OBJETIVO GENERAL DE LA MATERIA DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES: Definir las estructuras de construcción básicas, realizando análisis de vigas y marcos, para el cumplimiento de los requerimientos de edificaciones sometidas a fuerzas por viento o a sismos.
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SISTEMAS Y ELEMENTOS ESTRUCTURALES
SESIÓN 03.-
Aspectos conceptuales
¡Bienvenidos a la tercera sesión de la materia Sistemas y Elementos Estructurales! Hoy continuamos nuestro viaje hacia la comprensión de los fundamentos que sustentan las estructuras arquitectónicas, y exploraremos temas clave que todo futuro arquitecto debe dominar para diseñar edificaciones seguras y eficientes.
El objetivo principal de esta sesión es proporcionarles las herramientas teóricas y prácticas para identificar diferentes tipos de estructuras, así como comprender el comportamiento de las cargas que estas soportan. Además, profundizaremos en el análisis de sistemas estructurales mediante ecuaciones estáticas, lo que nos permitirá entender cómo los diferentes elementos que componen una estructura trabajan en conjunto para mantenerla en equilibrio.
Importancia de los temas a desarrollar
Importancia de los temas a desarrollar
Primero, hablaremos sobre los tipos de estructuras que pueden encontrarse en el ámbito arquitectónico. Es crucial entender que no todas las estructuras se comportan de la misma manera, ya que el diseño de un puente, un rascacielos o una vivienda dependerá de la forma en que se distribuyan las cargas y de los materiales utilizados. Conocer estas diferencias no solo mejorará su capacidad para diseñar proyectos más innovadores, sino que también les permitirá aplicar soluciones técnicas más adecuadas según las circunstancias y necesidades de cada proyecto.
También abordaremos el módulo estructural, un concepto esencial para la modulación de las estructuras. Este concepto establece un patrón repetitivo que optimiza la organización espacial y la construcción. Por ejemplo, en la arquitectura residencial, el uso de un módulo estructural puede facilitar la estandarización de elementos como ventanas, puertas o columnas, haciendo más eficiente la construcción y reduciendo costos.
A continuación, nos enfocaremos en la estructuración según Basurto Aparicio, un autor que ha propuesto una clasificación de estructuras basada en el comportamiento de las cargas y su distribución. Su propuesta es fundamental para la comprensión de cómo las cargas (internas y externas) deben ser distribuidas entre los diferentes elementos de una construcción.
El siguiente tema clave será el estudio de las cargas vivas y muertas según el Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal (RCDF). Es importante que comprendan cómo se comportan estas cargas y cómo influyen en el diseño estructural. Las cargas muertas, como saben, son aquellas que permanecen constantes a lo largo de la vida útil de la estructura, como el peso propio de los materiales constructivos. Por otro lado, las cargas vivas cambian constantemente y dependen del uso del edificio, como la presencia de personas o muebles.
Posteriormente, discutiremos las ecuaciones estáticas y su aplicación en el análisis estructural. Estas ecuaciones son herramientas indispensables para calcular las fuerzas que actúan sobre una estructura. Aprenderemos a aplicar estas ecuaciones tanto en sistemas isostáticos, que son aquellos donde las ecuaciones de equilibrio son suficientes para determinar las reacciones, como en sistemas hiperestáticos, donde se requiere de un análisis más complejo debido a que existen más incógnitas que ecuaciones.
Finalmente, nos adentraremos en el diagrama de cuerpo libre, una herramienta gráfica que nos permitirá visualizar y analizar las fuerzas y momentos que actúan sobre una estructura. Esto es fundamental para el análisis estructural, ya que nos ayudará a comprender cómo se distribuyen las fuerzas en cada uno de los elementos que conforman una edificación.
Tipos de Estructuras Las estructuras pueden clasificarse en diferentes tipos según su función y forma. Entre las más comunes están las estructuras reticulares, compuestas por elementos conectados que forman una malla; las estructuras de pórticos, basadas en elementos verticales y horizontales que forman marcos rígidos; y las estructuras entramadas, que utilizan un sistema de vigas y columnas. Un ejemplo de estructura reticular es la Torre Eiffel, donde los elementos metálicos forman una malla que distribuye las cargas uniformemente.
Según Salinas (2018), “las estructuras reticulares son aquellas que distribuyen las cargas a través de múltiples nodos, lo que permite que el peso se redistribuya eficientemente” (p. 123).
Módulo Estructural El módulo estructural se refiere a una unidad de medida repetitiva que organiza el diseño estructural. Su función es establecer proporciones ordenadas en los elementos de una construcción. En proyectos arquitectónicos, el uso de un módulo ayuda a estandarizar dimensiones y facilitar la construcción. Por ejemplo, el uso de módulos en viviendas permite la reutilización de elementos estructurales prefabricados.
Según Basurto Aparicio (2009), “el módulo estructural no solo es una herramienta de diseño, sino también una guía para la eficiencia constructiva” (p. 89).
Ejemplo ilustrativo de la estructuración de una edificación. Imagen tomada de la red. Créditos al autor. 2024.
Estructuración según Basurto Aparicio Basurto Aparicio propone una clasificación de las estructuras basada en el comportamiento de las cargas y su distribución. Identifica tres tipos principales de estructuración: la rígida, que distribuye las cargas de manera uniforme; la flexible, que permite mayor movilidad entre elementos; y la mixta, que combina elementos rígidos y flexibles para una distribución óptima.
