Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones

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APUNTES ESTRUCTURAS I Grado en Estudios de Arquitectura Universidad Politécnica de Cataluña AprenAI 2026-2027 Apuntes de Estructuras I para Arquitectura: tipos de cargas, estados de equilibrio, esfuerzos mecánicos, formas estructurales, losas y cimentaciones.

APREN.AI Índice 1 Fundamentos de las estructuras, equilibrio y acciones Integración entre arquitectura y estructura Funciones y exigencias de los sistemas estructurales Clasificación de las acciones (cargas) Estados de equilibrio y tipos de coacciones de apoyo 2 Esfuerzos internos y comportamiento mecánico de las piezas Esfuerzos elementales y compuestos Mecanismos de vinculación global: isostaticidad frente a hiperestaticidad 3 Morfología de elementos y sistemas constructivos Clasificación geométrica de las piezas Piezas estructurales simples y arcos Sistemas reticulados y tipologías de losas 4 Terreno de fundación y sistemas de cimentación Tipologías de suelo y aptitud portante Clasificación de las cimentaciones 5 Resumen para repasar Fundamentos estructurales, acciones y equilibrio Esfuerzos internos y respuesta mecánica Morfología de elementos y sistemas constructivos Suelos y cimentaciones 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. Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 1 1 Fundamentos de las estructuras, equilibrio y acciones AL ACABAR SABRÁS Distinguir las condiciones de resistencia, rigidez y eficiencia en un sistema estructural. Clasificar las acciones mecánicas según su duración, variabilidad e impacto dinámico. Identificar los grados de coacción de apoyos simples, articulaciones fijas y empotramientos. PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Puede una barra de goma ser muy resistente pero inadecuada como pilar estructural?

Una estructura es un conjunto de elementos vinculados diseñados para captar y canalizar fuerzas exteriores hacia el terreno de soporte sin experimentar colapso ni deformaciones perjudiciales. Integración entre arquitectura y estructura La relación formal entre el diseño arquitectónico y el esqueleto resistente adopta tres modalidades: Diferenciada: la arquitectura y el sistema resistente son totalmente independientes. Indiferenciada: ambos conceptos se funden en una imagen espacial única. Mixta o combinada: la envolvente formal disimula e incorpora el sistema portante.

Funciones y exigencias de los sistemas estructurales La estructura cumple tres objetivos elementales: canalizar cargas externas hacia los apoyos, garantizar el equilibrio estático mediante la inmovilidad respecto al terreno y asegurar la estabilidad global cumpliendo las ecuaciones de la estática: Todo sistema estructural eficaz satisface tres requisitos simultáneos: Condición Definición Factores determinantes Resistencia Habilidad para compensar y equilibrar las acciones mecánicas exteriores. Material y magnitudes de fuerza aplicada. Rigidez Capacidad para impedir deformaciones inadmisibles, temporales o permanentes. Geometría de la sección y material empleado.

Eficiencia Optimización de la respuesta resistente minimizando el gasto de material. Relación equilibrada entre recurso y rendimiento. El uso de estructuras deviene insustituible para salvar grandes luces libres de ocupación humana, conducir empujes horizontales como viento o sismo hasta los cimientos y trasladar pesos ajenos o propios hacia estratos firmes. = F 0 y = M 0 Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 2 COMPRUEBA 2 ¿En qué se diferencian conceptualmente la resistencia y la rigidez de un elemento?

Clasificación de las acciones (cargas) Las cargas corresponden a solicitaciones que inciden sobre las piezas comprometiendo su reposo: Naturaleza Subtipo Comportamiento Ejemplos representativos Estáticas (permanecen estables en el tiempo) Permanentes Intensidad constante e invariable en su vida útil. Peso propio, forjados, tabiquería, losas e instalaciones. Transitorias Acciones duraderas de ocupación variable. Tránsito de personas, mobiliario y viento. Dinámicas (magnitud variable y periódica) De resonancia Generadas por oscilaciones y ondas externas. Sismos, trepidaciones de maquinaria y motores. De impacto Choque brusco y puntual sobre el elemento.

