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Autor: Rubén Otoniel López Sagastume

INTRODUCCIÓN Cuando hablamos de elementos estructurales, se nos viene a la mente la de los componentes o valga la redundancia los elementos que componen una estructura por decirlo de otra manera. Ahora bien, al entrar en materia ya más técnica que es lo que a nosotros nos conviene investigar para nuestro trabajo futuro que es lo que haremos el día a día, es importante que conozcamos los mismos y como se desempeñan y cual es la función principal que tiene cada uno de ellos. Es importante poder conocer las características de los mismos y saber cuales son sus principales funciones como elementos de una estructura, los cuales cada uno como tal desempeñan una función específica y es deseable que cada una de sus propiedades para la cual fueron diseñados en su funcionamiento pueda ser la más adecuada. Cada estructura es diferente a otra y por muy similares que a veces sean los diseños siempre los detalles que se utilicen entre una y otra cambian, por lo que es vital saber las funciones y comportamientos de los mismos así como la función principal para lo que fueron diseñados. Esta guía nos da un concepto fundamental de lo que son los elementos estructurales y como se comportan estos ante las cargas y para los propósitos que está desempeñando dentro de una estructura y así poder agregar datos valiosos de ellos a nuestro conocimiento y cultura como ingenieros lo cual nos ayudará enormemente cuando nos encontremos en situaciones reales sobre las cuales tenemos que actuar y tomas decisiones importantes y vitales para el transcurso de nuestra vida profesional

OBJETIVOS GENERAL •

Investigar sobre los tipos de elementos estructurales teniendo en cuenta sus principales funciones y características no olvidando sus propiedades y para cuales son los mayores dentro del funcionamiento normal y adecuado.

ESPECÍFICOS •

Conocer las principales características y definición del elemento estructural y las principales facetas de los mismos así como sus principales funcione.

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Verificar los usos de estos elementos para que se pueda tener un concepto global en el desarrollo de estructuras.

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Explicar detalles del comportamiento de los elementos estructurales y cuales es su mayor carga o tipo de rendimiento que soportan para formar estructuras.

TIPOS DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES Elemento Estructural: Un elemento estructural es cada una de las partes que constituye una estructura y que posee una función resistente dentro del conjunto. Las estructuras físicas son cuerpos o ensamblajes de cuerpos de materia están conformadas por elementos estructurales que deberán ser de materiales lo suficientemente fuertes y ensamblados de la forma lo suficientemente coherente para soportar el peso total de la estructura así como fuerzas a las que la estructura será sometida para que ésta no cambie su forma o su tamaño. Éstos pueden llegar a ser cientos de miles, y dependerán de la naturaleza y necesidad de la construcción. Por ejemplo, si requieren movimiento las partes entre sí o si se requiere que sean fijos. Los elementos estructurales se clasifican de acuerdo a su dimensión, su forma geométrica, su estado de tensión o su funcionalidad. Clasificación de los elementos estructurales: En el caso de construcciones estos tienen nombres que los identifican claramente aunque, estos nombres cambian de país a país. Básicamente los elementos estructurales pueden tener estados de tensión uniaxiales, biaxiales o triaxiales según su dimensionalidad y según cada una de las direcciones consideradas pueden existir tanto tracciones como compresiones y finalmente dicho estado puede ser uniforme sobre ciertas secciones transversales o variar de punto a punto de la sección. Los elementos estructurales suelen clasificarse en virtud de tres criterios principales: •

Dimensionalidad del elemento, según puedan ser modelizados como elementos unidimensionales (vigas, arcos, pilares), bidimensionales (placas, láminas, membranas) o tridimensionales.

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Forma geométrica y/o posición, la forma geométrica concreta afecta a los detalles del modelo estructural usado, así si la pieza es recta como una viga o curva como un arco, el modelo debe incorporar estas diferencias, también la posición u orientación afecta al tipo de estado tensional que tenga el elemento.

