Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías

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APUNTES INTRODUCCIÓN A LAS ESTRUCTURAS Grado en Arquitectura Técnica y Edificación Universidad Politécnica de Cataluña AprenAI 2026-2027 Resumen de Introducción a las Estructuras: equilibrio, vínculos, esfuerzos internos, mecánica de suelos, cimentaciones, pilares, vigas, arcos y cerchas.

APREN.AI Índice Fundamentos 1 Concepto de estructura y relación con la arquitectura Definición y función de la estructura resistente Relación visual y espacial entre arquitectura y estructura Premisas y condiciones mecánicas del sistema estructural 2 Equilibrio estático, acciones y vínculos Principios del equilibrio estático en el plano Clasificación y naturaleza de las cargas Tipos de equilibrio global Vínculos y restricción cinemática 3 Mecánica — Tensiones internas y tipologías de esfuerzos Cohesión molecular y origen de las tensiones internas Esfuerzos simples: compresión axil, tracción pura y corte Esfuerzos compuestos: flexión, pandeo por esbeltez y torsión Comportamiento de conjuntos estructurales: isostáticos e hiperestáticos Geotecnia 4 Suelos y criterios de interacción con la cimentación El subsuelo como receptor terminal y plano de fundación Clasificación geotécnica de los terrenos Comportamiento geomecánico de los estratos para fundar Criterios de seguridad e interacción estructural 5 Cimentaciones continuas y discontinuas Misión estructural y principios de interacción con el terreno Cimentaciones continuas o superficiales Cimentaciones discontinuas, aisladas o profundas Criterios de modulación, replanteo y correspondencia geotécnica Elementos 6 Pilares, vigas, pórticos y losas Clasificación de piezas y matriz tensional Pilares: solicitaciones axiles y control del pandeo Vigas: resistencia a la flexión y armado de cortante Pórticos hiperestáticos y continuidad nodal Losas: elementos laminares y sistemas alivianados Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 1 7 Arcos y estructuras reticuladas Mecánica y anatomía del arco Tipologías geométricas y empujes laterales Mecanismos de falla y patologías estructurales en arcos Estructuras reticuladas, cerchas y cabriadas Tipologías características de celosías planas 8 Resumen para repasar Principios básicos y equilibrio estático Acciones y vínculos mecánicos Tensiones internas y esfuerzos Geotecnia y cimentaciones Elementos constructivos estructurales Soluciones de las preguntas de repaso Estos apuntes pueden contener errores u omisiones.

Son un material de apoyo y no sustituyen al temario oficial ni al profesorado: contrasta la información importante. Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 2 1 Concepto de estructura y relación con la arquitectura AL ACABAR SABRÁS Definir el concepto de estructura resistente y su función de transmisión de cargas al terreno. Clasificar la relación entre arquitectura y estructura en modalidades diferenciada, indiferenciada y mixta. Distinguir conceptualmente entre rigidez estructural y resistencia mecánica de un componente. Identificar las condiciones de equilibrio estático requeridas en un sistema estructural.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Por qué un edificio puede ser mecánicamente resistente y, sin embargo, resultar inhabitable por una deformación excesiva? El proyecto arquitectónico necesita sostenerse a sí mismo y albergar las actividades humanas con seguridad y confort. La estructura constituye el sistema material responsable de cumplir esta función básica, abriendo a su vez amplias posibilidades formales y espaciales.

Fundamentos 1 Concepto de estructura y relación con la arquitectura 2 Equilibrio estático, acciones y vínculos Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 3 ESQUEMA Organización del sistema estructural Definición y función de la estructura resistente En el ámbito arquitectónico, una estructura resistente puede consistir en una pieza individual capaz de sostenerse o en un sistema organizado de piezas conectadas entre sí mediante distintos tipos de vínculos. Su función principal consiste en recibir las cargas actuantes, resistir sus efectos y transferirlas ordenadamente a los componentes receptores sucesivos hasta descargarlas finalmente en el terreno sobre el que se apoya.

DEFINICIÓN Una estructura resistente es un conjunto organizado de elementos vinculados entre sí, proyectado para soportar su propio peso y las fuerzas exteriores, conduciéndolas hasta el suelo de cimentación sin sufrir deformaciones irreversibles ni experimentar el colapso global del sistema.

Estructura resistente Sistema portante del edificio Relación espacial Interacción con la arquitectura Diferenciada Estructura visible e independiente Indiferenciada Envolvente asume soporte Mixta Disimulada en cerramientos Premisas mecánicas Requisitos de funcionamiento Equilibrio estático Inmovilidad respecto a apoyos Resistencia Compensación de fuerzas externas Rigidez Control de deformaciones Eficiencia Máximo rendimiento con menor material Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 4 Cualquier oscilación, duda o fallo en la estabilidad genera inseguridad e impide que los usuarios desarrollen sus actividades en condiciones mínimas de confortabilidad.

Las estructuras asumen la tarea indelegable de suprimir estos riesgos mecánicos y garantizar la integridad física de la construcción. COMPRUEBA 2 ¿Cuál es el recorrido final de las cargas que actúan sobre un sistema estructural organizado? Relación visual y espacial entre arquitectura y estructura El soporte portante se relaciona con la envolvente y la concepción formal del edificio según tres modalidades principales: Modalidad Integración formal y visual Función de los elementos Estructura diferenciada Se muestra de forma autónoma e independiente; delata con claridad su presencia como elemento visual predominante. Su papel es puramente resistente y no se confunde con el resto del edificio.

Estructura indiferenciada Se integra plenamente en la imagen espacial y visual del edificio. La propia envolvente arquitectónica asume simultáneamente las funciones resistentes y espaciales. Estructura mixta o combinada Se enmascara o disimula dentro de los planos de la envolvente constructiva. Combina zonas diferenciadas con elementos portantes ocultos por los cerramientos. Independientemente de que la estructura se exponga o se oculte, constituye una parte inherente del hecho arquitectónico que nunca puede desvincularse de la valoración final de la obra. COMPRUEBA 3 ¿En qué se diferencian conceptualmente una estructura diferenciada y una indiferenciada respecto a la envolvente?

Premisas y condiciones mecánicas del sistema estructural Para cumplir su cometido, todo sistema estructural debe satisfacer cuatro exigencias esenciales que operan conjuntamente: Equilibrio estático y estabilidad: el sistema debe hallarse en reposo continuo respecto a sus apoyos. Se exige que la resultante de fuerzas y la de momentos se anulen rigurosamente: Para el estudio detallado de estas relaciones de soporte, véase «Fundamentos — Equilibrio estático, acciones y vínculos».

1 F = x 0, F = y 0, M = 0 Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 5 PROCESO Mecanismo de respuesta estructural 1 Cargas ac tuantes Fuerzas externas y peso propio sobre la obra 2 Tensiones internas Esfuerzos inducidos en las piezas resistentes 3 Control de rigidez Limitación de defor maciones transitorias o permanentes 4 Descarga en apoyos Transferencia de reac ciones hacia el terreno ERROR FRECUENTE Confundir resistencia con rigidez es un error habitual en el análisis preliminar.