Oleaje, tráfico rodado o caída de mercancías. Estados de equilibrio y tipos de coacciones de apoyo El equilibrio global se categoriza según la respuesta frente a perturbaciones: Estable: el cuerpo retoma su configuración de partida tras cesar la acción, sin deformación permanente. Inestable: cualquier perturbación desata desplazamientos irreversibles imposibilitando la vuelta al estado original. Indiferente: el elemento se desplaza adoptando una nueva postura de reposo sin alterar sus propiedades mecánicas internas. Los vínculos limitan los grados de libertad de los miembros frente al movimiento: ERROR FRECUENTE Confundir un apoyo fijo con un empotramiento.

El apoyo fijo bloquea dos desplazamientos pero permite el giro libre del nudo, por lo que el momento flector allí es nulo. El empotramiento impide además cualquier rotación, generando una reacción de momento. Apoyo simple (vínculo de primer género): coacciona únicamente una dirección de traslación, dejando libre la otra y el giro (por ejemplo, apoyo de madera sobre mampostería sin fijaciones). 1 Articulación fija (vínculo de segundo género): restringe dos traslaciones pero permite la rotación de la unión (por ejemplo, placa atornillada o clavada en madera).

2 Empotramiento (vínculo de tercer género): impide completamente las traslaciones ortogonales y el giro relativo (como nudos rígidos de hormigón armado, uniones soldadas o ensamblajes encolados). 3 Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 3 ESQUEMA Clasificación de las acciones sobre las estructuras IDEAS CLAVE El equilibrio estructural exige satisfacer simultáneamente y . Resistencia y rigidez son propiedades independientes: un miembro puede no romper y presentar deformaciones excesivas. Las cargas estáticas pueden ser permanentes o transitorias, mientras que las dinámicas engloban impactos e inducidas por resonancia.

Los apoyos simples coaccionan una dirección, los fijos dos y los empotramientos impiden traslaciones y giros. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 3. ¿Qué condición cinemática define a una articulación fija frente a un empotramiento perfecto? 4. ¿Por qué el peso de una máquina industrial en reposo y su vibración operativa se catalogan de forma distinta? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 5. ¿Qué condición exige el equilibrio estático de un cuerpo rígido plano?

Cargas estáticas Acción continua y duradera en el tiempo Permanentes Peso propio, muros y losas Transitorias Sobrecarga de uso, mobiliario y viento Cargas dinámicas Intensidad variable en intervalos breves 〰 Por resonancia Ondas acústicas, sismos y motores Por impacto Golpe puntual por oleaje o vehículos = F 0 = M 0 Vínculos con un único grado coaccionado a) Sumatoria de fuerzas y momentos simultáneamente nula b) Sumatoria de fuerzas nula sin considerar giros c) Resistencia superior a la rigidez geométrica d) Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 4 6. ¿Cuál de las siguientes acciones clasifica como carga estática transitoria? 7.

¿Cuántas restricciones al movimiento introduce un empotramiento plano? 8. ¿A qué se debe el estado de equilibrio inestable? 2 Esfuerzos internos y comportamiento mecánico de las piezas AL ACABAR SABRÁS Reconocer las manifestaciones físicas de la tracción, compresión, corte, torsión y pandeo. Analizar la influencia de la geometría y las condiciones de contorno en la estabilidad de soportes. Contrastar el comportamiento estructural isostático frente al hiperestático. PIÉNSALO ANTES DE LEER 9 ¿Por qué un pilar largo y delgado rompe con una carga mucho menor que la que rompería el material por compresión?

Las tensiones internas representan la respuesta de las secciones resistentes para equilibrar las solicitaciones exteriores aplicadas al sólido.

Esfuerzos elementales y compuestos Según la orientación y naturaleza de las cargas actuantes respecto a las directrices de la barra, surgen distintas respuestas tensionales: El peso propio de las losas de hormigón a) El empuje del mobiliario y ocupantes b) La vibración periódica provocada por motores c) El choque imprevisto de vehículos de carga d) Dos traslaciones a) Solo coacción al giro b) Tres restricciones c) Una traslación d) El cuerpo no retorna tras una alteración a) La estructura cambia de posición manteniéndose igual b) El material recupera totalmente la energía elástica c) El sistema conserva la inmovilidad siempre d) Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 5 Esfuerzo Tipo Disposición de cargas Efecto físico en la pieza Elemento típico Compresión Básica Fuerzas convergentes directas sobre el centro de gravedad.

