Elementos estructurales

Observando distintas estructuras comprobaremos que a menudo se repiten una serie de elementos en muchas de ellas. Veamos cuales son:

PILARES

Son elementos que se colocan verticalmente y trabajan a compresión. Se pueden hacer de madera, piedra, acero, hormigón u hormigón armado en función de las cargas que vayan a soportar. Si son de sección circular se denominan columnas.

 

VIGAS

Se colocan horizontalmente y trabajan a flexión aunque también sufren esfuerzos de corte en los apoyos. Su misión consiste en soportar las cargas y trasmitirlas a los pilares.

Pueden colocarse:

• En voladizo: van empotradas por un extremo y es en este punto donde se producen las mayores tensiones. Cuanto mayor sea su longitud más deflexión o curvatura se producirá.
• Apoyada: se encuentran apoyadas en los extremos y si se aplica una carga en el punto medio esta se transmite la mitad a cada apoyo. Como ya hemos visto, en su línea central soporta menos esfuerzo por lo que se suelen utilizar perfiles en I e incluso se elimina material en este punto.
• A la distancia entre los apoyos se le llama luz y a la máxima longitud que indica su curvatura respecto de la horizontal se le llama flecha. Cuando se diseña una viga se limita la flecha que puede sufrir  a 1/300 de su luz en edificios y a 1/800 en puentes.
• Empotrada en los dos extremos: funciona como la anterior pero tiene mayor resistencia y rigidez, es decir, que para la misma carga sufre menos deflexión.

Al igual que en el caso de los pilares, las vigas no tienen por que ser macizas, sobre todo si están hechas de acero. Como vimos al estudiar los esfuerzos, se utilizan diferentes perfiles que ofrecen gran resistencia con menor cantidad de material.

Viga apoiada. Imagen de Aurora Valdonedo. Licencia CC-BY      

 

 Vigas e pilares. Imagen de Aurora Valdonedo. Licencia CC-BY

                                                                                              

PÓRTICOS

Consiste en una viga (dintel) apoyada o empotrada sobre dos pilares o dos paredes de piedra y que soporta la carga del techo. Los pilares quedan sometidos a compresión por el dintel. Se utilizan para abrir huecos en los muros, para crear ventanas y puertas

Actualmente los pórticos se suelen construir de hormigón armado entrelazando las armaduras de vigas y pilares, consiguiendo así una gran resistencia. Si se unen pórticos paralelos con vigas horizontales se obtiene una estructura tridimensional tipo jaula que es la más utilizada en la construcción de grandes edificios (estructura entrelazada).

TIRANTES Y TENSORES

Son cables de acero que soportan muy bien la tracción. Se utilizan en los puentes para sujetar o colgar vigas y también para estabilizar elementos verticales, aunque presentan a menudo problemas de estabilidad ante grandes vientos (se “tuercen”). También se utilizan en grandes techos en los que no puede haber columnas intermedias.

Pasarela N120 Ourense. Imagen de Aurora Valdonedo. Licencia CC-BY

 

Pasarela Oira. Imagen de Aurora Valdonedo. Licencia CC-BY

 

ARMADURAS

Son barras que se combinan entre si formando triángulos elementales (figura geométrica rígida). A los puntos de unión se les llama nudos y pueden realizarse por soldadura, remaches o con cartelas.
Si las cargas se aplican solo en los nudos todos los elementos de la armadura estarán sometidos únicamente a esfuerzos de tracción o compresión. Si se aplican entre nudos algunas barras sufren además flexión.
Se suelen hacer de acero y se usan para salvar cientos de metros entre apoyos como en el caso de puentes o grandes naves. La explicación de su utilización es sencilla: si quisiésemos hacer una viga de acero que soportase una gran fuerza no quedaría más remedio que aumentar su sección y ello elevaría enormemente su peso además de no encontrarla en el mercado. Para evitarlo se utilizan las armaduras ya que uniendo barras de secciones más pequeñas obtenemos mayores resistencias.
Generalmente estas armaduras o cerchas tienen muy poco grosor  y por eso les afectan mucho las fuerzas de torsión. Para resolver esto se suelen unir una serie de armazones planos para hacer estructuras tridimensionales, como en el caso de grúas y puentes.

Cercha. Imagen de Aurora Valdonedo. Licencia CC-BY

 

Armadura. Imagen de Aurora Valdonedo. Licencia CC-BY

 Armaduras. Imagen de Aurora Valdonedo. Licencia CC-BY

 

ARCOS

Cuando los materiales de flexión eran costosos y se deterioraban con facilidad (como la madera) se utilizaban arcos. Con esta disposición estructural conseguimos que la piedra o el hormigón no trabajen a flexión (ya que no son resistentes a estos esfuerzos) sino únicamente a compresión. Es el caso de los puentes romanos y de las catedrales románicas y góticas.
Los arcos están formados por bloques de piedra en forma de cuña (dovelas) que se unen formando un semicírculo (arcos de medio punto), una catenaria etc y que van transmitiendo los esfuerzos unos a otros hasta el elemento que los sostiene.

Puentes de arco. Imagen de A. Valdonedo. Licencia CC-BY

Arco  ponte do tren. Imagen de Aurora Valdonedo.Licencia CC-BY

 

CIMIENTOS

Es la base de la estructura, que suele colocarse por debajo del nivel del suelo y transmite las fuerzas a este.

De las diferentes formas de cimentación destacamos:

• zapatas aisladas: amplían la superficie de los pilares para que el suelo resista la carga
• zapatas continuas: se emplean para cimentar hileras de pilares o un muro de carga. Igual que las anteriores se construyen de hormigón armado.

Vídeo de cimentación

FORJADO

 Es el suelo y el techo de los edificios. Se construye uniendo las vigas principales con viguetas y colocando elementos como bovedillas entre ellas.