Una pieza puede poseer una elevada resistencia y soportar las cargas sin romperse, pero carecer de suficiente rigidez, sufriendo deformaciones o flechas inadmisibles que arruinan la habitabilidad o dañan otros cerramientos. La rigidez depende de las propiedades del material y de la geometría de la sección transversal, siendo independiente de la tensión máxima de rotura. Las cargas externas generan tensiones internas que tienden a deformar los elementos. Frente a ello, la estructura opone un mecanismo resistente interno y traslada las reacciones al plano del suelo, preservando el reposo y la geometría funcional del espacio arquitectónico.

COMPRUEBA 4 ¿Puede una viga tener alta resistencia y baja rigidez al mismo tiempo? Resistencia mecánica: los componentes internos deben generar fuerzas capaces de contrarrestar el efecto de las acciones exteriores sin que las piezas se fracturen ni fallen por tensión. 2 Eficiencia estructural: busca obtener las mejores prestaciones con el menor consumo de material, reduciendo el peso propio y optimizando la configuración geométrica. 3 Rigidez estructural: representa la capacidad de las piezas para impedir deformaciones excesivas (sean transitorias o permanentes) ante las cargas que soportan.

4 Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 6 IDEAS CLAVE Una estructura es un conjunto ordenado de piezas vinculadas para soportar acciones y conducirlas con seguridad al terreno. La relación entre arquitectura y estructura se clasifica visualmente en diferenciada, indiferenciada o mixta. El equilibrio estático en el plano exige simultáneamente la anulación de fuerzas y momentos: , y . La rigidez limita y controla las deformaciones, mientras que la resistencia evita la rotura o fallo del material. La eficiencia estructural busca optimizar la geometría para lograr el mejor rendimiento resistente con el menor consumo de recursos. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 5.

¿Cuáles son las condiciones matemáticas rigurosas que garantizan el equilibrio estático de una estructura en el plano? 6. ¿Cómo se define la eficiencia estructural de un elemento o sistema constructivo? FUNDAMENTOS 2 Equilibrio estático, acciones y vínculos AL ACABAR SABRÁS Plantear las tres ecuaciones fundamentales del equilibrio estático en dos dimensiones. Clasificar las acciones según su distribución superficial y su comportamiento temporal. Diferenciar los tres estados de equilibrio físico de un sistema estructural. Identificar los grados de libertad restringidos y las reacciones producidas por apoyos móviles, fijos y empotramientos.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 7 ¿Por qué un puente apoyado sobre rodillos no vuelca ni se hunde a pesar de poder deslizar libremente en sentido longitudinal? Principios del equilibrio estático en el plano Una estructura arquitectónica debe mantenerse en reposo respecto a sus apoyos o al terreno de cimentación. El equilibrio estático representa el estado físico donde el conjunto permanece inmóvil ante la acción combinada de las cargas exteriores y las reacciones de los apoyos.

Para que no ocurran F = x 0 F = y 0 M = 0 Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 7 desplazamientos lineales ni rotaciones en el plano bidimensional, deben satisfacerse rigurosamente las tres leyes fundamentales de la estática: La condición asegura que la suma algebraica de las fuerzas horizontales sea nula, evitando traslaciones laterales. La ecuación anula las traslaciones verticales, equilibrando las cargas gravitatorias mediante las reacciones de sustentación. Por último, garantiza que la sumatoria de momentos flectores respecto a cualquier punto sea nula, impidiendo giros del cuerpo estructural.

En un elemento vertical de un solo apoyo como un pilar, la fuerza reactiva posee la misma intensidad, dirección y línea de acción que la carga gravitatoria, pero sentido contrario. Al coincidir sus trayectorias lineales, no se generan momentos flectores. Por el contrario, en vigas simplemente apoyadas surgen dos reacciones que equilibran las cargas aplicadas fuera de sus líneas directas. En elementos en voladizo con un único apoyo, la resultante reactiva no se alinea con la acción, originando flexión interna (para la descripción de solicitaciones internas, véase «Mecánica — Tensiones internas y tipologías de esfuerzos»).

COMPRUEBA 8 ¿Por qué una columna con carga axil centrada no desarrolla momento flector respecto a su base? Clasificación y naturaleza de las cargas Las cargas o acciones corresponden a las fuerzas exteriores que inciden sobre el edificio. Su origen abarca el peso de los materiales, la presencia de ocupantes y los factores ambientales. Entre todas ellas, el peso propio es la única carga inevitable, originada en el centro de gravedad de cada elemento por la aceleración gravitatoria. Según su distribución geométrica sobre las piezas resistentes, se distinguen dos modalidades: Cargas puntuales: concentran su magnitud en una superficie sumamente reducida o punto específico del elemento.

Cargas distribuidas: reparten su intensidad de forma uniforme o variable a lo largo de un eje o área superficial. Atendiendo a su variabilidad temporal y dinámica, las acciones se agrupan en las siguientes categorías: F = x 0, F = y 0, M = 0 F = x 0 F = y 0 M = 0 Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 8 Naturaleza Variedad Características físicas Manifestaciones habituales Estáticas (invariables o de aplicación duradera) Permanentes Permanecen constantes durante toda la vida útil de la construcción. Peso propio estructural, muros autoportantes, pavimentos, revestimientos e instalaciones fijas.

Accidentales o transitorias Circunstanciales, no continuas; se consideran con valores probables proyectados. Uso y ocupación de personas, mobiliario interior y empuje de viento. Dinámicas (intensidad oscilante o transitoria brusca) De impacto Choque repentino de un cuerpo en movimiento contra la estructura. Golpe de olas, maniobras de descarga de materiales e ingreso brusco de vehículos. De resonancia Fenómenos acústicos o vibratorios repetitivos en frecuencias críticas. Sismos, trepidaciones de maquinaria pesada y motores en funcionamiento.

PARA RECORDARLO Distinguir entre carga permanente y accidental depende de su permanencia en el inmueble: si retirar el elemento exige una intervención física sobre la obra (como picar un solado o desinstalar tuberías), su peso actúa como permanente; si puede desplazarse libremente (personas o muebles), es accidental. COMPRUEBA 9 ¿A qué tipología de carga corresponde el impacto accidental de un automóvil contra un soporte de estacionamiento? Tipos de equilibrio global La forma en que el edificio descansa sobre el terreno condiciona el estado de reposo del conjunto.

Dependiendo de la respuesta física ante desplazamientos o perturbaciones exteriores, existen tres estados de equilibrio: Equilibrio indiferente: las piezas actúan solidariamente entre sí, pero sin fijación estática al apoyo. El conjunto puede desplazarse rígidamente sin alterar su geometría interna. Cumple , pero , transformándose ante fuerzas horizontales en un sistema cinemático móvil. 1 F = y 0 F = x 0 Equilibrio inestable: una fuerza exterior produce un desplazamiento irreversible. Las deformaciones superan la capacidad resistente del conjunto, impidiendo volver a la posición original y conduciendo al colapso de la configuración inicial.

2 Equilibrio estable: los movimientos inducidos por acciones externas son pequeños y transitorios. La geometría original de la estructura se restablece de modo espontáneo al cesar la perturbación, constituyendo el requerimiento esencial e insoslayable de toda construcción arquitectónica. 3 Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 9 COMPRUEBA 10 ¿Qué ecuación estática se incumple en un sistema con equilibrio indiferente sometido a empuje lateral? Vínculos y restricción cinemática Los vínculos son los dispositivos mecánicos que enlazan las piezas entre sí o las fijan al terreno, suprimiendo sus grados de libertad.

