Introduccin.

Una estructura es la unin o ensamblaje de unos elementos lo cuales permiten a la estructura poder mantener su forma y su unidad, por lo tanto ha sido muy utilizada para que pueda resistir cargas resultantes y hasta su propio peso para que as este de forma al cuerpo ya sean puentes, torres, estadios, barcos, aviones etc.

En la actualidad, existe una gran variedad de materiales en la industria de la construccin e ingeniera; debido a esto existen muchos tipos diferentes de estructuras. Sin embargo, los componentes principales en cualquier tipo de estructura son el acero, el concreto y los tensores. En la mayora de las estructuras, la construccin se lleva a cabo combinando todos estos elementos para lograr uno solo. Un ejemplo bastante claro de este fenmeno es un puente donde puede estar sostenido por tensores (que pueden ser de acero), unidos a las vigas de soporte, las cuales le dan soporte al cuerpo del puente (de concreto), con sus respectivas cimentaciones en los extremos.

Estructuras.

Las estructuras son el elemento bsico de toda construccin y su funcin es recibir y transmitir su peso y el de las fuerzas exteriores al terreno, de manera que todos sus elementos estn en equilibrio. La transmisin de dichos esfuerzos de logra mediante la transformacin en esfuerzos internos y su distribucin a lo largo de las piezas estructurales.

Las fuerzas que actan sobre una estructura se denominan cargas y pueden ser de dos tipos fijas como el peso propio de un puente, que siempre acta sobre los cuerpos; o variables, como el viento que no siempre acta sobre los objetos. Las estructuras pueden ser naturales (creadas por la naturaleza como el esqueleto, las cuevas, los barrancos, etc.) o artificiales (creadas por el hombre como las viviendas, los vehculos, las carreteras, los aviones, etc.).

Forma de trabajo. Por su forma de trabajo las estructuras pueden ser activas o pasivas.

a) Estructuras activas: son capaces de modificar que las fuerzas hagan rodeos a travs de una estructura, arco, dinteles, etc. b) Estructuras pasivas: transmiten los esfuerzos en forma directas, como en un muro de carga o una columna, porque estos solo son elementos interpuestos entre las cargas y el terreno.Funciones de las estructuras.

Para que las estructuras funcionen correctamente deben cumplir las siguientes condiciones: Soportar cargas. Es la principal funcin de toda estructura ya que las fuerzas o cargas siempre estn presentes en la naturaleza: la gravedad, el viento, el oleaje, etc. Mantener la forma. Es fundamental que las estructuras no se deformen, ya que si esto ocurriese, los cuerpos podran romperse. Es lo que ocurre cuando los esfuerzos son muy grandes. Proteger partes delicadas. Una estructura debe proteger las partes delicadas de los objetos que los poseen. Ligeras. Las estructuras deben ser lo ms ligeras posibles. Si la estructura fuese muy pesada, podra venirse abajo. Estable. La estructura no puede volcar o caerse aunque reciba diferentes cargas.Elementos de una estructura.

Las estructuras pueden ser masivas como una cueva o una presa. Pero lo normal es que estn formadas por partes, de manera que se forman por la unin de diferentes clases de elementos estructurales debidamente colocados. De esta forma se construyen puentes, edificios, naves industriales, etc.

Los principales elementos estructurales, llamados elementos estructurales simples o elementos resistentes, son:

Forjado: Es el suelo y el techo de los edificios.

Figura N1. Forjado.

Pilares: Son los elementos verticales de una estructura y se encargan de soportar el peso de toda la estructura. En un edificio, los pilares soportan el forjado que tienen justo encima, adems del peso del resto del edificio. Si los pilares son redondos, se llaman columnas.

Vigas: Son elementos estructurales que normalmente se colocan en posicin horizontal, que se apoyan sobre los pilares, destinados a soportar cargas. En un edificio forman parte del forjado. Figura N2. Pilares y vigas.

Dintel: Viga maciza que se apoya horizontalmente sobre dos soportes verticales y que cierra huecos tales como ventanas y puertas.

Figura N3. Dintel.

Arco: es el elemento estructural, de forma curvada, que salva el espacio entre dos pilares o muros. Es muy til para salvar espacios relativamente grandes.

