LAS FORMAS ESTRUCTURALES

LAS FORMAS ESTRUCTURALES
 
Los ingenieros civiles, los arquitectos  y los constructores han acumulado a lo largo de la historia unas formas que usan en las estructuras que diseñan y/o construyen. Estas formas se diferencian en función de la configuración geométrica (forma) y de las fuerzas internas gobernantes y se combinan para dar como resultado una determinada estructura.
Para suclasificación en este texto se adoptará la nomenclatura de Heinrich Engel en su famoso texto para estudiantes de arquitectura: Sistemas de Estructuras.
  Según Engel las estructuras se clasifican en cinco categorías:  
1.        Estructuras de forma activa; pueden ser a tensión como los cables y a compresión como los arcos y las columnas. Estas estructuras se estudiarán en el próximo capítulo de estasconferencias.

Figura 4.1: “Puente colgante de occidente”, Santa fe de Antioquia, luz principal 286 m , construido entre 1887 y 1895 por José María Villa
2. Estructuras de vector activo: las cerchas, planas o espaciales. Como el estudio de estas formas y los métodos de análisis de ellas ya se trabajaron en cursos anteriores, se hará una breve presentación en el capítulo cinco (5) de estasconferencias, pero la parte fundamental deberá revisarse en el texto de Salazar, ya mencionado, o en los demás textos de la bibliografía.
3. Estructuras de masa activa: las vigas, los pórticos, las placas o losas; son las estructuras que trabajan a flexión. En el capítulo cuatro (4) se hará una revisión de algunos conceptos aplicables a vigas y se extenderán los conceptos de flexión a los pórticos,haciendo énfasis en el dibujo de los diagramas de fuerzas internas. En la asignatura siguiente del plan de estudios se hace el estudio del diseño de las placas de concreto reforzado.
4.Estructuras de superficie activa: las placas planas plegadas; y con curvatura: las carpas, membranas, inflables a tensión, y a compresión: los domos y cascarones. En el capítulo cinco (5) se hace una breve presentaciónde estos sistemas estructurales, cuyo estudio se ha dejado tradicionalmente para cursos de posgrado en ingeniería civil.
5.Estructuras verticales, propias de las torres o edificios altos llamados «rascacielos»; comprenden estructuras de tubo, tubo en tubo, macropórticos, estructuras con núcleos rígidos, cerchas verticales.
 
Figura 4.2: Torre Sears en Chicago, acero estructural; el edificiomás alto en América, 443 m ; sistema: tubos empaquetados; ingeniero estructural: Fazlur Khan (tomada del  sitio web www.bacusa.org)
 
FORMAS ACTIVAS
Son aquellas en que su comportamiento está gobernado, básicamente, por esfuerzos axiales de tensión o compresión. Los cables representan los elementos a tensión y las columnas y los arcos las estructuras a compresión. Son formas muy eficientes,estructuralmente hablando, pues permiten resistir el máximo de carga con el mínimo de material estructural.

Figura 4.3 Puente colgante Golden Gate, San Francisco, luz principal 1280 m.
EL CABLE
E s la estructura a tensión típica. Los cables son las formas más eficientes que se han construido. Son muy flexibles y cambian de forma bajo la acción de cargas concentradas, no poseen rigidez a la flexión,ni resisten fuerzas de compresión. En la naturaleza, la telaraña, nos sirve de ejemplo y muestra las bondades de su comportamiento.
Bajo la acción de fuerzas concentradas grandes (con peso del cable pequeño con relación a las cargas aplicadas), se deforma, presenta tramos rectos entre los apoyos y los puntos de aplicación de las cargas; pierde su perfil original y alcanza el denominado polígonofunicular.
 

Figura 4.4:  Formas activas a tensión
  Cuando las cargas son más repartidas se obtienen formas curvas, como la parábola, comúnmente presentada en los puentes colgantes. Para mantener el equilibrio es necesario que en los apoyos del cable, además de la reacción vertical que equilibra las cargas, exista una reacción horizontal hacia afuera. La magnitud de las tensiones...