En el plano existen tres grados posibles de desplazamiento: dos traslaciones ortogonales ( ) y un giro rotacional. Según el número de movimientos anulados, los enlaces se tipifican en tres categorías: Vínculo Grado Grados de libertad restringidos Movimientos permitidos Reacciones generadas Materialización arquitectónica Articulación móvil (apoyo simple) 1.º 1 traslación ortogonal al plano de apoyo (habitualmente ) 1 traslación paralela ( ) y rotación 1 fuerza reactiva perpendicular a la superficie de apoyo Viga de madera simplemente posada sobre un pilar de mampostería sin anclajes mecánicos.

Articulación fija 2.º 2 traslaciones lineales en el plano ( ) Rotación angular 2 componentes ortogonales de fuerza reactiva ( ) Viga de madera retenida sobre apoyo mediante pasadores, bulones o tirafondos. Empotramiento 3.º 3 movimientos: 2 traslaciones y 1 rotación Ninguno (inmovilidad cinemática completa) 2 fuerzas reactivas ( ) y 1 momento reactivo de empotramiento ( ) Nudos rígidos de pórticos de hormigón armado con armadura pasante continua, o nudos de acero soldados. ERROR FRECUENTE Suponer que una articulación fija impide el giro de la pieza. Una articulación fija únicamente restringe el movimiento lineal en los ejes ortogonales ( e ).

El giro relativo en el nudo se produce libremente; para evitar giros y momentos angulares se requiere un empotramiento rígido de 3.º grado. El empleo de uniones soldadas en estructuras metálicas o el encolado en piezas de madera laminada permite emular el monolitismo del empotramiento propio del hormigón. Estas resoluciones rígidas aprovechan un peso propio reducido, facilitando salvar grandes luces arquitectónicas con notable x, y y x x, y R , R x y R , R x y M R x y Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 10 eficacia mecánica. COMPRUEBA 11 ¿Cuántas incógnitas estáticas de reacción introduce un empotramiento perfecto en el plano?

IDEAS CLAVE El equilibrio estático en dos dimensiones requiere simultáneamente que , y . El peso propio de los componentes es la única carga de carácter rigurosamente inevitable en toda construcción. Las acciones se clasifican formalmente según su reparto espacial (puntuales y distribuidas) y según su temporalidad (estáticas o dinámicas). El equilibrio estable garantiza que la estructura recupere su configuración inicial tras cesar perturbaciones de magnitud prevista. La articulación móvil restringe un solo grado de libertad, la articulación fija bloquea dos traslaciones y el empotramiento anula los tres movimientos planos. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 12.

¿Cuáles son las tres condiciones matemáticas necesarias para asegurar el reposo de un cuerpo rígido en el plano? 13. ¿Qué diferencia cinemática y reactiva existe entre una articulación fija y un empotramiento? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 14. ¿Cuál es la función elemental primaria de una estructura arquitectónica? 15. ¿Qué caracteriza a una estructura de tipo indiferenciado?

F = x 0 F = y 0 M = 0 Sustituir los cerramientos exteriores no portantes a) Resistir fuerzas externas y transmitirlas al terreno b) Decorar los paramentos interiores del edificio c) Eliminar totalmente el peso propio del edificio d) Se separa visualmente de cualquier cerramiento exterior a) La envolvente arquitectónica asume el papel portante b) Carece de apoyos en contacto con el terreno c) Usa exclusivamente elementos prefabricados de acero d) Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 11 16. ¿En qué se diferencia la rigidez de la resistencia de una pieza? 17. ¿Qué exigencia define el equilibrio estático bidimensional? 18.

¿Cuál es la única solicitación inevitable que incide en el centro de gravedad estructural? 19. ¿Qué movimientos restringe una articulación móvil de primer grado? 20. ¿En qué se diferencia el equilibrio estable del inestable ante perturbaciones exteriores? 21. ¿A qué clase pertenecen las vibraciones producidas por motores de maquinaria en un edificio?

3 Mecánica — Tensiones internas y tipologías de esfuerzos AL ACABAR SABRÁS Diferenciar los estados tensionales simples según su deformación y convenio de signos Analizar los mecanismos de flexión, torsión y pandeo por esbeltez en elementos prismáticos Distinguir el funcionamiento colaborativo entre estructuras isostáticas e hiperestáticas PIÉNSALO ANTES DE LEER 22 ¿Por qué una regla delgada de plástico se curva hacia un lado al presionarla desde sus extremos en vez de aplastarse de forma recta?

La resistencia mide deformaciones y la rigidez tensiones a) La rigidez depende únicamente del peso de la pieza b) Ambos conceptos representan idéntica propiedad mecánica c) La rigidez evita deformaciones y la resistencia la rotura d) Las cargas deben superar siempre a las reacciones a) La estructura debe deformarse de forma permanente b) El momento resultante debe ser mayor que las fuerzas c) La suma de fuerzas y momentos debe ser cero d) La sobrecarga de uso a) La resonancia sísmica b) El peso propio c) El empuje del viento d) Las dos traslaciones a) Todos los desplazamientos b) Una única traslación lineal c) El giro y una traslación d) Aumenta su peso propio a) Anula las fuerzas verticales b) Recupera su forma previa c) Produce deformaciones irreversibles d) Dinámicas de impacto a) Dinámicas de resonancia b) Estáticas accidentales c) Estáticas permanentes d) Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 12 El comportamiento mecánico de una estructura depende de cómo sus materiales transmiten las fuerzas a través de su materia interna.

Las acciones exteriores provocan reacomodamientos moleculares que dan origen a las tensiones internas para restablecer el equilibrio físico de la pieza. ESQUEMA Mecánica estructural: tensiones y solicitaciones Cohesión molecular y origen de las tensiones internas La materia adopta diferentes comportamientos según los enlaces de sus partículas elementales. En los gases, las moléculas se encuentran muy distanciadas entre sí y poseen fuerzas de atracción débiles.

En los líquidos, existe un contacto directo con fuerte atracción que anula prácticamente la separación Tensiones internas Reacción frente a cargas exteriores Esfuerzos simples Acción directa sobre el eje Compresión axil (-) Acortamiento y ensanchamiento Tracción pura (+) Alargamiento y adelgazamiento Corte Deslizamiento entre rebanadas Esfuerzos compuestos Combinación de efectos tensionales Flexión Tracción y compresión separadas Pandeo Inestabilidad por esbeltez crítica Torsión Giro baricéntrico longitudinal Vínculos de conjunto Transmisión entre elementos Sistemas isostáticos Deformación independiente de piezas Sistemas hiperestáticos Solidaridad estructural continua Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 13 intermolecular; esto les otorga tensión superficial e incompresibilidad, aunque carecen de forma propia.

Por el contrario, en los sólidos las moléculas conservan posiciones fijas y exhiben una gran resistencia al deslizamiento recíproco. DEFINICIÓN La cohesión molecular es la fuerza de atracción interna que mantiene unidas a las moléculas del sólido. Constituye la base de la resistencia mecánica y permite a los cuerpos soportar cargas exteriores equilibrándolas en toda su sección transversal. La resistencia de materiales analiza las tensiones originadas por las acciones externas y el peso propio del elemento. Cuando una fuerza exterior actúa sobre un cuerpo prismático, las moléculas modifican su posición de reposo.

