Diseño De Estructuras

ÍNDICE

Página

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

CAP. I. EL DISEÑO ESTRUCTURAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Principales materiales estructurales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Elementos estructurales básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Principales sistemas estructurales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

CAP. II. CONCRETO REFORZADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Carga axial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Flexión simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Cortante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Diseño por viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Cimentaciones superficiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Cimentaciones profundas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Losas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

Vigas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

Columnas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

CAP. III. ESTRUCTURAS DE ACERO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

Compresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

Flexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Cortante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

CAP. IV. ESTRUCTURAS DE MADERA . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

Compresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

Flexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

Cortante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

Ejercicios finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Anexos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

INTRODUCCIÓN

Para la mente humana, todo aquello que existe posee una estructura; para los sentidos, todo lo perceptible tiene forma. Estructura y forma son productos de la constante comunicación entre el ser y el universo; son conocimiento e información particulares de los componentes, relaciones, contornos, masa, proporción y cualidades de los cuerpos existentes; son el ordenamiento mental y material de elementos significativos dentro de la experiencia humana.

Aquello que carece de estructura definida es un fenómeno perceptual o imaginario que sólo posee forma tangible o posible. Aquello que carece de forma, no existe para el ser humano; puede estar dentro de lo desconocido, lo imperceptible; la nada. No está ni dentro de lo habitual ni dentro de lo posible. Es la anti-forma.

La estructura del universo es producto de la capacidad humana para discernir relaciones significativas y ordenar los fenómenos que percibe o imagina; capacidad de aprehender el universo, relacionar sus partes, delimitar esferas de desempeño y calificar sus comportamientos. Es al mismo tiempo, resultado de la necesidad humana de rehacer constantemente el universo en nuevas relaciones, nuevas partes, nuevos significados.

La forma es el límite espacio-temporal de cuerpos y conceptos. Desde el mínimo elemento o partícula hasta el máximo universo, la forma define límites y establece contornos; otorga identidad y comunicabilidad a cuerpos y conceptos. La forma es producto de la capacidad para aprehender perceptualmente el universo y elaborar imágenes significativas y es el resultado de las necesidades de rehacer el universo mediante transformaciones que generan nuevos cuerpos y conceptos, con un desempeño asignado del propósito o la finalidad, con un significado particular y una apariencia definida.

La verdadera innovación es aquella que afecta tanto a la estructura como a la forma de la vida. Lo que afecta sólo a la forma es insubstancial, lo que afecta sólo la estructura es trascendental, pero incompleto.

Estructura y forma son producto de fases importantes del comportamiento humano: análisis conocimiento comprensión; invención y producción. El arquitecto muchas veces se dirige hacia la estructura a través de la forma; pero el arquitecto creativo se dirige hacia la forma a través de la estructura, no con carácter exclusivo sino como un alternar de estados de relación. El ser científico-creativo es aquel ideal que antaño representaron Leonardo y Miguel Angel. El ser comprometido necesita conocer la estructura y transformar la forma de su universo. La especialización ha llevado a disociar en nosotros el interés científico y el afán creativo. En el futuro se deben integrar en el balance de la actitud objetiva y distante del científico y la actitud compasiva y expresiva del creador, en todos los aspectos de la existencia humana. Los postulados que aíslan la posibilidad de generar un universo formalmente gratificante, de una búsqueda de estructuración interna de la sociedad, en cualquiera de los dos sentidos, presentan un aspecto incompleto del futuro. Por atender a un solo aspecto se descuida el otro. Pero la existencia humana es integral y exige atender no sólo a su perfección o adecuación estructural, sino también a su formalización, no sólo correcta sino creativa. En lo creativo se unen estructura y forma en una relación en la cual, cada una de ellas está resuelta correctamente y se trasciende el contenido para enriquecer el aspecto; se allana lo puramente utilitario y se busca la gratificación.

Antiguamente, se construía con mampostería y madera con métodos artesanales, que tenían una tradición secular. Las posibilidades contenidas eran limitadas y los sistemas de ejecución fueron posteriormente los mismos durante largo tiempo. Todo esto debe estar relacionado con el hecho de que salieran a la luz, pocos, pero muy definidos y característicos, estilos arquitectónicos. Dentro de este marco técnicamente limitado, el diseñador exterior, generalmente muy despierto y estrechamente ligado al arte de la profesión, hacía posible una variedad asombrosa.

Con base en la ilustración nacida en Francia y como efecto de la Revolución Industrial, se introdujeron en la construcción los conocimiento de las ciencias naturales y nuevos materiales, abriendo nuevas posibilidades técnicas y estructurales. El ámbito y diferenciación de los conocimientos necesarios se incrementaron de modo que tuvo que llegarse de esta tarea a la formación de especialidades, la propia del arquitecto, predominante diseñador, y la propia del ingeniero, responsable de la estabilidad y parte estructural.

Esta “especialización”, sin embargo, corresponde más a las diferentes aptitudes de las personas que a una repartición lógica para solucionar las complejas tareas en el campo de la construcción. Entre otras, esta solución tiene el peligro de que los conocimientos propios de los ingenieros y de los arquitectos estén tan poco relacionados que no puedan alcanzarse resultados óptimos en la ejecución y diseño de los diferentes tipos de construcciones.

Para hacer frente a este peligro, este libro quiere ser de utilidad para los arquitectos, para diseñar y ejecutar estructuras de concreto reforzado, acero y madera (las más comúnes en nuestro medio). Su objeto es familiarizar al lector con los elementos constructivos típicos, sus posibilidades de utilización y los conceptos básicos en las propiedades y posibilidades de los materiales, así como sus principios fundamentales. Se dan ayudas que permiten fijar, de manera lógica, las secciones de cada uno de los elementos hasta llegar al cálculo de edificios de importante embergadura, con un mínimo de cálculos teóricos. Teniendo siempre en cuenta como elemento rector que las normas, la intuición y el sentido común, son la parte esencial de un buen juicio estructural, que produce buenos conceptos y excelentes diseños. Las computadoras y los reglamentos solo están para confirmar lo ya intuido.

Capítulo I

EL DISEÑO ESTRUCTURAL

Propiedades estructurales básicas

Las características que hacen que un material sea adecuado para cumplir funciones estructurales se relacionan con sus propiedades mecánicas y con su costo, principalmente. Las estructuras civiles implican grandes volúmenes y no permiten el empleo de materiales de resistencia extraordinariamente

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