Para profundizar más sobre este tema, es recomendable ver los siguientes videos que nos enseñan la construcción de estructuras.
Estructura de papel
Estructura piramidal con barras de papel
Puentes con palitos
Pentes con palitos de madera
Cómo hacer una estructura de base cuadrada
miércoles, 5 de septiembre de 2012
FORMAS GENERALES DE LAS ESTRUCTURAS
Hablamos de estructuras planas cuando todas las barras que la forman y las cargas que actúan sobre la misma se encuentran en un mismo plano. Hablamos de estructuras superficiales cuando la estructura presenta una forma marcadamente superficial y las cargas que actúan sobre dicha estructura no se encuentran contenidas en dicha superficie. Hablamos de estructuras espaciales cuando las barras que forman la estructura, así como las cargas que actúan sobre la misma, ocupan cualquier posición en el espacio.
Los elementos estructurales fundamentales son :- Las vigas de directriz recta, que trabajan fundamentalmente a flexión
- Los pilares, que trabajan fundamentalmente a compresión.
Es importante no perder de vista la importancia que tienen otros dos elementos:
- La cimentación
- El terreno, ya que si fallan por algún motivo no se consigue el objetivo final de una estructura que es fundamentalmente: traspasar las cargas de la construcción, de la que forma parte, al terreno.
Una tipología de viga muy frecuente es :
- La viga continua.
Consta de unos apoyos intermedios.
Los espacios entre pilares los denominamos vanos, que pueden ser:
- Extremos
- Intermedios
- Central.
Los arcos: Los elementos estructurales
que sirven para salvar los vanos frecuentemente son de eje recto,
pero también pueden serlo de eje curvo. Una tipología característica es el arco de tres articulaciones.
Para las denominaciones de las estructuras utilizamos determinados aspectos significativos, como por ejemplo:
- La forma fundamental, por ejemplo: arco
- Los apoyos, por ejemplo: empotramiento, articulación fija,...
- El tipo de nudos, por ejemplo: rígido, articulado
Existen una serie de tipologías estructurales muy comunes:
- Los pórticos, generalmente de nudos rígidos, característicos por ejemplo de las estructuras principales de las naves industriales.
- Las cerchas, generalmente de nudos articulados, característicos por ejemplo de ciertas estructuras de cubierta, en construcción industrial fundamentalmente.
- Los marcos, que se utilizan por ejemplo en entramados laterales
En construcción arquitectónica son muy comunes los pórticos múltiples de varios vanos y alturas.
Otras veces las estructuras presentan formas superficiales o volumétricas.
Denominamos estructuras espaciales a aquellas en que las barras, .... y cargas que actúan presentan cualquier posición en el espacio
Su cálculo implica la utilización de procedimientos específicos.
En tales casos es frecuente la utilización de cables.
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En la fig.1 podemos ver una viga armada superiormente
mediante lo que se denomina como: Péndola: elemento vertical Tornapuntas: formando lo que podemos denominar como cordón superior. |
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En la fig.2 podemos ver una viga armada inferior, mediante sopanda y jabalcón. Se utiliza como estructura de apoyo para vigas en mal estado, rehabilitación, patología, ... | |
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En las figs. 3 y 4 podemos ver una viga armada inferiormente, mediante mangueta y tirantes. | |
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En las figs. 5, 6 y 7 podemos ver una tipología de viga armada inferior que se denomina FINK respectivamente simple, doble y múltiple, haciendose cada vez más compleja su forma. | |
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En la fig. 8 una tipología de viga armada inferior que se denomina BOLLMAN, que presenta una forma un tanto compleja, pensada para la utilización de cables, en los tirantes. | |
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En la fig. 9 una tipología de viga armada inferior que se denomina PRATT. | |
Una de las tipologías estructurales más frecuentes es la viga de celosía Son muy frecuentes especialmente en construcción industrial para resolver luces apreciables y pórticos mixtos.
Presentan una buena relación peso-resistencia en relación con las vigas de alma llena, pero ciertos inconvenientes constructivos.
