Clasificación de Sistemas Estructurales

Los sistemas estructurales se agrupan en las siguientes categorías:

BARRAS. Las barras de acero estructural son piezas de acero laminado, cuya sección transversal puede ser circular, hexagonal o cuadrada en todos los tamaños.

SISTEMA DE ARMADURAS

Una estructura de elementos lineales conectados mediante juntas o nudos se puede estabilizar de manera independiente por medio de tirantes o paneles con relleno rígido. Para ser estables internamente o por si misma debe cumplir con las siguientes condiciones:

- Uso de juntas rígidas

- Estabilizar una estructura lineal: Por medio de arreglos de los miembros en patrones rectangulares cooplanares o tetraedros espaciales, a este se le llama celosía.

Cuando le elemento estructural producido es una unidad para claro plano o voladizo en un plano, se llama armadura. Un elemento completo tiene otra clasificación: arco o torre de celosía.

SISTEMA DE ARCO, BÓVEDA Y CÚPULA:

El concepto básico del arco es tener una estructura para cubrir claros, mediante el uso de compresión interna solamente. El perfil del arco puede ser derivado geométricamente de las condiciones de carga y soporte. Para un arco de un solo claro que no está fijo en la forma d resistencia a momento, con apoyos en el mismo nivel y con una carga uniformemente distribuida sobre todo el claro, la forma resultante es la de una curva de segundo grado o parábola. La forma

básica es la curva convexa hacia abajo, si la carga es gravitacional.Si se invierte la forma parabólica que toma un cable sobre el cual actúan cargas uniformemente distribuidas según una horizontal, se obtiene la forma ideal de un arco que sometido a ese tipo de carga desarrolla sólo compresión, los momentos flectores y las fuerzas cortantes se reducen al mínimo e incluso, en algunas estructuras, se eliminan completamente.

MARCOS RÍGIDOS

Cuando los elementos de un marco lineal están sujetos rígidamente, es decir, cuando las juntas son capaces de transferir flexión entre los miembros, es sistema asume un carácter particular. Si todas las juntas son rígidas, es imposible cargar algunos de los miembros transversalmente sin provocar la flexión de los demás.

Parrillas

Los elementos estructurales considerados hasta ahora tienen en común la propiedad de transferir cargas en una sola dirección, desde el punto de vista estructural sería más eficiente tener una "transferencia bidireccional de carga". Esta dispersión se obtiene mediante entramados (parrillas o retículas de vigas) y placas, que actúan en un plano.

Una retícula de vigas es un sistema de vigas que se extiende en dos direcciones con las vigas en cada dirección unidas unas con otras. Las retículas están normalmente apoyadas en los cuatro lados de un bastidor aproximadamente cuadrado y el peralte total de las vigas puede ser menor que la de un sistema de vigas en una dirección.

En la retícula, las vigas individuales son parcialmente soportadas por vigas perpendiculares que se intersectan, las cuales están a su vez parcialmente soportadas en otras vigas que también se intersectan. Cuando un punto de carga se aplica en la intersección de dos vigas en una retícula, ambas vigas se flexionan junto con las otras vigas cercanas. Además de la flexión, esta interacción produce la torsión de vigas adyacentes como resultado de las conexiones fijas en las intersecciones de las vigas. Estas dos vigas perpendiculares entre sí deben sufrir en su intersección igual deformación aunque tengan distintas longitudes o distintas secciones.

Las vigas en las retículas necesariamente se intersectan y su continuidad una tras otra es esencial a su característico comportamiento de flexión bidimensional. Esta continuidad es más fácil de lograr en algunos materiales que en otros. En concreto es fácil formar retículas proporcionándole el refuerzo de acero extendido de forma continua a través de las intersecciones. La sección cuadrada de vigas de acero se puede soldar en la intersección para proporcionar la continuidad necesaria. Por otra parte, las vigas de madera serían necesariamente discontinuas (al menos en una dirección) en las intersecciones y, por consiguiente, inherentemente inadecuadas para el uso en una retícula de vigas.

PLACAS

Una placa o losa es un elemento estructural monolítico de espesor relativamente pequeño, usado para cubrir un área, que distribuye la carga horizontalmente en una o más direcciones dentro de un solo plano mediante flexión. Mientras que la resistencia a la flexión de una losa es parecida a la de una viga, difiere de la de una serie comparable de vigas independientes en su continuidad en ambas direcciones.

La eficiencia estructural de las placas se ve disminuida debido a la distribución lineal de tensiones en su espesor, esta ineficiencia se remedia disponiendo parte del material lejos del plano medio o neutro de la placa y usarse para crear nervaduras en una, dos e incluso tres direcciones. La placa nervada presenta las ventajas de la continuidad debido a la losa y las ventajas del espesor debido a sus nervaduras. Por otra parte, la superficie inferior de una placa nervurada no es lisa y quizá sea necesario colgar de ella un cielorraso. Los caños y conductos no se curvan para sortear las nervaduras, sino que por lo común se cuelgan de ellas.

El trabajo de una placa es similar a una parrilla con vigas soldadas formado por un número infinito de vigas infinitamente pequeñas. Si esa serie de vigas independientes y paralelas está sujeta a una sola concentración de carga, sólo la viga bajo la carga se deflectará.

Las losas son más comúnmente asociadas con la construcción de concreto reforzado. Sin embargo, se puede lograr el comportamiento de la losa con una variedad de otros materiales, en especial la madera.

MEMBRANAS

Una membrana es una hoja de material tan delgada que, para todo fin práctico, puede desarrollar solamente tracción. Buenos ejemplos de membrana constituyen un trozo de tela o de caucho. En

general, las membranas deben estabilizarse, principalmente porque su forma funicular para cargas horizontales difiere de las de las cargas verticales. La estabilización se obtiene por medio de un esqueleto interno o por pre-tensión producido por las fuerzas externas o por presión interna.

Las membranas son estructuras que resisten en dos dimensiones, la cual no desarrolla apreciable esfuerzos de placa como flexión y corte, porque su altura es muy pequeña en comparación con su luz. Dado que la altura que tiene este tipo de elementos se produce en la membrana una doble curvatura, la cual se puede considerar a la membrana como la intersección entre dos cables, en la cual la carga que lleva la membrana es la suma de los dos cables. Las membranas solo transmiten tensión y actúan esencialmente como una red de cables. Cuando la carga cambia la forma de la membrana también cambia y se adapta la curvatura a los valores necesarios para llevar la nueva carga. Las membranas como los cables son inestables, por lo cual se deben estabilizar por la acción de un cuerpo interno, por la tensión producto de fuerzas internas o externas. Dado que los esfuerzos que se producen son de tensión la utilización de las membranas es óptima.