Acortamiento longitudinal y ensanchamiento de sección transversal. Pilares, columnas, muros. Tracción Básica Fuerzas divergentes alineadas con el centro de gravedad. Alargamiento longitudinal y reducción de la sección (afinamiento). Varillas, cables, tirantes. Corte (cizalladura) Básica Fuerzas perpendiculares al eje longitudinal neutro. Deslizamiento paralelo relativo entre rebanadas contiguas. Secciones de apoyo en losas y vigas. Flexión Compuesta Fuerza transversal perpendicular al eje neutro. Curvatura de la directriz con tracción y compresión simultáneas. Vigas y losas horizontales. Torsión Compuesta Par de fuerzas paralelas y opuestas fuera del eje neutro.

Rotación diferencial de unas secciones respecto a otras. Vigas perimetrales y pilares de esquina. Pandeo Compuesto Compresión axil convergente en piezas de gran esbeltez. Deformación flexional lateral repentina e inestabilidad global. Soportes delgados y columnas altas.

CAUSAS Y CONSECUENCIAS Compresión axil Fuerzas axiales convergentes elevadas Esbeltez geométrica Longitud muy superior al ancho seccional Coacciones débiles Apoyos con libertad angular en extremos Fenómeno del pandeo estructural Flexión lateral brusca Curvatura repentina de la directriz Pérdida de estabilidad Riesgo de colapso sin agotar la tensión elástica DEFINICIÓN El pandeo es una inestabilidad lateral originada por esfuerzos de compresión axil en piezas esbeltas, condicionada por la carga aplicada, el tipo de sustentación en los extremos, las propiedades mecánicas del material y la morfología geométrica de la sección.

Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 6 COMPRUEBA 10 ¿Qué esfuerzos elementales coexisten internamente en una pieza sometida a flexión pura? Mecanismos de vinculación global: isostaticidad frente a hiperestaticidad La interconexión cinemática determina la redistribución de esfuerzos en el sistema: Estructuras isostáticas: presentan apoyos que equilibran estrictamente los grados de libertad del sólido. Si un elemento experimenta una deformación o asentamiento, este comportamiento no transfiere esfuerzos adicionales al resto de las barras. Estructuras hiperestáticas: contienen coacciones redundantes y nudos monolíticos continuos (típicos en hormigón armado continuo).

Las deformaciones o movimientos de una pieza se transmiten directamente al conjunto, generando una redistribución solidaria de esfuerzos. PARA RECORDARLO En las barras de mampostería de ladrillo, el pandeo se previene verificando que la altura no supere diez veces el espesor menor ( ), fijando una altura tope de 3 m y priorizando secciones simétricas regulares. ERROR FRECUENTE Suponer que duplicar la resistencia del material evita el pandeo por compresión. El pandeo depende fundamentalmente de la geometría de la sección (momento de inercia) y del módulo elástico de rigidez, no de la resistencia a rotura por compresión directa.

IDEAS CLAVE Las cargas normales inducen tracción (divergentes) o compresión (convergentes) sobre el eje baricéntrico. El corte produce el deslizamiento transversal entre secciones adyacentes por fuerzas perpendiculares a la directriz. El pandeo surge por compresión en elementos esbeltos y está gobernado por vínculos, forma seccional y material. En sistemas hiperestáticos los elementos colaboran solidariamente transmitiéndose deformaciones y esfuerzos. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 11. ¿Cuáles son los factores que determinan la susceptibilidad de una columna al fenómeno del pandeo? 12. ¿Por qué un descenso de apoyo afecta de forma diferente a una viga isostática respecto a una hiperestática?

H b H 10b Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 7 Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 13. ¿Qué deformación caracteriza a una barra bajo tracción simple? 14. ¿Qué solicitación interna provocan dos fuerzas paralelas excéntricas aplicadas fuera del eje neutro? 15. ¿Cuál es la restricción dimensional empírica en pilares de ladrillo para mitigar el pandeo? 16. ¿Cómo se describe la interacción de piezas en un conjunto hiperestático? 3 Morfología de elementos y sistemas constructivos AL ACABAR SABRÁS Catalogar los miembros estructurales según su configuración volumétrica y funcional.

Comprender la transmisión de empujes en arcos de medio punto, ojivales y rebajados. Identificar el armado y funcionamiento de losas unidireccionales, bidireccionales y nervadas. PIÉNSALO ANTES DE LEER 17 ¿Por qué un puente colgante usa cables de acero para sostener el tablero pero pilas macizas para anclarse? Los componentes estructurales se ordenan según su morfología geométrica, lo cual condiciona su capacidad resistente y mecanismo portante frente a las acciones externas.