Para Basurto Aparicio (2009), “la estructuración mixta se emplea en proyectos donde es necesario equilibrar resistencia y flexibilidad, como en zonas sísmicas” (p. 94).
Cargas Vivas y Muertas según el RCDF El Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal (RCDF) distingue entre cargas vivas y cargas muertas. Las cargas muertas son aquellas que corresponden al peso propio de los elementos permanentes de una estructura, como paredes, techos y columnas. En contraste, las cargas vivas son aquellas que varían en el tiempo, como personas, muebles o vehículos.
El RCDF (2016) establece que “las cargas vivas deben considerarse de manera dinámica, ya que varían según la ocupación y uso del espacio” (p. 45).
Tipos de cargas en las edificaciones. Imagen tomada de la red. Créditos al autor. 2024.
Tipos de cargas en las edificaciones. Imagen tomada de la red. Créditos al autor. 2024.
Ecuaciones Estáticas Las ecuaciones estáticas se utilizan para analizar estructuras en equilibrio. En estructuras isostáticas, las ecuaciones de equilibrio (sumatoria de fuerzas y momentos) son suficientes para determinar las reacciones. En estructuras hiperestáticas, hay más incógnitas que ecuaciones de equilibrio, lo que requiere métodos adicionales de análisis.
Salinas (2018) menciona que “la diferencia entre estructuras isostáticas e hiperestáticas radica en la cantidad de incógnitas necesarias para determinar su comportamiento” (p. 132).
Diagrama de Cuerpo Libre El diagrama de cuerpo libre es una representación gráfica que muestra todas las fuerzas actuantes sobre un cuerpo aislado. Este diagrama es esencial para analizar los sistemas estructurales, ya que permite visualizar las fuerzas que interactúan en un elemento específico.
Según Salinas (2018), “el diagrama de cuerpo libre es el primer paso para resolver cualquier problema estructural, ya que permite identificar todas las fuerzas externas e internas que actúan sobre un cuerpo” (p. 136).
Ejemplo ilustrativo de diagrama de cuerpo libre. Imagen tomada de la red. Créditos al autor. 2024.
Ejemplo ilustrativo de diagrama de cuerpo libre. Imagen tomada de la red. Créditos al autor. 2024.
VIDEO SESIÓN 03
CONCLUSIONES DE LA SESIÓN 03
Durante esta sesión, se ha abordado la importancia de los tipos de estructuras, el módulo estructural, y la diferenciación entre cargas vivas y muertas según el RCDF.
Los conceptos de isostaticidad e hiperestaticidad permiten entender el equilibrio en estructuras, mientras que los diagramas de cuerpo libre son herramientas fundamentales para la resolución de problemas estructurales. La correcta aplicación de estos conceptos es esencial para el diseño arquitectónico, asegurando la estabilidad y seguridad de las construcciones.
Referencias
Basurto Aparicio, J. (2009). Estructuración de edificaciones. Editorial Técnica.
Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal (RCDF). (2016). México.
Salinas, F. (2018). Introducción a la mecánica estructural. Editorial Arquitek.
ACTIVIDAD ENTREGABLE DE LA SEMANA 03 Y SU RÚBRICA DE EVALUACIÓN
Ejemplo ilustrativo de un cuadro sinóptico. Imagen tomada de la red. Créditos al autor. 2024.
INSTRUCCIONES DE LA ACTIVIDAD DE LA SESIÓN 02
INSTRUCCIONES DE LA ACTIVIDAD DE LA SESIÓN 02
Objetivo de la sesión: Los estudiantes deberán elaborar un cuadro sinóptico que integre los temas vistos en clase, incluyendo tipos de estructuras, el módulo estructural, cargas vivas y muertas, ecuaciones estáticas, estructuras isostáticas e hiperestáticas, y el diagrama de cuerpo libre El cuadro sinóptico debe incluir ejemplos específicos de cada concepto y deberá ser entregado en la siguiente sesión.
Material necesario: Dispositivos con acceso a internet
Tiempo estimado: 90 minutos.
RÚBRICA DE EVALUACIÓN
PARTICIPACIÓN EN EL FORO (Moodle)
Pregunta:
Caso Práctico: Diseño estructural de una vivienda en el Valle de México
Imagina que eres parte del equipo de diseño de una vivienda unifamiliar que se construirá en el Valle de México, una zona conocida por su alta sismicidad y por tener diferentes tipos de suelos que influyen en la estabilidad estructural. La vivienda tiene dos niveles, y su estructura estará compuesta principalmente de concreto armado.
Tareas:
Identifica y describe qué tipo de estructura recomendarías para esta vivienda (entramada, reticular, etc.) y justifica tu elección basándote en las características del terreno y las cargas (vivas y muertas) que deberá soportar la edificación.
Analiza cómo influirían las cargas vivas y muertas en el diseño estructural de esta vivienda. Asegúrate de considerar el Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal (RCDF) y cómo se deben aplicar las ecuaciones estáticas en este caso
Instrucciones para el foro:
Cada estudiante debe responder a la pregunta con un análisis basado en las normativas y en los conceptos vistos en clase. Luego, debe comentar y responder a las respuestas de al menos dos compañeros, aportando críticas constructivas o ampliaciones del tema. Las respuestas deben tener al menos 500 palabras.
Nota: de no hacer este ejercicio previo, no se calificará la tarea como cumplida.
FIN DE LA
SEMANA 03
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