Esta respuesta interna busca equilibrar la solicitación aplicada mediante esfuerzos normales, momentos flectores, deslizamientos tangenciales o giros. COMPRUEBA 23 ¿Por qué un líquido incompresible no sirve para construir pilares o vigas estructurales? Esfuerzos simples: compresión axil, tracción pura y corte Los esfuerzos simples se producen cuando la solicitación exterior actúa de manera uniforme o directa respecto al eje de la pieza sin combinarse con otros efectos primarios. La compresión axil ocurre cuando dos fuerzas colineales y convergentes actúan a lo largo del eje baricéntrico longitudinal. Esta acción aproxima las moléculas entre sí.

Provoca un acortamiento longitudinal y un ensanchamiento transversal de la sección. Convencionalmente, la compresión pura se identifica con signo negativo ( ). Materiales pétreos, mamposterías de ladrillo y hormigón sin armar responden con gran eficacia ante esta solicitación. La tracción pura representa el caso inverso. Se origina por la presencia de fuerzas divergentes que actúan sobre el eje longitudinal de la pieza. El distanciamiento intermolecular genera un alargamiento longitudinal acompañado por un adelgazamiento de la sección transversal. Su signo matemático es positivo ( ).

Los elementos sometidos a tracción no admiten cargas convergentes; requieren materiales con continuidad tensil como el acero estructural, la madera o el hormigón armado debidamente traccionado. El esfuerzo de corte (o deslizamiento) resulta de la acción de un par de fuerzas paralelas, de sentido opuesto y con una separación mínima entre sus líneas de acción, dirigidas perpendicularmente al eje longitudinal de la pieza. Este par induce un resbalamiento relativo entre rebanadas de sección contiguas. Los metales presentan una elevada resistencia al corte, mientras que las maderas duras muestran capacidades intermedias.

Por el contrario, las mamposterías cerámicas o de piedra y el hormigón sin armadura resultan ineficientes frente a esfuerzos cortantes puros. COMPRUEBA 24 ¿Qué signo algebraico y qué deformación geométrica caracterizan a la compresión axil pura? + Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 14 Esfuerzos compuestos: flexión, pandeo por esbeltez y torsión Los esfuerzos compuestos combinan modificaciones tensionales simultáneas sobre distintas fibras o zonas de la sección transversal. La flexión mecánica surge al aplicar cargas perpendiculares al eje longitudinal en puntos distanciados de los apoyos.

Esta solicitación genera una curvatura en la barra que somete a compresión las fibras más próximas a la carga y a tracción las fibras opuestas. Entre ambas regiones se sitúa el eje neutro, constituido por la sucesión de centros de gravedad de cada rebanada transversal, cuyas fibras no sufren variación de longitud ni tensión normal. Para optimizar la respuesta resistente de una viga o losa frente a la flexión, el canto o altura de la sección debe superar a su ancho. La madera, el acero y el hormigón armado resisten eficazmente este esfuerzo, a diferencia de los bloques cerámicos o pétreos simples. ERROR FRECUENTE Confundir el pandeo con una falla por aplastamiento o compresión simple.

El pandeo no es una rotura por capacidad resistente del material, sino un fenómeno de inestabilidad elástica con flexión lateral imprevista. Aparece en elementos comprimidos mucho antes de alcanzar el límite de compresión axil cuando la pieza presenta una esbeltez excesiva. El pandeo (o flexión lateral) se produce por fuerzas axiles convergentes cuando el elemento esbelto pierde estabilidad lateral. La esbeltez mecánica se evalúa mediante la relación geométrica entre la dimensión longitudinal y la dimensión mínima transversal: En secciones rectangulares, es el lado menor; en secciones cuadradas corresponde a su lado único, y en circulares a su diámetro.

Las secciones con simetría geométrica regular (como el círculo, cuadrado, hexágono u octógono) distribuyen la inercia de manera homogénea y evitan la concentración de debilidades en una única dirección débil. La torsión de sección consiste en la rotación relativa de las rebanadas transversales alrededor del eje directriz longitudinal. Se origina cuando actúa una fuerza situada fuera del plano medio o desfasada a cierta distancia del eje baricéntrico. Es un esfuerzo habitual en vigas que soportan marquesinas o losas en voladizo.

Esfuerzo Tipo de carga aplicada Deformación geométrica Signo Materiales aptos Compresión pura Fuerzas convergentes axiles Acortamiento y ensanchamiento Mampostería, piedra, hormigón Tracción pura Fuerzas divergentes axiles Alargamiento y adelgazamiento Acero, madera estructural Corte Fuerzas paralelas opuestas muy próximas Deslizamiento entre rebanadas — Acero, maderas duras λ = b min L b min + Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 15 Esfuerzo Tipo de carga aplicada Deformación geométrica Signo Materiales aptos Flexión Cargas transversales separadas de apoyos Curvatura (tracción y compresión simultáneas) — Hormigón armado, madera, acero Pandeo Fuerzas axiles en piezas esbeltas Deformación lateral repentina Secciones simétricas de acero u hormigón Torsión Momento respecto al eje longitudinal Giro angular de la sección — Acero, hormigón armado confinado COMPRUEBA 25 ¿Cómo influye la relación geométrica entre canto y ancho en una sección sometida a flexión?

Comportamiento de conjuntos estructurales: isostáticos e hiperestáticos La forma de vincular los elementos determina el mecanismo resistente global del edificio frente a las acciones externas. En una estructura isostática, los apoyos permiten ciertos desplazamientos o giros libres según sus grados de libertad (véase «Fundamentos — Equilibrio estático, acciones y vínculos»). Cada elemento responde de manera independiente; la deformación o falla de una pieza aislada no transfiere sobreesfuerzos ni altera directamente el estado de las piezas vecinas. En una estructura hiperestática, los vínculos impiden el giro y la traslación actuando como empotramientos continuos.

Existe una solidaridad estructural completa donde las deformaciones de un elemento se transfieren directamente a los demás. Esta continuidad confiere una alta eficiencia estática y redistribución de cargas. En la edificación, el hormigón armado constituye el material arquetípico para lograr hiperestaticidad gracias al paso continuo de barras de refuerzo en los nudos; igualmente puede alcanzarse mediante soldadura continua en perfiles metálicos o encolados rígidos en estructuras de madera. Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 16 IDEAS CLAVE La cohesión molecular en los sólidos mantiene fijas las partículas e impide el deslizamiento relativo bajo cargas exteriores.

La compresión axil pura tiene signo algebraico negativo ( ) y causa acortamiento longitudinal con ensanchamiento transversal. La tracción pura tiene signo algebraico positivo ( ) y produce alargamiento longitudinal con adelgazamiento de la sección. El esfuerzo cortante se genera por un par de fuerzas transversales paralelas muy próximas que provocan el deslizamiento entre rebanadas. La flexión combina compresión en una cara y tracción en la opuesta, separadas por un eje neutro exento de deformación axil. El pandeo es un fallo de inestabilidad lateral originado por compresión en elementos con una esbeltez geométrica crítica ( ).