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En la fig. 1 podemos ver una tipología muy frecuente que se denomina WARREN. |
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En las figs. 2, 3 y 4 se mantiene la malla propia de la warren pero se le añaden montantes en nudos inferiores, superiores e inferiores y superiores, respectivamente. |
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En la fig. 5 podemos ver una viga de celosía de malla tipo PRATT |
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En las figs.6 y 14 podemos ver una viga de celosía de malla tipo HOWE, de número de tramos par e impar respectivamente. |
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En las figs. 7, 8 y 9 podemos ver vigas de celosía
de mallas más complejas formadas mediante combinación
de mallas warren (7,9) y pratt (8). La complejidad de las formas obliga por razones constructivas a un uso más restrictivo. |
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En la fig. 10 podemos ver una tipología de marcos con cruz de san andrés, adecuada para estructuras de entramados laterales en construcción industrial. |
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En la fig. 11 podemos ver una tipología característica e interesante: la viga en K, adecuada para mejorar el comportamiento de las diagonales a compresión, que suelen ser barras críticas. |
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En la fig. 12 podemos ver una viga con cordón inferior poligonal. La malla es del tipo Howe, pudiendo ser otra, adecuada a las cargas que van a actuar sobre la viga. |
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En la fig. 13 podemos ver una tipología que se denomina
como viga VIERENDEEL . La viga vierendeel es necesariamente de nudos rígidos, ya que no es una malla triangulada. |
Estructuras de barras articuladas para cubiertas, en los tipos : a dos aguas, shed y marquesinas. Vamos a describir gráficamente una de las tipologías estructurales más clásicas, debido en gran parte a la sencillez del cálculo de los axiles en barras, mediante los métodos :
Método de los nudos (Analítico)
Método de Cremona (Gráfico)
Para el cálculo de los desplazamientos en sus nudos ó para el caso de vinculación exterior hiperestática, tenemos que utilizar procedimientos más complejos. Actualmente su utilización se está reduciendo por diversas razones : económicas, constructivas y otras.
En las figs. 1 a 12 se recogen diferentes armaduras propias de cubiertas a dos aguas, con diferentes características y utilizaciones.
Para luces más pequeñas se utilizan las siguientes:
cercha simple (figs.1 y 2),
la cercha española (fig.3) , la cercha suiza (fig. 10) y la cercha alemana (fig.11) Para mayores luces se utilizan diferentes soluciones de malla como son:
inglesa (fig.4), americana (fig.5), belga (fig.6) que es una de las más utilizadas, polonceau simple (fig.7), polonceau doble (fig. 8), fink (fig.9) y pratt (fig.12).
En las figs. 13 a 16 se recogen diferentes armaduras propias tanto de cubiertas a un agua como de cubiertas tipo shed. Las cubiertas tipo shed son un clásico de la construcción industrial, ya que con una orientación adecuada, facilitan la recogida de aguas y la iluminación natural de una nave industrial de amplias dimensiones. Actualmente su utilización está decreciendo por razones similares a las antes expuestas.
Las podemos denominar en base a la malla que utilizan y que sería inglesa (fig.13), belga (fig.14), polonceau (fig.15).
Cuando tenemos que realizar una cubierta tipo shed múltiple con apoyos en los extremos, una de las posibilidades de diseño estructural más frecuente es la de añadir una barra uniendo los diferentes vértices de cada cuchillo, como vemos en la fig.16.
En las figs. 17,18 y 19 se recogen diferentes armaduras propias de las marquesinas. Las marquesinas son estructuras que se han utilizado frecuentemente como cubiertas auxiliares.
Se encuentran soportadas en un extremo y constituyen una estructura con forma general de voladizo.
Las podemos describir en base a sus características más significativas como el tipo de malla o el cordón inferior.
Esta última característica, en las figuras que se refieren es:
recto (fig.17) o quebrado (figs.18 y 19).
Estructuras de barras articuladas para cubiertas de grandes luces.
Las formas estructurales anteriores (Apdo. 2.5.) pueden ser utilizadas en pequeñas y moderadas luces. En este apartado nos referimos a las formas más adecuadas para las cubiertas de grandes luces.
En las figs.1, 2, 3, 4 y 5 podemos ver una forma general de armadura simple con peralte (fig.1), con cordón inferior recto (figs. 3, 4 y 5) o quebrado (fig. 2) en la que las barras del cordón superior se han sustituido por vigas de celosía de diferentes tipos de malla.
En las figs. 6, 7 y 8 podemos ver una forma clásica de cubierta a dos aguas con diferentes mallas, generalmente la belga y la inglesa.