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Estado tensional y/o solicitaciones predominantes, los tipos de esfuerzos predominantes pueden ser tracción (membranas y cables), compresión (pilares), flexión (vigas, arcos, placas, láminas) o torsión (ejes de transmisión, etc.).

Unidimensionales Solicitacio nes predomina ntes

rectos

curvos

Bidimensionales

planos

curvos

Flexión

viga recta, viga placa, losa, forjado, lámina, cúp dintel, arquitr balcón, ar muro de contención ula abe co

Tracción

cable tensado catenaria membrana elástica

Compresión pilar

muro de carga

Los “elementos lineales” o de “1 dimensión” por lo general están sometidos a tensiones planas con esfuerzos grandes. Son geométricamente alargados, siendo esta dimensión mucho más grande que las otras dimensiones. o

Pueden ser verticales y rectos como columnas, pilares o pilotes

o

Horizontales flexionados y rectos como vigas, dinteles, zapatas corridas de cimentación

o

Diagonales y rectos como las barras diagonales de una celosía o un entramado triangulado.

o

Flexionados y curvos como arcos continuos o vigas balcón.

Los “elementos planos” o de “2 dimensiones” se basan en una superficie, con un espesor pequeño en relación al resto de las dimensiones del elemento, es decir, que 1 dimensión es mucho menor que las otras 2 dimensiones del elemento. De acuerdo a su forma se dividen en: o

Horizontales, flexionados y planos: como las losas de cimentación, plateas o marquesinas.

o

Verticales, flexionados y planos: como los muros de contención

o

Verticales, comprimidos y planos: como los muros de carga, paredes o tabiques

o

Flexionados y curvos: como las láminas, los depósitos cilíndricos para líquidos como tanques.

o

Traccionados y curvos: las membranas elásticas como paredes de depósitos con fluidos a presión.

Los elementos de volumen o de 3 dimensiones son los que presentan tensiones biaxial o triaxial donde no predomina una dirección dimensión sobre las otras. o

Ejemplos de estos son las ménsulas de sustentación o las zapatas que presentan compresiones según la dirección.

De acuerdo a su forma geométrica, pues ésta afecta los detalles de la estructura. Si es recta, curva, así como su posición u orientación. De acuerdo a su estado de tensión o esfuerzo predominante serían de “tracción” (como las membranas o los cables), de “compresión” (como los pilares), de “flexión” (como las vigas, arcos, placas o láminas) o de “torsión” (ejes de transmisión) De acuerdo a su funcionalidad se pueden clasificar en cuanto a:

(1) Las que soportan el peso de la estructura como las bases y le dan cuerpo a la estructura incluyendo placas, marcos, carcazas, cilindros, bloques, materiales masivos. (2) Las que soportan cargas con una funcionalidad específica como soportar personas o maquinaria. (3) Las que cumplen una acción exterior variada como las que soportan interacciones con el viento, los sismos, la expansión o contracción por el calor, entre otros como pueden ser los “elementos elásticos” diseñados para eliminar la vibración o amortiguar impactos.

(4) Elementos que transmiten la energía mecánica a través de una distancia se llaman “transmisiones” (5) Elementos de conexión o adaptadores, que permiten la separación y conexión de las piezas de la estructura sin tener qué destruir los elementos. Éstos pueden ser planos, cilíndricos incluye los tornillos, remaches, tuercas. Tirantes y tensores: Son elementos constructivo que está sometido principalmente a esfuerzos de tracción. Tienen como misión dar mayor rigidez y resistencia a la estructura. Pueden ser barras o cables.

CONCLUSIONES •

Las principales características de los elementos estructurales es que como parte de una estructura están diseñados por forma en la cual los lineales nos permiten los esfuerzos axiales y de compresión tales como las columnas, los cuales la característica principal es que una de las tres dimensiones de estos es mucho más grande que las demás. Una de sus principales funcionalidades es que sirven como elementos de marco o sujeción de los elementos planos como las paredes, losas y otros tensionantes como en los puentes.