Desplazamiento angular entre rebanadas a) Flexión lateral instantánea por esbeltez b) Alargamiento longitudinal y estrechamiento transversal c) Acortamiento longitudinal y dilatación transversal d) Compresión simétrica centrada a) Tracción biaxial convergente b) Torsión por giro relativo c) Cizalladura pura axil d) H 5b a) H 10b b) H 3b c) H 20b d) Total independencia de deformaciones a) Incapacidad completa para soportar flexión b) Transferencia continua de deformaciones y esfuerzos c) Rotación libre en todas las uniones de nudo d) Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 8 Clasificación geométrica de las piezas La proporción entre longitud, anchura y espesor delimita cuatro grandes familias: Elementos lineales o filiformes: la longitud supera holgadamente a la sección recta.

Responden de manera óptima a esfuerzos de tracción pura axil (cables, tensores, hilos y varillas). Elementos prismáticos: cuentan con volumen compacto definido por una sección constante. Absorben esfuerzos axiles, flectores y torsores en función del punto de impacto de la carga (pilares, vigas, tirantes y arcos). Membranas superficiales: carecen prácticamente de espesor frente a su extensión plana o alabeada. Son livianas, aptas para salvar luces temporales y fáciles de desarmar (lonas y carpas). Estructuras laminares: combinan reducido espesor con una elevada rigidez de forma.

Se dividen en: Cáscaras de simple curvatura: cilindros pautados por directrices continuas (bóvedas de cañón, arcos ojivales, rebajados o catenarios). Cáscaras de doble curvatura: desarrolladas mediante generatrices ortogonales (cúpulas y paraboloides hiperbólicos). Placas y pantallas: cuerpos planos verticales resistentes a empujes coplanarios y cargas axiles. Losas: elementos bidimensionales horizontales sometidos a solicitaciones perpendiculares a su plano medio. COMPRUEBA 18 ¿Qué diferencia geométrica y funcional distingue a una membrana de una cáscara laminar?

Piezas estructurales simples y arcos Los pilares trabajan preferentemente a compresión vertical, maximizando su rendimiento con secciones simétricas y circulares. Por su parte, las vigas absorben flexión y cortante; cuando se diseñan en hormigón armado, el hormigón resiste la compresión y la armadura longitudinal y los estribos compensan las tracciones y el corte. Los arcos canalizan los empujes hacia los arranques mediante esfuerzos dominantes de compresión: Tipología de arco Geometría directriz Rasgo estructural particular Medio punto Semicircunferencia continua. El diámetro equivale exactamente al doble de la flecha. Ojival o peraltado Trazado apuntado de gran flecha vertical.

Genera empujes laterales más reducidos hacia las jambas. Rebajado o escarzano Curvatura aplanada con radio mayor a la flecha. Precisa tirantes o estribos reforzados para anular la apertura. Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 9 Sistemas reticulados y tipologías de losas La combinación de piezas prismáticas articuladas entre sí mediante el principio de la triangulación permite construir sistemas reticulados indeformables: Planos: resuelven cubiertas de grandes luces sin apoyos intermedios.

Se configuran como cabriadas (adecuadas para vertientes a una o dos aguas), celosías rectangulares para entrepisos o cerchas con el cordón superior curvado preparadas para albergar lucernarios. Espaciales: mallas tridimensionales constituidas por pirámides de base cuadrangular trabajando en cuatro planos concurrentes, concebidas para cubrir recintos simétricos y sostener grandes voladizos. En las losas de hormigón armado, el traspaso de esfuerzos varía según la disposición de los soportes: ERROR FRECUENTE Omitir el refuerzo a cortante (o capitel) en losas apoyadas directamente sobre pilares sin vigas.

La concentración de tensiones tangenciales en el perímetro del apoyo puede causar rotura instantánea por punzonamiento. Losas apoyadas en dos lados: en piezas rectangulares, el apoyo se dispone sobre los bordes menores canalizando la flexión unidireccional. 1 Losas perimetrales sobre vigas: utilizadas en plantas casi cuadradas, distribuyendo flectores en ambas direcciones ortogonales. 2 Losas sobre pilares (sin vigas): requieren armadura específica de refuerzo a cortante o ensanchamientos en forma de capiteles en la coronación de la columna para evitar el punzonamiento.