En las figs. 9, 10, 11 y 12 vemos la utilización del arco en diferentes posiciones:
en el cordón inferior (figs.9 y 11), en el cordón superior (fig.10) y tanto en el cordón inferior como en el superior (fig. 12)
Estructuras de cubierta con voladizos En este conjunto de gráficos representamos una serie de soluciones para utilizar los voladizos con las siguientes finalidades:
- Aumentar la superficie de cubierta
- Disminuir las luces entre pilares
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En la fig.1 podemos ver que el cordón inferior se mantiene recto mientras que se produce un cambio de dirección en el cordón superior. | ||||
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| En las figs. 2, 3, 4, 5 y 6 el cordón inferior adopta la forma de una línea quebrada, quedando rectos los tramos correspondientes al voladizo. | |||||
 Formas generales de estructuras porticadas y marcos, formados con barras de nudos rígidos. La utilización de los pórticos es cada vez más usual en la construcción industrial metálica por diferentes razones: - La mejora en los procedimientos de cálculo, más complejos que para las estructuras de nudos articulados. - La utilización de PVS para la optimización de los mismos, así como el empleo de tornillos de alta resistencia. Reflejamos en el gráfico correspondiente una serie de formas que nos permiten recorrer con detalle la descripción de esta importante tipología estructural que constituye frecuentemente la estructura principal de las naves industriales.  En las figs.1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 13 y 14 podemos ver un pórtico simple con apoyos articulados (figs.1,3,5 y 6) o empotrados (figs.2 y 4), sin pendiente (figs. 1 y 2), a dos aguas (figs. 3,4,5 y 6) y con tirantes (figs. 5 y 6), con utilización de arcos en vez de vigas de eje recto (figs. 13 y 14) para mejorar el comportamiento del pórtico en diferentes sentidos y en base a las cargas que actúen sobre dicha estructura.  Deberemos por tanto analizar las ventajas e inconvenientes que presentan las diferentes tipologías de arcos simples de forma que diseñemos tales estructuras adaptándonos a las necesidades de cada caso.
 En las figs. 16, 17 y 18 vemos lo que denominamos como marcos que presentan formas cuadradas, representativas en entramados laterales, que suelen presentar apoyos articulados.  Se han representado otras formas poligonales en las figs. 10, 11 y 12, que no precisan comentario específico aparte del de su escasa utilización. Otras tipologías de pórticos utilizando PVS y pilares y vigas de celosía. La importancia de los pórticos en la construcción industrial y el interés por optimizar su diseño, ampliar las luces que pueden utilizarse,etc. ha llevado a un conjunto de tipologías que reflejamos en este apartado.   En las figs. 2, 4, 5 y 6 podemos ver tipologías en las que las vigas y los pilares se han formado mediante estructuras de barras de disposición triangular, de forma que puedan ser calculados como una estructura constituida por barras articuladas.  Destacamos la conveniencia de utilizar como apoyos de los pilares las articulaciones fijas, en esta tipología, para que las barras trabajen a axiles. En la fig. 7 se recoge una tipología de pórtico mixto con forma de arco constituido mediante una malla de barras triangulada, un tirante y apoyado en pilares metalicos rígidos con apoyos mediante empotramiento, es decir una estructura con barras a axiles en cubierta y sometida a axiles, cortantes y flectores en pilares. En la figura 8 se recoge una tipología de pórtico con puente grúa característico de las naves industriales para talleres. Destacamos en esta tipología la conveniencia de utilizar apoyos empotrados para estos pórticos. Tipologías características de estructuras para puentes. En las figs. 1, 2, 3, 4 y 5 se recogen estructuras tipo de puentes sin apoyos intermedios, mientras que en las figs. 6, 7 y 8 el apoyo del tablero se produce tanto en los extremos como en posición intermedia. 