Las estructuras hiperestáticas enlazan sus piezas de manera solidaria, transfiriendo esfuerzos y deformaciones entre componentes contiguos. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 26. ¿Cuál es la diferencia tensional entre la cara superior e inferior de una viga apoyada sujeta a flexión simple? 27. ¿Por qué las columnas cuadradas o circulares son preferibles a las rectangulares muy delgadas frente al pandeo? 28. ¿En qué se diferencia la transmisión de deformaciones de un sistema isostático frente a uno hiperestático? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 29. ¿Qué alteración geométrica provoca una carga de compresión axil pura sobre un prisma sólido? 30.

¿Qué propiedad define a la fibra o eje neutro en una sección sometida a flexión? + L/b min Acortamiento longitudinal y ensanchamiento de la sección a) Alargamiento del eje y afinamiento transversal b) Giro angular de las secciones transversales c) Deslizamiento coplanar sin deformación longitudinal d) Presenta la máxima rotación por torsión a) Concentra la máxima tensión de tracción b) Sufre el mayor acortamiento molecular c) No experimenta variaciones de longitud ni tensión d) Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 17 31. ¿De qué variable depende fundamentalmente la aparición del pandeo en barras comprimidas? 32.

¿Qué ventaja constructiva aporta la hiperestaticidad frente al esquema isostático tradicional? Del ancho transversal superior al canto a) De la esbeltez geométrica del elemento b) De la temperatura superficial del material c) De la torsión aplicada en los apoyos d) Eliminación de la necesidad de vínculos empotrados a) Solidaridad y transferencia de esfuerzos entre componentes b) Ausencia absoluta de esfuerzos cortantes internos c) Independencia completa entre cada pieza estructural d) Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 18 4 Suelos y criterios de interacción con la cimentación AL ACABAR SABRÁS Distinguir las características geomecánicas entre suelos coherentes y disgregados.

Identificar los estratos del subsuelo aptos e inadecuados para ubicar el plano de fundación. Aplicar los criterios de seguridad geotécnica relativos a tensiones admisibles y asientos diferenciales. PIÉNSALO ANTES DE LEER 33 ¿Por qué un estrato de suelo muy resistente puede volverse inadecuado para fundar si cambia su contenido de humedad? Toda construcción arquitectónica traslada sus cargas estáticas permanentes y accidentales hacia el terreno (véase «Fundamentos — Equilibrio estático, acciones y vínculos»). El subsuelo constituye el soporte material terminal encargado de generar las reacciones que equilibran el peso del edificio.

ESQUEMA Mapa de geotecnia y cimentaciones Geotecnia 4 Suelos y criterios de interacción con la cimentación 5 Cimentaciones continuas y discontinuas Interacción terreno- estructura Comportamiento del suelo y apoyo Tipologías de suelo Coherentes, disgregados y compresibles Criterios de seguridad Tensión admisible y asientos Sistemas de cimentación Cimentaciones continuas y discontinuas Cimientos continuos Zapatas corridas y muros portantes Cimientos discontinuos Zapatas aisladas y vigas centranas Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 19 El subsuelo como receptor terminal y plano de fundación El terreno no actúa como un mero soporte inerte, sino como un medio físico activo.

Para garantizar la estabilidad general, el terreno debe absorber las presiones sin sufrir fracturas, desplazamientos laterales, hundimientos ni deslavados por acción de corrientes subterráneas. DEFINICIÓN El plano de fundación es la superficie horizontal o cota del subsuelo sobre la cual se asienta directamente la cimentación para transferir todas las cargas del edificio de manera segura y estable. La cimentación funciona como un ensanchamiento intermedio. Su finalidad consiste en recibir los esfuerzos concentrados de la superestructura y repartirlos en una superficie suficientemente amplia para no superar la capacidad portante del estrato resistente de apoyo.

COMPRUEBA 34 ¿Por qué la cimentación necesita ampliar la sección transversal respecto al elemento estructural que desciende? Clasificación geotécnica de los terrenos Desde la perspectiva de la mecánica de suelos, el comportamiento del terreno frente a la deformación y su cohesión interna determinan su viabilidad de apoyo estructural. Criterio mecánico Tipología Comportamiento y aptitud geotécnica Respuesta volumétrica bajo carga Suelos incompresibles Aptos para fundar. Presentan resistencia elevada, escasa deformación bajo carga y estabilidad mineralógica vinculada a su cota y composición. Suelos compresibles No aptos en condiciones convencionales.

Manifiestan inestabilidad física y química acusada, sufriendo variaciones volumétricas ante cambios ambientales. Fuerzas de unión intergranular Suelos coherentes Partículas fuertemente unidas entre sí con alta resistencia a desintegrarse en presencia de agua. Predominan las fracciones arcillosas y horizontes consolidados como la tosca. Suelos disgregados Partículas sueltas sin cohesión (arenas y gravas). Proceden de erosión eólica o fluvial. Requieren confinamiento lateral estricto para impedir su escurrimiento. COMPRUEBA 35 ¿Qué condición exige un suelo disgregado para ser aprovechable como plano de apoyo?

Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 20 Comportamiento geomecánico de los estratos para fundar La idoneidad de un terreno depende de su litología, su granulometría y su sensibilidad ante la presencia de agua. Estrato geológico Nivel de aptitud Propiedades mecánicas y condicionantes de diseño Rocas Óptima Formaciones con alto contenido de carbonato de calcio. Conforman mantos de altísima resistencia, aunque se sitúan con frecuencia a cotas irregulares y variables. Tosca Muy buena Grava y arena compactadas con cementación arcillosa. Gran resistencia y estabilidad; suele presentar niveles freáticos altos que complican la excavación.

Tierra colorada Muy buena Mezcla equilibrada de arena y arcilla compactada. La fracción arenosa aporta capacidad portante y la arcillosa confiere consolidación e impide la erosión. Loess Media / condicionada Sedimentos arcillosos o calcáreos que mantienen ciertas capacidades portantes bajo condiciones de confinamiento específicas. Arcillas Condicionada Aptas únicamente si mantienen un tenor de humedad constante y controlado. Requieren ensanchar la base de apoyo (fundación flotadora) por su susceptibilidad volumétrica. Arenas Baja / condicionada Aprovechables solo en estado seco y confinadas. Si el grano es muy fino, el riesgo de escurrimiento aumenta fuertemente ante la humedad.

No constituyen opción preferencial. Arenas saturadas No apta Experimentan un vaciamiento súbito del agua intersticial al cargarse, provocando asientos rápidos y desestabilizadores. Materia orgánica y humus No apta Terrenos de vertedero y horizontes biológicos vegetales en descomposición. Carecen de resistencia mecánica y su degradación genera vacíos continuos. ERROR FRECUENTE Cimentar sobre arcillas o arenas sin prever la variación del nivel freático. Las arcillas húmedas sufren retracciones e hinchamientos por inestabilidad térmica y ambiental, mientras que las arenas saturadas pierden rápidamente su volumen por expulsión de agua bajo carga, causando colapsos imprevistos.