Tirantes: Con objeto de dar rigidez a las estructuras se dispone de unos elementos simples que se colocan entre las vigas y los pilares.

Tensores: Su misin es parecida a la de los tirantes pero stos son normalmente cables.

Cerchas: son un caso especial de vigas formadas por un conjunto de barras que a su vez forma una estructura triangular; Es decir, es una estructura triangular construida con barras de acero o madera que forman tejados.

Figura N4. Cerchas.

Perfiles: son todas aquellas barras de acero que tienen una forma especial. Se emplean para conseguir estructuras ms ligeras que soportan grandes pesos con poca cantidad de material. Los perfiles pueden ser abiertos o cerrados, el nombre del perfil viene dado por la forma de la superficie lateral tales como: I, U, T, L, etc. Estos aceros se usan en las vigas, pilares y tirantes.Figura N5. Perfiles abiertos.

Figura N6. Perfiles cerrados.

Cimientos: es el elemento encargado de soportar y repartir por el suelo todo el peso de la estructura. Gracias a la cimentacin, el peso total de la estructura no va directamente al el suelo los pilares de la estructura no se clavan en el terreno y se hunden en l. Los cimientos funcionan como los zapatos del edificio. En definitiva, con los cimientos evitamos que el edificio se hunda en el terreno y al mismo tiempo logramos que permanezca estable.

Tipos de estructuras.

Las estructura es un elemento o conjunto de elementos unidos entre s, con la finalidad de soportar diferentes tipos de esfuerzos. Las estructuras se pueden dividir en dos grupos segn la posicin de sus elementos (horizontal-vertical) o la movilidad de sus elementos (rgidas-verticales).Estructuras horizontales y verticales

Las estructuras verticales. Son aquellas en las que los elementos que soportan los mayores esfuerzos estn colocados en posicin vertical.Las estructuras horizontales.Son aquellas en las que los elementos que soportan los mayores esfuerzos se hallan colocado horizontalmente. En este tipo de estructuras los elementos sometidos a mayor esfuerzo trabajan a flexin.

Estructuras rgidas y estructuras articuladas.Las estructuras rgidas.Son aquellas que no se deforman cuando se les aplica diferentes fuerzas, excepto si sus elementos se rompen.

Las estructuras articuladas.Son aquellas en las que cuando se les aplica una fuerza, la estructura se deforma, controladamente, al desplazarse los elementos que la integran.

Sistemas estructurales.

Son estructuras compuestas de varios miembros, que soportan las edificaciones y tienen adems la funcin de soportar las cargas que actan sobre ellas transmitindolas al suelo.

Tipos de sistemas estructurales.

Muros estructurales.

Cuando este sistema se utiliza tiene dos elementos distintivos en la estructura general del edificio:

Muros: Utilizados para dar estabilidad lateral, as como apoyo a los elementos que cubren el claro. Generalmente son elementos a compresin. Pueden ser monolticos o entramados ensamblados de muchas piezas. Aunque no se utilizan para transmisin de carga vertical se utilizan, a menudo, para dar estabilidad lateral.

Elementos para cubrir claros: Funcionan como pisos y techos. Dentro de estos se encuentran una gran variedad de ensambles, desde simples tableros de madera y viguetas hasta unidades de concreto precolado o armaduras de acero.

Sistema de postes y vigas.

El uso de troncos y rboles en las culturas primitivas como elementos de construccin fue el origen de este sistema bsico, la cual es tcnica constructiva importantes del repertorio estructural. Los dos elementos bsicos son: Poste: es un elemento que trabaja a compresin lineal y est sujeto a aplastamiento o pandeo, dependiendo de su esbeltez relativa. Viga: bsicamente es un elemento lineal sujeto a una carga transversal; debe generar resistencia interna a los esfuerzos cortantes y de flexin y resistir deflexin excesiva. La estructura de vigas y postes requiere el uso de un sistema estructural secundario de relleno para producir las superficies de los muros, pisos y techos.

Algunas variaciones de este sistema son: Extensin de los extremos de las vigas Sujecin rgida de vigas y postes Sujecin rgida con extensin de los extremos de las vigas Ensanchamiento de los extremos del poste. Viga continua

Marcos rgidos.