Podemos ver en las figs. 1 y 3 la utilización de un tablero
de alma llena, mientras que en las figs. 2 y 4 puede verse un
tablero realizado estructuralmente mediante una celosía
de barras. En las figs. 1 y 2 el tablero se refuerza con una estructura
superior, de la que cuelga, que transmite los esfuerzos hacia
los apoyos. En las figs. 3 y 4 el tablero se refuerza con una
estructura de barras inferior sobre la que se apoya, transmitiendo
los esfuerzos en posición diferente a la de los apoyos
del tablero. La tipología de la fig.5 es del mismo tipo
que la que se puede ver en las figs. 3 y 4, pero realizada en
hormigón.Puede realizarse también mediante hormigón armado en el tablero y con vigas metálicas (tipo cajón) en el arco inferior.  En las figs. 6 y 7 se recogen formas de puentes colgantes, con tableros de alma llena (fig.6) y de celosía (fig.7). En la fig. 8 se recoge una tipología con apoyos intermedios que se denomina puente cantilever. |
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FUNCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS
Las estructuras son elementos constructivos cuya misión fundamental es la
de soportar un conjunto de cargas, que podemos clasificar como sigue:
1- Peso propio
2- Cargas de funcionalidad
3- Acciones exteriores varias
2- Cargas de funcionalidad
3- Acciones exteriores varias
En el apartado 1 de peso propio incluiremos las cargas de la estructura que
son especialmente significativas en las estructuras de hormigón armado y las
cargas reológicas, que provienen del proceso de fraguado del hormigón.
En el apartado 2 incluiremos las cargas que actúan sobre la construcción de
la que forma parte la estructura en cuestión, por ejemplo los objetos y
personas que van a estar en la construcción.
En el apartado
3 nos referimos a la temperatura (dilatación-contracción), el viento, la nieve,
sismos, etc.
Vemos que las cargas que pueden actuar sobre una estructura son muy
variadas y pueden darse una serie de combinaciones entre ellas, debiendo la
estructura soportar la combinación más desfavorable.
Hemos utilizado anteriormente la palabra soportar, pero en teoría de
estructuras, en el contexto que se ha utilizado en la frase, el sentido de tal
palabra hace referencia a tres aspectos:
1- Estabilidad
2- Resistencia
3- Deformación limitada
2- Resistencia
3- Deformación limitada
Vamos a comentar, de una forma muy general los aspectos anteriormente
enunciados. Así:
La estabilidad de una estructura es la que garantiza
que dicha estructura, entendida en su conjunto como un sólido rígido, cumple
las condiciones de la estática, al ser solicitada por las acciones exteriores
que pueden actuar sobre ella. La resistencia es la que obliga a que no se
superen las tensiones admisibles del material y a que no se produzca rotura en
ninguna sección. La deformación limitada implica el que se mantenga acotada
(dentro de unos límites) la deformación que van a producir las cargas al actuar
sobre la estructura. Estos límites van marcados por la utilización de la
estructura, razones constructivas y otras.
ELEMENTOS FUNDAMENTALES ESTRUCTURALES
Vigas y viguetas: es una pieza o barra horizontal, con una determinada forma en función del esfuerzo que soporta. Forma parte de los forjados de las construcciones. Están sometidas a esfuerzos de flexión. |
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Forjado: es la estructura horizontal (o con una pequeña inclinación), formada por el conjunto vigas, viguetas, bovedillas, hormigón y solería, que nos sirve de techo (si hay una planta superior), y de suelo. |
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Cimientos: es el elemento encargado de soportar y repartir en la tierra todo el paso de la estructura, impidiendo que ésta sufra movimientos importantes. Normalmente soporta esfuerzos de compresión. los materiales de los que se compone son hormigón armado, hierro, acero, etc. |
Las cimentaciones a su vez son de muchos
tipos (planas, profundas, con pilotes...) y tienen muchas partes
diferentes (zapatas, pozos, pilotes, bancadas,...), que por ahora no vamos
a entrar en ellas.
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Tirantes: es un elemento constructivo que está sometido principalmente a esfuerzos de tracción. Otras denominaciones que recibe según las aplicaciones son: riostra, cable, tornapunta y tensor. Algunos materiales que se usan para fabricarlos son cuerdas, cables de acero, cadenas, listones de madera... |
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Arcos: es un elemento que se emplea mucho en las estructuras para dar solidez (y salvar distancias). |
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¿QUÉ ES UNA ESTRUCTURA?
Es el conjunto de elementos resistentes,
convenientemente vinculados entre sí, que accionan y reaccionan bajo los
efectos de las cargas. Su finalidad es resistir y transmitir las cargas del
edificio a los apoyos manteniendo el espacio arquitectónico, sin sufrir
deformaciones incompatibles.
MATERIALES UTILIZADOS EN CONSTRUCCIONES MODERNAS
Con tres materiales artificiales se ha construído el mundo moderno que hoy disfrutamos.