Criterios de seguridad e interacción estructural La interacción entre el edificio y el plano sustentante exige cumplir cuatro condiciones de seguridad para evitar fallos de servicio o colapsos estructurales: Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 21 COMPRUEBA 36 ¿Por qué resulta más peligroso un asentamiento diferencial que un asentamiento uniforme de magnitud controlada? IDEAS CLAVE El subsuelo representa el receptor final de los esfuerzos de la estructura y proporciona las reacciones equilibrantes. El plano de fundación debe situarse sobre estratos incompresibles con estabilidad mecánica y fisicoquímica contrastada.

Las rocas, la tosca y la tierra colorada proporcionan excelentes condiciones resistentes para el apoyo. Las arcillas y las arenas son terrenos sumamente sensibles al agua que requieren confinamiento y control estricto de humedad. La materia orgánica y el humus son inadmisibles para fundar debido a su continua biodegradación. La seguridad estructural exige impedir asentamientos diferenciales y no superar la tensión admisible del estrato resistente. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 37. ¿Qué composición confiere a la tierra colorada su elevada capacidad resistente y estabilidad? 38. ¿Cuáles son las dos tipologías de cimentación derivadas de la calidad del plano de fundación?

Control de la tensión admisible: Las presiones transmitidas por las bases nunca deben sobrepasar la tensión admisible del suelo, manteniendo un margen de seguridad amplio incluso bajo las peores combinaciones de carga. 1 Compatibilidad de deformaciones: La respuesta elástica del terreno debe ser compatible con la rigidez estructural demandada por el edificio. 2 Prevención del asentamiento diferencial: Los descensos del terreno deben distribuirse de forma uniforme en todos los apoyos. Se debe evitar a toda costa el asentamiento diferencial, ya que desnivela apoyos contiguos e induce esfuerzos internos inadmisibles.

3 Estabilidad del tenor de humedad: Debe mantenerse inalterada la hidratación del subsuelo para prevenir variaciones de volumen irreversibles en estratos arcillosos. 4 Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 22 GEOTECNIA 5 Cimentaciones continuas y discontinuas AL ACABAR SABRÁS Diferenciar cimentaciones continuas y discontinuas según el esquema estructural y geotécnico. Determinar las dimensiones de replanteo y anchos de cimientos corridos según el espesor de muro. Seleccionar la cimentación adecuada coordinando el tipo de suelo, la profundidad y las cargas. PIÉNSALO ANTES DE LEER 39 ¿Por qué un muro de 15 cm de grosor necesita una base excavada de al menos 45 cm sobre el terreno?

Misión estructural y principios de interacción con el terreno La cimentación constituye el órgano de transición entre la superestructura arquitectónica y el terreno geológico. Su función esencial radica en recibir, resistir y transferir la totalidad de las cargas generadas por la edificación hacia el sustrato portante. Como el suelo ofrece una resistencia mecánica considerablemente menor a la de los materiales que forman los muros o pilares, el cimiento actúa como un ensanchamiento de base: dispersa esfuerzos concentrados sobre una superficie amplia para no superar la tensión admisible del terreno (véase «Geotecnia — Suelos y criterios de interacción con la cimentación»).

Para asegurar la estabilidad global, el sistema debe satisfacer condiciones de equilibrio y deformabilidad controlada: Las tensiones inducidas en el plano de apoyo jamás deben sobrepasar la capacidad portante del sustrato. Las deformaciones deben ser compatibles con los requisitos de rigidez estructural (véase «Fundamentos — Concepto de estructura y relación con la arquitectura»). Los asentamientos han de distribuirse de forma uniforme sobre los apoyos, evitando a toda costa el asentamiento diferencial que fisuraría los paramentos (véase «Geotecnia — Suelos y criterios de interacción con la cimentación»).

Resulta indispensable preservar un contenido de humedad equilibrado en el subsuelo circundante para garantizar una sustentación inalterable en el tiempo. Existe una correlación directa entre la configuración del edificio y el dispositivo de cimentación: los esquemas sustentados sobre muros continuos demandan cimentaciones superficiales continuas, mientras que los esquemas de pórticos formados por pilares y vigas (véase «Elementos — Pilares, vigas, pórticos y losas») se asocian de manera óptima a cimentaciones puntuales o discontinuas.

Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 23 COMPRUEBA 40 ¿Por qué una cimentación necesita ensanchar la sección respecto al elemento vertical que sostiene? Cimentaciones continuas o superficiales Las cimentaciones continuas discurren sin interrupción por debajo de los paramentos verticales del edificio, sean estos muros portantes o cerramientos autoportantes. Se ejecutan sobre estratos resistentes próximos a la superficie y transmiten una carga linealmente distribuida. CIMIENTO DE PIEDRA BRUTA COLOCADA (PBC) Consiste en una obra de mampostería masiva que utiliza piedra basáltica o calcárea trabada con mortero en proporción volumétrica 1:2:10 (cemento, cal y arena).

Resulta adecuada para estratos resistentes superficiales sometidos a cargas bajas en edificios de una única planta. En ocasiones se remata superiormente con un encadenado de hormigón armado para homogeneizar las solicitaciones. Cuando las cargas se incrementan o el suelo manifiesta exigencias moderadas, se recurre a variantes de mayor desempeño: Cimiento corrido de hormigón ciclópeo: Masa de hormigón dosificado comúnmente en proporción 1:2:4, alternada con capas de piedra partida embebida. Por especificación estricta de ejecución, la piedra bruta añadida no debe sobrepasar el 35 % del volumen total del elemento, asegurando un recubrimiento monolítico continuo.

Se emplea en edificaciones de cargas medias o de dos niveles sobre tosca o arena confinada. Zapata corrida de hormigón armado: Elemento lineal provisto de armaduras de flexión en su base. Se proyecta sobre suelos arcillosos inestables o con acusada fluctuación higrométrica, donde las variaciones volumétricas del terreno generan esfuerzos de tracción que los cimientos de masa simple no pueden resistir. PARA RECORDARLO En el hormigón ciclópeo, la proporción límite del 35 % de piedra asegura que cada bloque pétreo quede completamente flotante y bañado por el mortero de hormigón, evitando planos de discontinuidad mecánica.

COMPRUEBA 41 ¿En qué condición geotécnica es indispensable preferir una zapata corrida armada frente a un cimiento corrido de PBC? Cimentaciones discontinuas, aisladas o profundas Las cimentaciones discontinuas sitúan apoyos independientes concentrados en puntos estratégicos del proyecto, coincidiendo generalmente con pilares prismáticos (véase «Elementos — Pilares, vigas, pórticos y losas»). Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 24 Tabla comparativa de cimentaciones discontinuas de hormigón armado y ciclópeo.

Dentro de los sistemas puntuales encontramos dos tipologías constructivas esenciales: Tipología puntual Materialización y esquema Comportamiento estructural Campo de aplicación habitual Zapata aislada de hormigón armado Base ensanchada con fondo plano o en talud provista de parrilla de armadura inferior. Hiperestático acoplado con pilares y vigas; resiste flexión transversal severa. Cargas elevadas, estratos a profundidad media y edificios desarrollados en altura. Bloque aislado de hormigón ciclópeo Masa volumétrica escalonada de hormigón con piedra bruta embebida (máximo 35 %). Isostático; absorbe principalmente compresión axil con mínima solicitación a tracción.