Cuando los elementos de un marco lineal estn sujetos rgidamente, es decir, cuando las juntas son capaces de transferir flexin entre los miembros, es sistema asume un carcter particular. Si todas las juntas son rgidas, es imposible cargar algunos de los miembros transversalmente sin provocar la flexin de los dems.

Sistema de armaduras.

Es una estructura de elementos lineales conectados mediante juntas o nudos se puede estabilizar de manera independiente por medio de tirantes o paneles con relleno rgido. Para ser estables internamente o por si misma debe cumplir con las siguientes condiciones: Uso de juntas rgidas Estabilizar una estructura lineal: Por medio de arreglos de los miembros en patrones rectangulares cooplanares o tetraedros espaciales, a este se le llama celosa.Cuando el elemento estructural producido es una unidad para claro plano o voladizo en un plano, se llama armadura. Un elemento completo tiene otra clasificacin: arco o torre de celosa.

Sistema de arco, bveda y cpula.

El concepto bsico del arco es tener una estructura para cubrir claros, mediante el uso de compresin interna solamente. El perfil del arco puede ser derivado geomtricamente de las condiciones de carga y soporte. Para un arco de un solo claro que no est fijo en la forma de resistencia a momento, con apoyos en el mismo nivel y con una carga uniformemente distribuida sobre todo el claro, la forma resultante es la de una curva de segundo grado o parbola. La forma bsica es la curva convexa hacia abajo, si la carga es gravitacional.

Estructuras a tensin.

Desde el punto de vista estructural, el cable suspendido es el inverso del arco, tanto en forma como en fuerza interna. La parbola del arco a compresin se jala para producir el cable a tensin. El acero es el principal material para este sistema y el cable es la forma lgica.

Estructuras de superficies.

Son aquellas que consisten en superficies extensas, delgadas y que funcionan para resolver solo fuerzas internas dentro de ellas. El muro que resiste la compresin, que estabiliza el edificio al resistir el cortante dentro de un plano y al cubrir claros como una viga, acta como una estructura de superficie. La bveda y la cpula son ejemplos de este tipo. Las estructuras de superficie ms puras son las que estn sometidas a tensin. Las superficies a compresin deben de ser ms rgidas que las que soportan tensin, debido a la posibilidad de pandeo.

Sistemas especiales.

Estructuras infladas: Se utiliza inyeccin o presin de aire como recurso estructural en una variedad de formas.

Estructuras laminares: es un sistema para moldear superficies de arco o bveda, utilizando una red de nervaduras perpendiculares que aparecen como diagonales en planta.

Cpulas geodsicas: ideada para formar superficies hemisfricas, se basa en triangulacin esfrica.

Estructuras de mstil: existen estructuras similares a los rboles, que tienen piernas nicas para apoyo vertical y que soportan una serie de ramas. Requiere bases muy estables, bien ancladas contra el efecto del volteo provocado por fuerzas horizontales.

Materiales estructurales.

En el estudio o diseo de estructuras, interesan las propiedades particulares de los materiales. Estas propiedades crticas se pueden dividir en propiedades estructurales esenciales y propiedades generales:

Propiedades estructurales esenciales: Resistencia: puede variar para los diferentes tipos de fuerzas, en diferentes direcciones, en diferentes edades o diferentes valores de temperatura o contenido de humedad. Resistencia a la deformacin: grado de rigidez, elasticidad, ductilidad; variacin con el tiempo, temperatura, etc. Dureza: resistencia al corte de la superficie, raspaduras, abrasin o desgaste. Resistencia a la fatiga: prdida de la resistencia con el tiempo; fractura progresiva; cambio de forma con el tiempo. Uniformidad de estructura fsica: vetas y nudos en la madera, agrietamiento del concreto, planos cortantes en la roca, efectos de la cristalizacin en los metales.Propiedades generales: Forma: natural, remoldada o reconstituida. Peso: como contribuyente a las cargas gravitacionales de la estructura. Resistencia al fuego: combustibilidad, conductividad, punto de fusin y comportamiento general de altas temperaturas. Coeficiente de expansin trmica: relacionado con los cambios dimensionales debidos a las variaciones de temperatura. Durabilidad: resistencia al clima, pudricin, insectos y desgastes. Apariencia: natural o modificada. Disponibilidad y uso.