El hormigón, el vidrio y el acero, son los tres materiales producidos en abundancia a partir de la 2da. Rev. Industrial que han cambiado nuestra forma de vivir en casas y ciudades. Gracias a estos materiales de construcción las casas que habitamos son como son hoy en día, edificaciones distintas a todo lo levantado antes en la historia de la Civilización Humana. Se usaba piedra, ladrillo y madera, como materiales principal de construcción.
Esos eran materiales naturales, en cambio los nuevos materiales de construcción son artificiales, no se los encuentra tal cual en la naturaleza. Los materiales nuevos comenzaron a producirse en gran cantidad hacia la segunda mitad del Siglo XIX y han predominado en el Siglo XX dando forma a la sociedad moderna, permitieron hacer un cambio en la Humanidad.
El aspecto, los materiales, la eficiencia energética y el impacto ambiental de las estructuras habitables han cambiado drásticamente durante los últimos años, en gran parte debido a la exitosa normalización de nuevos materiales, procesos y tecnologías.
*EIFS
Los sistemas de aislamiento y acabado exterior (EIFS por sus siglas en inglés) se utilizaron por primera vez después de la Segunda Guerra Mundial en Alemania, para reparar los edificios dañados por los estragos del conflicto.
*Revestimiento en mampostería de piedra
El ahorro en costos y la libertad de diseño que ofrecen los productos para el revestimiento en mampostería de piedra han llevado al aumento de su uso en proyectos de arquitectura. Comparados con la piedra natural, los revestimientos de mampostería de piedra pueden reforzarse con acero, y tienen una vida predecible y duradera. La uniformidad en el aspecto del producto fabricado hace que el uso repetitivo del material como adorno u ornamento sea económicamente posible. Además, las estructuras más antiguas pueden rehabilitarse con mampostería de piedra que replica el aspecto de la piedra deteriorada.
*Vidriado estructural
El vidriado estructural es una técnica por la cual el vidrio se agrega a un edificio utilizando adhesivos selladores. Si bien apareció por primera vez en la década del 60, el vidriado estructural ha crecido exponencialmente durante los últimos 20 años. En la actualidad es una vista familiar en las alturas y en otros edificios en las ciudades de todo el mundo.
*Compuestos de madera y plástico
Desde inicios de los 90, los compuestos de madera y plástico, fabricados con residuos de madera y plástico reciclados, se han utilizado como alternativas económicas y no perjudiciales para el medio ambiente en plataformas; en componentes como barandas, blindajes, revestimientos exteriores, molduras y adornos, marcos de ventana y puertas; y en pequeñas estructuras como bancos de parque.
CONSTRUCCIONES MODERNAS
BURJ DUBAI
Es el rascacielos más grande del mundo, con sus 162 plantas y más de 800 metros de altura.
HOTEL SUBMARINO HYDROPOLIS
Hydropolis es el primer hotel
submarino de lujo del mundo. Este
incluirá tres elementos: la estación de tierra, donde a los invitados les será
dada la bienvenida, el túnel conector, que transportará a la gente por el tren
al área principal del hotel, y las 220 suites dentro del complejo submarino.
CIUDAD DE ARABIA
La Ciudad de Arabia (City of Arabia) destacará un enorme centro comercial para
hacer compras, un parque temático de dinosaurios impresionante, y torres
residenciales y comerciales.
DUBAILAND
Dubailand es un mega proyecto turístico de: inmobiliario,
hospitalidad, ocio y venta al por menor en desarrollo en Dubai, Emiratos Árabes
Unidos.
SNOWDOME
DUBAI SPORT CITY
Dubai Sports City (DSC)
es un proyecto de 500 millones de pies cuadrados (46.5 millones de metros
cuadrados), que es construido dentro del mega proyecto Dubailand.
ONE BUSINESS BAY 
One Business Bay es una
torre que está siendo construida en la entrada de la Bahía de Negocios de Dubai. El rascacielos de 30 niveles será una torre de oficinas con 3 niveles de sótano
y un podio de cinco niveles de parqueo con aproximadamente 1,000 espacios de
estacionamiento.
DUBAI FOUNTAIN
Es un sistema de fuentes con una coreografía continua y es oficialmente la fuente danzante mas grande del planeta tierra.
Twirling Tower
Sus 68 pisos giran sobre sus propios ejes de manera
independiente, creando una construcción cuya forma cambiará
constantemente
TORRE DINÁMICA
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