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Los elementos planos tiene como principal característica que una de sus tres dimensiones es muchísimo más pequeña que las otras dos, lo cual hace que su funcionamiento general sea el de cubrir o separar espacios o ambientes dentro de una estructura o bien poder cubrir de aspectos climáticos o del exterior tales como los techos o losas. Cada uno de ellos son fundamentales en su uso para la edificación de estructuras.

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Entre sus detalles de comportamientos de los elementos estructurales, es importante enfatizar que como en muchas cosas al ser elementos de un conjunto en general cada uno soporta ciertos esfuerzos para lo cual están capacitados y que al combinarse entre todos los lineales, planos y tridimensionales hacen que una estructura tenga forma y la misma sea estable.

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Los elementos curvos son bien importantes en las estructuras ya que por su misma forma hacen que soporten esfuerzos de flexión y tienen características muy especiales en su comportamiento tales como soportar presión mucho mayores de las de un elemento plano pero en ciertas direcciones tales que cumplen finalidades que otro tipo de elementos no podrían soportar. Una de las funciones importantes de este tipo de elementos es el almacenaje de agua en estas formas y el de soportar esfuerzos de compresión como en túneles en los arcos que soportan y hacen que no se deforme el mismo.

RECOMENDACIONES •

Los elementos estructurales lineales desempeñan una función principal en las estructuras, ya que es sobre los cuales la misma está soportada y todo el peso de la misma y de las cargas son trasmitidos por ellos a los cimientos de la misma. Es importante recomendar el buen diseño de este tipo de elementos y el ensamble adecuado con los otros tipos de elementos para que la estructura sea estable y que los otros elementos que se utilicen en la estructura sean los que son para el uso que han sido diseñados.

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Los elementos planos también tienen la función secundaria más específica en las estructuras, ya que llenan espacios y también nos hacen poder dividirlos como en las losas que es muy importante el diseño de las mismas y más aún cuando aparte de su peso tienen que soportar cargas vivas, las cuales van sujetas a los elementos lineales como columnas y vigas, que tienen que ir ensambladas y

diseñadas de manera correcta para que el funcionamiento de la estructura sea el mejor. •

Cada tipo de elemento como se vio durante el desarrollo del trabajo están diseñados para cierto tipo de esfuerzos y que cada uno de ellos se pueda utilizar dentro de la estructura para lo que fue diseñado en esfuerzo y trabajo dentro de la estructura, ya que actualmente uno de los problemas estructurales que existen es que los diseñadores de los edificios se preocupan principalmente de los detalles estéticos y dejan olvidados los detalles estructurales y esto muchas veces hace que la estructura no tenga un buen factor de seguridad o que la misma dentro de ella no sea estable y esté propensa a fallar talvez no inmediatamente sino que no tenga la vida útil que se espera.

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Los elementos estructurales especiales como los curvos y también podrías mencionar los de sujeción cumplen una función especial en muchos casos y reparten características que los otros tipos de elementos no pueden cumplir. Para este caso mucho más en los de sujeción o transmisión deben de ser de calidad optima para el correcto funcionamiento de toda la estructura porque a veces en estos detalles tan pequeños se dan la mayor cantidad de fallas en las estructuras cuando este tipo de elementos deja de cumplir su función o quedan mal instaladas para su funcionamiento.

BIBLIOGRAFÍA Para contenido teórico y fotografías fue obtenido de las siguientes Paginas de Internet:

• es.wikipedia.org / wiki / Elemento _ Estructural

• instituto.awardspace.com/Documentos/tema2.pdf •

www.artinaid.com/.../tipos-de- Elementos - Estructurales /

•

www.kalipedia.com/.../ Elementos - Estructurales html...?.

• www.fomento.es/NR/.../CAPITULOXIIborde1.pdf Todo el marco de la Introducción, Objetivos, Conclusiones y Recomendaciones son de análisis personal en base a la teoría e información leída tanto en las paginas consultadas como en unos libros de tipos de esfuerzos y elementos estructurales.