La eleccin de materiales debe hacerse a menudo con base en varias propiedades, tanto estructurales como generales. Se tiene que categorizar las diversas propiedades, segn su importancia.

Concreto.

El concreto como material estructural se disea para que tenga una determinada resistencia. La resistencia a la compresin simple es la caracterstica mecnica ms importante de un concreto y se utiliza normalmente para juzgar su calidad. Sin embargo cuando se disean pavimentos rgidos y otras lozas que se construyen sobre el terreno, el concreto se disea para que resista esfuerzos de flexin.

Se ha establecido una correlacin entre la resistencia a la compresin y la resistencia a la flexin en un determinado concreto. Los factores que afectan la resistencia del concreto se pueden dividir en dos:

Los primeros tienen que ver con la calidad y la cantidad de los elementos constitutivos del concreto; agregados, cemento y agua.

Los segundos, tienen que ver con la calidad del proceso del concreto: Mezclado, trasporte, colocacin, compactacin y curado; la resistencia est en relacin directa a este proceso.

El concreto ordinario tiene varios atributos, el principal es su bajo costo general y su resistencia a la humedad, la oxidacin los insectos, el fuego y los desgastes. Puede tomar una gran variedad de formas.

Su principal desventaja es la falta de resistencia al esfuerzo de tensin. Debido a su amorfismo, su amoldado y acabado presentan, a menudo, los mayores gastos en su uso. El precolado de fbrica en formas permanentes es una tcnica comn utilizada para superar ese problema.

Acero.

El acero es uno de los ms importantes materiales estructurales. Entre sus propiedad de particular importancia en los usos estructurales, estn la alta resistencia, comparada con cualquier otro material disponible, y la ductilidad. (Ductilidad es la capacidad que tiene el material de deformarse sustancialmente ya sea a tensin o compresin antes de fallar) Otras ventajas importantes en el uso del acero son su amplia disponibilidad y durabilidad, particularmente con una modesta cantidad de proteccin contra el intemperismo.

El acero es el material ms verstil de las sistemas estructurales, tambin es el ms fuerte, el ms resistente al envejecimiento y el ms confiable en cuanto a calidad. El acero es un material completamente industrializado y est sujeto a estrecho control de su composicin y de los detalles de su moldeo y fabricacin. Tiene las cualidades adicionales deseables de no ser combustible, no pudrirse y ser estable dimensionalmente con el tiempo y los cambios de temperatura. Las desventajas que presenta el acero es su rpida absorcin de calor y la perdida de resistencia (cuando se expone al fuego), corrosin (cuando se expone a la humedad y al aire).

Madera.

La madera, como material estructural presenta una diferencia radical frente a otros materiales como el hormign o el acero, consecuencia de su carcter orgnico. Constituye la estructura de soporte del rbol y tiene, por tanto, perfectamente definido su diseo para cumplir su funcin resistente. La accin predominante en la vida del rbol es el viento que provoca la flexin del mismo, generando tensiones normales paralelas a la direccin de la fibra.

Las limitaciones de forma y tamao se han ampliado mediante la laminacin y los adhesivos. Las tcnicas especiales de sujecin han hecho estructuras de mayor tamao mediante un mejor ensamble. La combustibilidad, la podredumbre y la infestacin de insectos se pueden retardar con la utilizacin de impregnaciones qumicas. El tratamiento con vapor o gas amoniacal puede hacer altamente flexible a la madera, permitindole asumir formas plsticas.

Aluminio.

Se usa para una gran variedad de elementos estructurales, decorativos y funcionales en la construccin de edificios. Las principales ventajas son su peso ligero y su alta resistencia a la corrosin. Entre las desventajas estn su suavidad, su baja rigidez, sus grandes variaciones de dimensin por su expansin trmica, su baja resistencia al fuego y su costo relativamente alto.

Mampostera.