Cargas medias sobre terreno resistente a poca profundidad; menor coste presupuestario. Ambas soluciones requieren la interconexión con vigas de fundación. Estas piezas de enlace atan las bases en el nivel inferior, arriostran los pilares frente a desplazamientos horizontales y proporcionan un plano nivelado para asentar la tabiquería de planta baja. Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 25 ESQUEMA Clasificación general de cimentaciones según su modalidad COMPRUEBA 42 ¿Cuál es la función primaria de las vigas de fundación en un sistema de zapatas aisladas?

Criterios de modulación, replanteo y correspondencia geotécnica El replanteo en el terreno consiste en la traslación exacta de las líneas de eje y anchos de excavación previstos en plano. En cimentaciones continuas, la geometría de la sección transversal guarda una relación proporcional directa con el espesor del paramento que sustenta. CÁLCULO DE ANCHOS CONVENCIONALES PARA CIMIENTOS CORRIDOS Para cerramientos de mampostería de ladrillo común, se emplean anchos fijos de base calculados para asegurar un ángulo de dispersión adecuado: Muro de 15 cm: ancho de cimiento corrido de 45 cm. Muro de 30 cm: ancho de cimiento corrido de 60 cm.

Canto o profundidad: la altura de la sección para cimientos de piedra bruta colocada habitualmente no supera los 60 cm, adoptando sección rectangular o escalonada. ERROR FRECUENTE Dimensionar el ancho del cimiento corrido basándose únicamente en la carga sin verificar el espesor constructivo del muro de apoyo. Aunque la carga sea mínima, un muro de 30 cm requiere al menos 60 cm de ancho de zanja.

La selección final entre cimientos continuos o aislados resulta del cruce coordinado entre la capacidad del suelo, la cota del plano de fundación y la magnitud de las cargas del edificio: Cimentaciones continuas Superficiales bajo muros Piedra bruta (PBC) Mortero 1:2:10 para bajas cargas Hormigón ciclópeo Hasta 35 % de piedra bruta Zapata corrida armada Para suelos arcillosos inestables Cimentaciones discontinuas Puntuales bajo pilares Zapata aislada H.º A.º Hiperestática para alturas Bloques H.º ciclópeo Isostático para cargas medias Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 26 Tabla clasificatoria de cimientos según suelo, carga y tipología adoptada.

Modalidad de cimiento Profundidad Tipo de sustrato Magnitud de carga Plantas tipo Variedad seleccionada Continua / corrida Superficial Tierra colorada Baja 1 nivel Piedra bruta colocada (PBC) Continua / corrida Superficial Tosca / Roca Media 1 nivel PBC con encadenado de hormigón armado Continua / corrida Superficial Arena confinada Media 1 nivel Hormigón ciclópeo Continua / corrida Superficial Tierra colorada / Arena confinada Media - Alta 2 niveles Hormigón ciclópeo con encadenado superior Continua / corrida Superficial Arcilla Media 2 niveles Zapata corrida de hormigón armado Discontinua / puntual Profunda / Media Tierra colorada Alta Varios niveles Zapata aislada, pilares y vigas (H.º A.º) Discontinua / puntual Profunda / Media Tosca / Roca Media Algunos niveles Bloques aislados de H.º ciclópeo y vigas Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 27 COMPRUEBA 43 ¿Qué cimentación corrida es adecuada para un edificio de dos plantas sobre tierra colorada o arena confinada?

IDEAS CLAVE La cimentación distribuye los esfuerzos concentrados de la estructura sobre una base ensanchada para respetar la tensión admisible del suelo. Los cimientos corridos de piedra bruta colocada (PBC) se ligan con mortero 1:2:10 y no suelen superar los 60 cm de altura. El hormigón ciclópeo no debe exceder un 35 % de piedra bruta embebida respecto al volumen total para garantizar compacidad y adherencia. El ancho estándar del cimiento corrido es de 45 cm para muros de 15 cm, y de 60 cm para muros de 30 cm de espesor. Las zapatas aisladas concentran cargas en pilares y requieren vigas de fundación para atar la estructura y absorber descensos diferenciales.

COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 44. ¿Cuáles son las dimensiones geométricas normalizadas de ancho para cimientos corridos sobre muros de 15 cm y 30 cm? 45. ¿Por qué se incorpora un encadenado o armadura sobre cimientos corridos situados en arcillas? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 46. ¿Cuál es la función principal de la cimentación en el sistema estructural? 47. ¿Por qué las arenas muy húmedas o saturadas resultan desfavorables para fundar?

Impermeabilizar los elementos enterrados frente al freático a) Distribuir cargas concentradas ampliando la superficie de apoyo b) Rigidizar los muros frente a empujes sísmicos únicamente c) Aumentar el peso total propio de la construcción d) Provocan la putrefacción química del hormigón ciclópeo a) Solidifican de forma rígida impidiendo todo movimiento elástico b) Se asientan rápidamente al expulsar el agua bajo las cargas c) Generan hinchamientos expansivos por sobrecalentamiento térmico d) Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 28 48. ¿Qué propiedad define a los suelos clasificados como coherentes? 49.

¿Qué efecto crítico en la estructura produce un asentamiento diferencial no previsto? 50. ¿Cuál es la proporción volumétrica canónica de mortero para piedra bruta colocada? 51. ¿Qué porcentaje máximo de piedra bruta admite el hormigón ciclópeo? 52. ¿Qué cimentación se prescribe para un edificio de dos plantas sobre arcillas inestables? 53. ¿Qué ancho de cimiento corrido corresponde a un muro de mampostería de 30 cm?

Ausencia total de resistencia mecánica a la compresión a) Partículas unidas resistentes a desintegrarse por agua b) Granos sueltos de canto rodado sin matriz arcillosa c) Compuestos exclusivamente por restos vegetales descompuestos d) Distorsión geométrica y fisuración grave por descenso dispar a) Descenso milimétrico paralelo de todas las zapatas a la vez b) Incremento uniforme de la capacidad portante del estrato c) Disminución automática de las tensiones internas en vigas d) 1:4:8 a) 1:3:3 b) 1:2:4 c) 1:2:10 d) 20 % a) 50 % b) 65 % c) 35 % d) Cimiento de PBC simple a) Zapata corrida de hormigón armado b) Pedrapraplén suelto c) Bloque aislado no armado d) 60 cm a) 45 cm b) 30 cm c) 90 cm d) Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 29 6 Pilares, vigas, pórticos y losas AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las solicitaciones de compresión pura y flexocompresión en pilares según su esbeltez y la ubicación de la carga en el tercio medio.

Dimensionar y justificar la disposición geométrica de vigas y su armadura frente a flexión y esfuerzo cortante. Explicar el funcionamiento hiperestático y la redistribución de momentos flectores en los nudos rígidos de un pórtico. Determinar la dirección de armado en losas y justificar el alivianamiento cerámico frente al incremento de peso propio a partir de 5 metros de luz. PIÉNSALO ANTES DE LEER 54 ¿Por qué una viga de madera colocada «de canto» resiste mucha más carga sin romperse que colocada «plana»? Los sistemas estructurales canalizan las acciones gravitatorias y accidentales hacia el terreno combinando elementos lineales y superficiales.