3 Losas nervadas o alivianadas: integradas por viguetas unidireccionales o bidireccionales complementadas con bovedillas cerámicas o machihembrados para aligerar peso. 4 Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 10 ESQUEMA Morfología de elementos estructurales IDEAS CLAVE Los cables y elementos lineales responden eficazmente a tracción axil pero carecen de capacidad ante compresión. El arco transmite las cargas mayoritariamente mediante compresión axial canalizada hacia sus apoyos. La triangulación es el mecanismo básico que dota de indeformabilidad cinemática a las celosías planas y espaciales.

Las losas sin vigas apoyadas en columnas precisan capiteles o armaduras de corte para contrarrestar tensiones tangenciales elevadas. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 19. ¿Cómo se equilibra el fuerte empuje horizontal en los arranques de un arco rebajado? 20. ¿En qué configuración de planta resulta recomendable disponer una losa armada en dos direcciones?

Lineales o filiformes Longitud dominante; tracción pura (cables y varillas) Prismáticos Sección transversal constante (pilares, vigas, arcos) Superficiales y membranas Sin espesor; cubiertas efímeras de tracción (telas) Laminares Espesor reducido con alta capacidad resistente Cáscaras Simple curvatura (bóvedas) o doble (cúpulas) Placas y pantallas Cuerpos planos resistentes a empujes Losas Planos horizontales sometidos a cargas perpendiculares Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 11 Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 21. ¿Qué elemento responde adecuadamente ante fuerzas axiles divergentes? 22.

¿Cuál es la relación geométrica fija en un arco de medio punto? 23. ¿Qué función cumple el capitel en una losa apoyada sobre pilares? 24. ¿Cuál es la base modular de una estructura espacial tridimensional? 4 Terreno de fundación y sistemas de cimentación AL ACABAR SABRÁS Diferenciar estratos de apoyo aptos de terrenos incompetentes para la fundación de obras. Indicar los tres parámetros mecánicos esenciales evaluados mediante un estudio de suelo. Comparar los mecanismos de reparto en cimentaciones continuas directas y discontinuas aisladas. PIÉNSALO ANTES DE LEER 25 ¿Por qué un edificio no puede apoyarse simplemente extendiendo los pilares hasta la superficie del suelo?

La cimentación o fundación es la parte del sistema que descansa sobre el terreno para transferir y disipar las cargas de la superestructura de forma equilibrada.

Cable o varilla lineal a) Pilar esbelto de ladrillo b) Muro de mampostería masiva c) Arco de medio punto d) El peralte excede la cuerda máxima a) El diámetro es igual al radio b) El diámetro duplica el valor de la flecha c) La flecha duplica el diámetro basal d) Sustituir las varillas de acero por hormigón ciclópeo a) Reducir las tracciones axiles del pilar b) Facilitar el pandeo plástico de la losa c) Evitar el deslizamiento o punzonamiento por corte d) Láminas planas rectangulares continuas a) Pirámides de base cuadrangular b) Vigas rectas de sección alveolar c) Arcos continuos de directriz peraltada d) Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 12 Tipologías de suelo y aptitud portante Las propiedades geológicas y la presencia de agua determinan el comportamiento mecánico del terreno frente a asientos, roturas o fenómenos de corrosión: Grupo Características mecánicas Estratos aptos Estratos inaptos para fundar Coherente Partículas muy cohesionadas con elevada resistencia frente a la disgregación por agua.

Arcilla firme húmeda, tosca (arena compacta con grava), tierra colorada y mantos rocosos. Arcilla muy húmeda propensa a inestabilidad térmica y suelos con materia orgánica degradable. Disgregado Partículas minerales sueltas sin cohesión arcillosa. Arena seca con baja humedad confinada. Arenas muy finas propensas al deslizamiento y arenas sobresaturadas sujetas a cambios volumétricos. La tierra vegetal resulta totalmente inapta como estrato resistente, ya que los restos biológicos se descomponen con el tiempo inutilizando la base del edificio.