Se usa para describir una variedad de deformaciones que constan de elementos separados entre si por algn elemento aglutinante. Los elementos pueden ser roca bruta o cortada, losetas o ladrillos cocidos de arcilla, o unidades de concreto. Tradicionalmente, el aglutinante es mortero de cemento-cal. El ensamble resultante es similar a una estructura de concreto y posee muchas propiedades.

Dos importantes de la estructura de mampostera son la contraccin del mortero y el agrietamiento por expansin trmica.

Plsticos

Los elementos de plstico representan la mayor variedad de uso de la construccin de edificios. Algunos de los principales problemas con los plsticos son su falta de resistencia al fuego, escasa rigidez, expansin trmica e inestabilidad qumica o fsica con el tiempo.

Algunos de los usos importantes en la construccin son: Sustituto del vidrio Revestimiento Adhesivos Elementos moldeados EspumasMateriales diversos.

Vidrio: el vidrio ordinario posee considerable resistencia, paro tiene las caractersticas indeseables de ser frgil y de fcil fragmentacin por impacto. Un tratamiento especial puede aumentar su resistencia a las cargas y al impacto, pero es costoso para usarlo en grandes cantidades. Es inconcebible el uso de este material en construcciones de gran escala. Sin embargo, se usa para revestimientos, as como ventaneara transparente.

Fibra de vidrio: es una forma fibrosa, en la cual es capaz de acercarse a su resistencia ideal.

Esfuerzos a que pueden ser sometidos los materiales.

Los materiales slidos responden a fuerzas externas como la tensin, la compresin, la torsin, la flexin o la cizalladura. Los materiales slidos responden a dichas fuerzas con: Una deformacin elstica (en la que el material vuelve a su tamao y forma originales cuando se elimina la fuerza externa) Una deformacin permanente Una fractura

La tensines la fuerza interna aplicada, que acta por unidad desuperficieoreasobre la que se aplica; Cuando un material est sometido a tensin suele estirarse, y recupera su longitud original (deformacin elstica), si esta fuerza no supera el lmite elstico del material. Bajo tensiones mayores, el material no vuelve completamente a su estado original (deformacin plstica), y cuando la fuerza es an mayor, se produce la ruptura del material.

La compresines una fuerza que prensa, esto tiende a causar una reduccin de volumen. Si el material es rgido la deformacin ser mnima, siempre q la fuerza no supere sus lmites; si esto pasa el material se doblara y sobre el se producira un esfuerzo de flexin por su parte si el material es plstico se producira una deformacin en la que los laterales se deformaran hacia los lados.

La flexines una fuerza en la que actan simultneamente fuerzas de tensin y compresin; por ejemplo, cuando se flexiona una varilla, uno de sus lados se estira y el otro se comprime. Si estas fuerzas no superan los lmites de flexibilidad y compresin de del material este solo se deforma, si las supera su produce la ruptura del material.

La torsines una fuerza que dobla el material, esto se produce cuando el material es girado hacia lados contrarios desde sus extremos. En este tipo de fuerza tambin actan simultneamente tensin y compresin. Si no se superan sus lmites de flexin este se deformara en forma de espiral, si se superan el material sufrir un ruptura.

La cizalluduraes una fuerza que corta, esto se produce cuando el material presionado (en dos partes muy cercanas) por arriba y por abajo. En este tipo de fuerza tambin actan simultneamente tensin y compresin. Si esta fuerza no supera los lmites de flexin y compresin del material este se deformara, si los supera la fuerza producir un corte en este.

Conclusin.

Mediante el desarrollo de la presente investigacin se dieron a conocer las estructuras, las cuales son el elemento bsico de toda construccin y se encuentran integradas por partes, de tal manera que se forman por la unin de diferentes clases de elementos estructurales los cuales fueron tambin fueron expuestos a lo largo de la investigacin, a su vez se dieron a conocer los tipos de estructuras y los sistemas estructurales existentes.Por otra parte se explican los diferentes materiales que pueden conformar una estructura y las caractersticas que poseen los mismos, ya que para el diseo y construccin de las estructuras se debe tener en cuenta las propiedades mecnicas de estos y el tipo de esfuerzos al que van a estar sometidos dichos materiales.