; mientras que, la segunda, es creada con fines estéticos y de contemplación artística.

El principal objeto de estudio de la estructura, es darle forma, delimitar y cerrar un espacio. También, es posible considerar estructuras que permitan conectar dos puntos distintos, como por ejemplo, los puentes.

El análisis estructural, sometido a distintas finalidades, debe estar sujeto a distintas cargas; las cuales, deben ser resistidas equitativamente por la estructura.

Cargas

Uno de los elementos fundamentales que actúan sobre las estructuras, son las cargas estáticas. Las mismas, están definidas sobre un acuerdo de finalidad estructural y, la normativa reglamentaria que las trasformará en cargas equivalentes. Su finalidad, será el aporte de un factor de seguridad aplicado a la estructura.

Las cargas convencionales, deben estar especificadas en el acuerdo o reglamento de construcción; afín de simplificar los procedimientos y ejecución del proyecto. Tomando así, variaciones entre cargas de manera segura.

Tipos de carga

Cargas permanentes o cargas muertas, son aquellas consideradas como el peso propio de la edificación. Compuesta, de todas aquellas cargas constantes que actúan sobre la estructura. En las obras de gran dimensión, la carga aplicada más importante, son las cargas de peso propio.

Carga Viva, son todas aquellas cargas distintas al peso propio de la estructura; como por ejemplo, el peso de los seres humanos, agua de lluvia, maquinas, presión de agua hielo, entre otras. Estas, están definidas en valores promedios dentro del reglamento o normativa del proyecto, debido, a su uso incierto dentro de la estructura.

Cargas térmicas, Son todas aquellas cargas, sujetas a cambios de temperatura. Las mismas, varían de temperatura durante el día y la noche. De igual forma, se adaptan a los ciclos verano e invierno.

Cargas de asentamiento, son aquellas que permiten la reducción de apoyo estructural, en aquellas zonas de asentamientos irregulares. Permitiendo así, aportar soporte a todas aquellas partes del edificio más débil o susceptible que otras.

Cargas dinámicas, Son aquella que varían de estado con rapidez. Estas, se adaptan fácilmente a las fuerzas los sismos o movimientos telúricos, aportando mayor estabilidad y equilibrio a la estructura.

Definición de equilibrio y estabilidad estructural

En la actualidad, cuando hablamos de equilibrio, lo conocemos como la igualdad de un cuerpo sometido a un mismo orden en sus niveles estructurales.

Existen diferentes tipos de equilibrio, como el simétrico, el asimétrico, el formal y el informal. En la ingeniería y arquitectura estos términos forman parte de un conjunto de normas y métodos en la aplicación del objetivo estructural.

La estabilidad, se refiere a la capacidad de las fuerzas que actúan sobre una estructura. En términos más amplios, se puede definir, como las combinaciones de fuerzas o acciones bajo las cuales, es posible determinar, cuando una estructura no es estable; como por ejemplo, el desplazamiento relativo entre los puntos de dos sólidos.

Tipos de Estructuras

En cuanto a sus tipos, se clasifican según a la distribución de sus cargas,

Las estructuras isostáticas, son aquellas cuya unión de sus elementos no tienen ningún sentido de rigidez. Esto quiere decir, que en las estructuras isostáticas, cuando un elemento se deforma, no es transmitido al resto de elementos ya que no están unidas rígidamente.

Por otro lado, tenemos las estructuras hiperestáticas, cuya principal diferencia con la anterior es que sus elementos están unidos entre sí, con una rigidez integra o casi integra. En este caso, la deformación de elementos sí es transmitida al resto ya que, dichos elementos están unidos firmemente entre sí.

Principales Sistemas Estructurales

En este resumen vas a descubrir los principales sistemas estructurales; los cuales, están clasificados atendiendo la forma en la que resisten los esfuerzos de sus cargas.

  • En un sentido de peso y estabilidad las estructuras masivas, son aquellas estructuras sólidas macizas que se construyen colocando material en grandes piezas; mediante, un material continúo como hormigón.
  • Las estructuras superficiales, mejor conocidas como cuerpos laminares o de cáscara. Este sistema estructural, presenta una gran superficie en contraposición con un espesor o una sección muy pequeña. Esta, reparte todas sus cargas a toda la superficie manteniendo su estabilidad.
  • En la historia de la arquitectura las estructuras abovedadas, forman parte incluso del mundo moderno. Este sistema, está compuesto por arcos y bóvedas que permiten cubrir espacios mayores y aumentar los huecos en las estructuras.
  • Si eres estudiante de arquitectura, recordaras que las estructuras de armazón forman parte de diferentes aplicaciones del diseño urbano, comercial e industrial; ya que, este tipo de estructura fue y ha sido empleado por diferentes tipologías estructurales.
  • Como elemento de soporte estructural, belleza y estética arquitectónica tenemos las estructuras colgantes, que son muy empleadas para la construcción de puentes, revestimientos y tensores decorativos.
    Los arquitectos, hoy en día, han empleado el criterio de las estructuras colgantes con materiales livianos pero, en la misma igualdad de resistencia. Materiales como el bambú, empleado con mucho éxito en Brasil.
  • Por definición, la estructura, es un conjunto de elementos capaces de soportar fuerzas y transmitirlas a los puntos donde se apoya con el fin de ser resistente y estable. Por sentido lógico de su igualdad y estabilidad las estructuras triangulares, son las únicas estructuras estables que no se pueden deformar; aun, aplicándole fuerza por uno de sus lados.

Es decir, que en un proyecto de ingeniería o arquitectura si las uniones entre barras normalmente no son rígidas para evitar rigideces perjudiciales, los triángulos que forman la pieza base de las estructuras son indeformables.

Diseño y cálculo de estructuras

En cuanto al ámbito del diseño estructural, manejado por ingenieros y arquitectos, este se realiza a partir de un adecuado balance entre las funciones propias que un material puede cumplir. A partir, de sus características naturales específicas, sus capacidades mecánicas y el menor costo que puede conseguirse.

El costo de la estructura siempre debe ser el menor, pero obteniendo el mejor resultado a partir de un análisis estructural previo.

Por otro lado, el diseño estructural debe siempre de obtener un rendimiento balanceado entre la parte rígida y plástica de los elementos, ya que en muchas ocasiones, un exceso en alguno de estos dos aspectos puede conducir al fallo de la estructura.

Esto quiere decir que, la ingeniería estructural, es una rama de la ingeniería civil que se ocupa del diseño y cálculo de estructura; mediante, el manejo de los elementos y sistemas estructurales tales como edificios, puentes, muros, presas, túneles y otras obras civiles. Su finalidad es la de conseguir estructuras seguras, resistentes y funcionales.

Cimentación y soportes estructurales

La cimentación es el conjunto de elementos que soportan la superestructura. Hay que prestar atención; ya que, la estabilidad de la construcción, depende en gran medida del tipo de terreno y su método de intervención.

Por lo tanto, Podemos tener diversos tipos de cimiento o cimentación, en términos generales se puede clasificar las cimentaciones en superficiales, directas y profundas.

Software de diseño estructural

Entre los principales programas informáticos para dibujo y diseño de estructuras, podemos encontrar AutoCAD, Etabs, ms Project, s10, safe, cype, revit, civil 3d, Sap2000, entre otros.

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