DEFINICIÓN El estudio de suelos es un ensayo técnico practicado en la parcela para certificar en profundidad tres variables críticas: la composición estratigráfica, la capacidad resistente a compresión y la presencia o nivel freático de agua. COMPRUEBA 26 ¿Cuáles son los tres datos que proporciona un estudio geotécnico del terreno? Clasificación de las cimentaciones Las fundaciones se seleccionan en función de la magnitud de las cargas del edificio y la profundidad del estrato portante: Clasificación Subtipos materiales Disposición geométrica Ámbito de empleo habitual Directas o continuas Piedra bruta con mortero (PBC), hormigón ciclópeo o zapatas corridas de hormigón armado.

Desarrollo lineal ininterrumpido bajo muros de carga siguiendo el perímetro. Obras de envergadura reducida sobre suelos superficiales competentes. No forman sistemas monolíticos. Indirectas o discontinuas Zapatas, pilares y vigas de hormigón armado, o dados y bloques de hormigón armado o ciclópeo. Apoyos puntuales aislados en posiciones nodales estructurales. Estructuras porticadas de gran envergadura fundadas a mayor profundidad; comportamiento monolítico. Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 13 La zapata aislada se diseña como una pieza puntual de hormigón armado de canto o espesor constante, cuya base se dimensiona en planta según la tensión admisible del estrato resistente.

ERROR FRECUENTE Apoyar cimentaciones directamente sobre capas superficiales de tierra vegetal o arena fina saturada. Estos suelos pierden volumen por descomposición o desmoronamiento de partículas, lo que induce asientos diferenciales destructivos en la estructura. PROCESO Transmisión de cargas al terreno 1 Acciones exteriores Cargas vivas, muertas y dinámicas actuantes 2 Elementos portantes Canalización por lo sas, vigas y soportes 3 Cimenta ciones Distribución mediante zapatas o cimientos corridos 4 Estrato re sistente Disipación de tensio nes en el firme del suelo IDEAS CLAVE El terreno constituye el soporte final de la estructura y debe estudiarse frente a deformación, asiento y humedad.

Los suelos coherentes presentan uniones cohesivas firmes, mientras que los disgregados dependen del confinamiento. Un estudio geotécnico determina la composición estratigráfica, resistencia a compresión y cota del nivel de agua. Las cimentaciones continuas se colocan bajo muros en obras ligeras, mientras las discontinuas (zapatas) reciben cargas puntuales en obras mayores. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 27. ¿Por qué un suelo arcilloso saturado en exceso puede resultar peligroso para apoyar una edificación? 28. ¿Qué rasgo constructivo diferencia a una zapata aislada de un cimiento de hormigón ciclópeo continuo? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 29.

¿Qué suelo resulta totalmente descartable para asentar una cimentación? Tierra vegetal con restos orgánicos a) Arena gruesa con humedad reducida b) Tosca compacta con grava c) Manto rocoso pétreo d) Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 14 30. ¿Cuáles son las tres variables extraídas del estudio geotécnico de un terreno? 31. ¿Cómo se define constructivamente una zapata aislada? 32. ¿En qué situación constructiva es preferible una cimentación corrida directa?

5 Resumen para repasar Fundamentos estructurales, acciones y equilibrio Concepto Definición sintética Estructura Conjunto organizado de piezas vinculadas para recibir, resistir y transmitir cargas al terreno sin deformaciones perjudiciales ni colapso. Modalidades de integración Diferenciada (independientes), indiferenciada (integradas en una sola imagen) o mixta/combinada (estructura disimulada en la envolvente). Requisitos del sistema Resistencia (compensar fuerzas externas), rigidez (evitar deformaciones inadmisibles) y eficiencia (óptimo rendimiento con menor consumo de material).

Equilibrio estático y estable Inmovilidad respecto al apoyo con y ; el equilibrio es estable si el cuerpo retoma su estado tras cesar la perturbación. Cargas estáticas Permanentes (peso propio, losas, tabiquería e instalaciones) o transitorias (personas, mobiliario y viento). Cargas dinámicas De resonancia (ondas acústicas, sismos, vibraciones de maquinaria) o de impacto (oleaje, golpes de vehículos o descarga de mercancías). Vínculos Primer género (apoyo móvil: 1 coacción), segundo género (articulación fija: 2 coacciones, permite giro) y tercer género (empotramiento: impide traslaciones y giro).