En esta sección se analiza cómo los pilares, las vigas, los pórticos rígidos y las losas colaboran para garantizar la estabilidad global. Elementos 6 Pilares, vigas, pórticos y losas 7 Arcos y estructuras reticuladas Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 30 ESQUEMA Elementos constructivos estructurales Clasificación de piezas y matriz tensional El comportamiento mecánico de cada componente depende de su geometría y del tipo de solicitación interna dominante (véase «Mecánica — Tensiones internas y tipologías de esfuerzos»). La eficiencia del conjunto radica en disponer el material adecuado en la dirección de las tensiones principales.

Elementos lineales verticales Pilares sometidos a compresión o flexocompresión Elementos lineales horizontales Vigas trabajando a flexión y cortante Sistemas continuos aporticados Pórticos hiperestáticos con nudos rígidos Elementos laminares de plano Losas macizas y sistemas aligerados Estructuras de directriz curva Arcos trabajando principalmente a compresión Sistemas reticulados y triangulados Cabriadas y cerchas con barras puras Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 31 Tabla de esfuerzos internos y respuestas mecánicas por elemento estructural.

Elemento Esfuerzo interno principal Respuesta y condicionantes mecánicos Pilar Compresión directa o flexocompresión Vulnerable al pandeo por esbeltez si la carga diverge del eje baricéntrico. Viga Flexión y esfuerzo cortante Exige mayor peralte transversal; las cargas excéntricas generan torsión adicional. Pórtico Flexión combinada con axil Estructura continua e hiperestática con enlaces rígidos en los nudos. Losa Flexión bidireccional o unidireccional Placa superficial delgada; el peso propio condiciona su espesor a partir de luces moderadas.

Pilares: solicitaciones axiles y control del pandeo El pilar prismático es una pieza lineal vertical cuya función básica consiste en transmitir cargas hacia el plano de fundación (véase «Geotecnia — Suelos y criterios de interacción con la cimentación»). Trabaja primordialmente a compresión axil cuando la resultante actúa coincidente con el centro de gravedad de su sección transversal. Cuando la carga posee cierta excentricidad o la esbeltez de la pieza es elevada, surge una curvatura lateral secundaria. Esta combinación define la flexocompresión, solicitación compuesta que reduce drásticamente la capacidad de carga del soporte debido a la amplificación por deformación lateral.

Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 32 NÚCLEO CENTRAL Y TERCIO MEDIO Para evitar la aparición de tensiones de tracción en materiales no aptos para resistirlas, la carga debe ubicarse dentro del tercio medio de la sección. Esta zona central geométrica garantiza que toda el área transversal permanezca sometida exclusivamente a tensiones de compresión. La esbeltez mecánica corresponde al cociente entre la longitud libre del elemento y la dimensión mínima transversal de su sección: . Las secciones circulares ofrecen la mayor eficiencia estructural simétrica, ya que carecen de un eje débil preferencial frente al pandeo lateral.

Los pilares se materializan usualmente en madera, perfiles de acero, fábrica de ladrillo o piezas moldeadas de hormigón armado. COMPRUEBA 55 ¿Por qué una sección circular de pilar es más eficiente frente al pandeo que una rectangular de lados muy desiguales? Vigas: resistencia a la flexión y armado de cortante La viga es un elemento prismático horizontal que salva distancias entre apoyos, soportando cargas transversales a su eje longitudinal. Su trabajo primordial consiste en desarrollar un par interno de fuerzas: una zona superior comprimida y una zona inferior traccionada, esquema característico de la flexión mecánica.

Para responder eficientemente a la flexión, el canto debe superar estrictamente al ancho. Al incrementar la altura transversal respecto a la base , el momento de inercia crece de manera cúbica, aumentando la rigidez a flexión sin disparar el volumen de material empleado. SECCIONES HABITUALES EN VIGAS Las dimensiones comerciales y constructivas reflejan esta asimetría funcional para maximizar la inercia vertical: Madera aserrada: secciones rectangulares esbeltas (por ejemplo, 10 cm × 20 cm). Perfiles de acero: doble T o perfiles IPE (por ejemplo, 6,5 cm × 14 cm). Hormigón armado: vigas de alma estrecha y descuelgue pronunciado (por ejemplo, 5 cm × 20 cm).

En las vigas de hormigón armado se combinan armaduras de acero especializadas según su ubicación funcional: λ = L/b min h b I = 12 b h3 Barras longitudinales inferiores: absorben íntegramente las tensiones de tracción generadas por el momento flector positivo en el tramo central. 1 Perchas de montaje: barras longitudinales superiores de diámetro menor que sostienen el esqueleto de armado y absorben compresiones locales. 2 Caballetes y barras dobladas a 45°: refuerzos diagonales inclinados hacia los apoyos para coser las fisuras oblicuas provocadas por la tracción diagonal del cortante.

3 Introducción a las Estructuras: Teoría y Tipologías 33 ERROR FRECUENTE Diseñar vigas planas o de escaso peralte con gran anchura («vigas placa») para salvar grandes luces libres. Esta disposición degrada drásticamente la inercia flexional, multiplicando las deformaciones por flecha y requiriendo un exceso antieconómico de armadura longitudinal para compensar el reducido brazo de palanca interno. COMPRUEBA 56 ¿Cuál es la función específica de disponer barras dobladas a 45° y estribos cerrados cerca de los extremos de una viga? Pórticos hiperestáticos y continuidad nodal El pórtico integra vigas y pilares mediante nudos indeformables capaces de transmitir momentos flectores continuos.

A diferencia de las estructuras articuladas o isostáticas, el pórtico constituye un sistema hiperestático donde la deformación de un miembro afecta directamente a los adyacentes. Los nudos rígidos funcionan como empotramientos internos que anulan los giros relativos y las traslaciones ortogonales (vínculo de 3er grado; véase «Fundamentos — Equilibrio estático, acciones y vínculos»). Esta continuidad material —óptima en hormigón armado colado in situ y en uniones soldadas de acero— induce una redistribución de momentos: reduce el momento positivo en el centro del vano a expensas de generar momentos negativos en los nudos sobre los pilares.

Gracias a este trabajo solidario, la estructura es capaz de cubrir grandes luces con secciones transversales más compactas que las de sistemas simplemente apoyados. COMPRUEBA 57 ¿Cómo repercute la rigidez de los nudos de un pórtico en el momento flector del vano central de la viga? Losas: elementos laminares y sistemas alivianados Las losas son elementos superficiales bidimensionales cuyo espesor es significativamente menor que su anchura y su longitud. Funcionan como planos horizontales que reciben las sobrecargas de uso y las transmiten perimetralmente hacia vigas y pórticos.

El comportamiento mecánico de la losa depende estrechamente de su geometría en planta y de sus bordes sustentados: Armadas en una dirección: se presentan cuando la placa apoya en solo dos bordes paralelos o cuando la relación entre lados supera la proporción . En plantas rectangulares muy alargadas, la flexión se transfiere casi en su totalidad por la distancia más corta (la de menor luz). La armadura resistente principal se coloca paralela a dicha luz menor, mientras que en la dirección transversal únicamente se dispone armadura secundaria de repartición.

Estribos transversales: cercos cerrados que confinan el hormigón, resisten el esfuerzo de corte máximo en proximidad de los apoyos y posicionan la…