Composición, resistencia a compresión y presencia freática a) Área superficial, índice plástico y fraguado b) Módulo de flexión, nivel de viento y tracción c) Conductividad térmica, acidez y peso propio d) Muro continuo de piedra bruta tomada con mortero a) Zanja corrida continua de mampostería seca b) Elemento puntual de espesor constante y base dimensionada c) Bloque prismático liviano para estructuras transitorias d) Obras de poca envergadura con muros de carga perimetrales a) Suelos pantanosos de profundidad mayor a 20 metros b) Estructuras de rascacielos con cargas puntuales c) Edificios industriales con grandes luces y apoyos aislados d) = F 0 = M 0 Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 15 Esfuerzos internos y respuesta mecánica Esfuerzo Definición sintética Compresión Esfuerzo normal por fuerzas axiales convergentes que acortan y ensanchan la pieza (pilares y columnas).

Tracción Esfuerzo normal por fuerzas divergentes que alargan y afinan el elemento (varillas y cables). Corte Deslizamiento relativo transversal entre secciones contiguas por fuerzas perpendiculares al eje neutro (losas y vigas). Flexión Deformación en curva generada por cargas transversales perpendiculares al eje que combinan tracción y compresión. Pandeo Inestabilidad lateral brusca por compresión axial en piezas de gran esbeltez; en mampostería se limita con (altura máxima 3 m). Torsión Giro relativo de secciones transversales debido a un par de fuerzas paralelas convergentes aplicadas fuera del eje neutro. Isostático vs.

hiperestático En sistemas isostáticos la deformación de una pieza no altera el resto; en hiperestáticos hay continuidad de nudos y redistribución solidaria de esfuerzos. Morfología de elementos y sistemas constructivos Elemento o sistema Definición sintética Filiformes y prismáticos Filiformes son lineales dominados por tracción axil (cables y varillas); prismáticos tienen volumen regular para compresión, flexión o torsión. Membranas y láminas Membranas son livianas y sin espesor para tracciones efímeras; láminas tienen rigidez formal (cáscaras simples o de doble curvatura, placas y losas).

Arcos Piezas curvas a compresión dominante: medio punto (diámetro igual al doble de la flecha), peraltado u ojival (empinado) y rebajado (requiere tensores). Sistemas reticulados Triangulación indeformable; planos (cabriadas a 1 o 2 aguas, celosías rectangulares, cerchas con curvatura) o espaciales (mallas de base cuadrangular). Tipologías de losas Laminars de hormigón armado sobre vigas (en 2 lados o en 2 direcciones), sobre pilares sin vigas (con refuerzo de corte o capiteles) y nervadas con viguetas. Suelos y cimentaciones Concepto Definición sintética Suelo coherente vs.

disgregado Coherentes presentan partículas unidas resistentes al agua (arcillosos y pétreos); disgregados tienen partículas sueltas (arenas y cantos rodados). H 10b Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 16 Concepto Definición sintética Aptitud del terreno Aptos: arcilloso húmedo estable, arenoso seco, rocoso, loess, tierra colorada y tosca; inaptos: arenas muy finas, suelos sobresaturados y tierra vegetal orgánica. Estudio de suelo Ensayo in situ que determina tres factores esenciales: composición, resistencia a compresión y presencia de agua freática.

Cimentación continua (directa) Apoyo corrido perimetral de piedra bruta con mortero, hormigón ciclópeo o zapata corrida para obras de poca envergadura. Cimentación discontinua (indirecta) Apoyos monolíticos aislados a mayor profundidad para cargas considerables (zapatas de hormigón armado, pilares y vigas de atado o dados). Zapata aislada Elemento puntual de hormigón armado con espesor constante y base dimensionada según la resistencia del terreno. Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 17 Soluciones de las preguntas de repaso 1. Sí, porque aunque soporte la fuerza sin romper, carece de rigidez y sufriría deformaciones inaceptables incompatibles con la función de soporte. 2.

La resistencia define la capacidad del elemento para no colapsar ante las fuerzas aplicadas, mientras que la rigidez evalúa su aptitud para no deformarse en exceso bajo esas mismas cargas, dependiendo de su geometría y material. 3. La articulación fija coacciona las dos traslaciones pero consiente el giro de la sección, mientras que el empotramiento anula el giro además de ambas traslaciones. 4. El peso en reposo constituye una carga estática permanente o de servicio, mientras que la vibración operativa introduce ondas y solicitaciones dinámicas de resonancia cíclica. 5. b) Sumatoria de fuerzas y momentos simultáneamente nula.

El equilibrio plano demanda anular las resultantes de fuerza y los momentos respecto a cualquier punto. 6. b) El empuje del mobiliario y ocupantes. El mobiliario y las personas actúan de forma estática pero variable en posición y tiempo. 7. c) Tres restricciones. Un empotramiento en el plano anula los dos desplazamientos ortogonales y la rotación. 8. a) El cuerpo no retorna tras una alteración. En el equilibrio inestable, cualquier ligera perturbación causa un desplazamiento irrecuperable. 9. Porque antes de alcanzar la rotura mecánica por aplastamiento, el pilar experimenta pandeo, deformándose lateralmente por inestabilidad elástica. 10.

Coexisten esfuerzos normales de compresión en las fibras superiores del eje neutro y tensiones de tracción en las inferiores (o viceversa según el sentido del flector). 11. La magnitud de la carga actuante, el tipo de vínculos de sujeción, las propiedades elásticas del material y la forma geométrica de la sección resistente. 12. En la isostática las piezas giran libremente sin generar tensiones añadidas, mientras que en la hiperestática el nudo continuo fuerza la compatibilidad provocando momentos parásitos internos. 13. c) Alargamiento longitudinal y estrechamiento transversal. Las fuerzas axiles divergentes estiran el elemento y reducen el área de su sección transversal. 14.

c) Torsión por giro relativo. El desfase de fuerzas paralelas alejadas del centro de corte impone un momento torsor a la pieza. 15. b) H 10b. La esbeltez en mampostería exige mantener la altura del pilar por debajo de diez veces su ancho mínimo. 16. c) Transferencia continua de deformaciones y esfuerzos. Al poseer enlaces continuos, las deformaciones locales se transfieren al resto del entramado estructural. 17. Porque los cables son elementos lineales idóneos para trabajar a tracción con poco peso, mientras que las pilas deben ser prismáticas y masivas para soportar compresión axil. 18.

La membrana carece de rigidez a flexión y solo trabaja a tracción pura en su plano con carácter liviano y transitorio, mientras que la cáscara posee curvatura rígida que absorbe esfuerzos de compresión y membrana con carácter definitivo. 19. Se colocan tirantes metálicos entre los arranques que absorben la tracción impidiendo la apertura lateral del arco. Conceptos Estructurales, Equilibrio y Cimentaciones 18 20. Cuando la planta presenta una geometría cuadrangular o rectangular cercana al cuadrado, equilibrando el reparto de cargas hacia los cuatro lados perimetrales. 21. a) Cable o varilla lineal.

Los elementos filiformes o cables presentan gran aptitud para trabajar a tracción pura (divergentes). 22. c) El diámetro duplica el valor de la flecha. Al describir media circunferencia regular, el diámetro total equivale exactamente al doble de su altura o flecha. 23. d) Evitar el deslizamiento o punzonamiento por corte. Aumenta la sección resistente en el perímetro de apoyo contrarrestando la rotura tangencial por corte. 24. b) Pirámides de base cuadrangular. Las estéreo-estructuras enlazan pirámides de base cuadrada formando redes en múltiples planos resistentes. 25.

Porque la tensión puntual ejercida por la sección delgada del pilar superaría la resistencia admisible del suelo, provocando que se clave en la tierra. 26. Proporciona la composición del suelo, su capacidad de resistencia admisible a esfuerzos de compresión y la presencia o profundidad del nivel de agua. 27. Porque el exceso de humedad incrementa la inestabilidad volumétrica y reduce la cohesión interna frente a las cargas de compresión, provocando asientos en la estructura. 28. La zapata aislada es un elemento puntual de hormigón armado monolítico para grandes cargas nodales, mientras que el ciclópeo discurre de forma continua bajo cerramientos en obras menores. 29.

a) Tierra vegetal con restos orgánicos. La presencia de materia orgánica genera degradación biológica e inestabilidad volumétrica continua. 30. a) Composición, resistencia a compresión y presencia freática. El sondeo geotécnico reporta la composición del suelo, su capacidad portante y el nivel de agua subterránea. 31. c) Elemento puntual de espesor constante y base dimensionada. La zapata es una base puntual de hormigón armado de canto uniforme dimensionada según la carga y el suelo. 32. a) Obras de poca envergadura con muros de carga perimetrales. El cimiento continuo resulta económico y eficaz bajo muros de cerramiento en construcciones de porte modesto.

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