En el campo de la ingeniería estructural, existen diferentes elementos que conforman las estructuras y que juegan un papel fundamental en su resistencia y estabilidad. En esta ocasión, nos centraremos en el estudio de los elementos estructurales y cómo se comportan bajo cargas mecánicas. En particular, examinaremos el caso de una barra sometida a tracción uniaxial y también el fenómeno de flexión mecánica en arcadas de pilares y por supuesto, su definición.
Conoce más sobre: ¿Qué es el diseño estructural y en qué consiste?
¿Qué son y para qué sirven?
La estructura de una casa está compuesta por los elementos
resistentes e interconectados que soportan las cargas de la misma. Es decir,
son piezas que conforman el esqueleto y soportan la carga total de la
estructura.
Gracias a estos elementos arquitectónicos se evita que un
edificio se derrumbe y se transmite todo el peso desde la parte superior hasta
el suelo.
Tipos de elementos estructurales en arquitectura
Todos estos elementos cumplen su
función una vez que convergen luego de ser construidos. Veamos en qué consisten
cada uno de estos puntos:
Columnas y castillos
Se tratan de estructuras verticales que garantizan la
integridad de los muros. Aunque las columnas distribuyen el peso del forjado o
la cubierta, los castillos sirven de enlace entre la losa y los cimientos. Como
tales, sirven de soporte vertical de un edificio.
Se construyen columnas y castillos en las intersecciones de
los muros y dentro de ellos. Asimismo, las columnas suelen reforzarse con
barras de acero en su interior para que actúen como barrera sísmica.
Cimientos
Los cimientos son la parte más baja de un edificio o
construcción civil que está directamente conectada al suelo y distribuye con
seguridad el peso de la estructura al suelo. Existen dos categorías de
cimientos: cimientos superficiales y cimientos profundos.
Muros
Los muros son elementos de construcción que dividen,
soportan o contienen distintas partes de un edificio. En arquitectura, estos
elementos son fundamentales porque influyen en la forma, distribución y
estabilidad de una estructura. También ofrecen propiedades térmicas y acústicas
que contribuyen a la seguridad y añaden un toque arquitectónico.
Cadenas y dalas de cerramiento
El cerramiento es un refuerzo armado de concreto que se
apoya en los muros exteriores de una construcción. Sellan los muros de ladrillo
o block de concreto y limitan el tamaño de las aberturas de puertas y ventanas. También
ayudan a repartir la carga de losas. Estos refuerzos difieren de las vigas, y
es importante saber distinguir entre ambos.
Losa
Una losa es un planteamiento estructural fundamental para
crear superficies planas en los edificios. Las losas se caracterizan por ser de
concreto unidireccional o bidireccional en función de la estructura de
refuerzo, el soporte de la viga y la relación de claros.
Barra sometida a tracción uniaxial
Una barra sometida a tracción uniaxial es un elemento
estructural que se utiliza en diversas aplicaciones, como puentes, grúas y
estructuras metálicas. Cuando una barra se encuentra en estado de reposo, está
en equilibrio y no experimenta deformaciones. Sin embargo, cuando se aplica una
fuerza, la barra se somete a tensiones que provocan su elongación en la
dirección de la acción de la fuerza.
El comportamiento de una barra sometida a tracción uniaxial
se puede describir mediante la ley de Hooke, que establece que la deformación
en una barra es directamente proporcional a la fuerza aplicada y al material
del cual está hecha la barra. Esta relación se expresa matemáticamente como:
Deformación = Fuerza / Área * Módulo de elasticidad
Donde la fuerza se mide en Newtons, el área en metros
cuadrados y el módulo de elasticidad en Pascals.
Es importante destacar que, si la fuerza aplicada supera el
límite de elasticidad del material de la barra, esta sufrirá una deformación
plástica permanente.
Una barra sometida a tracción uniaxial se comporta de manera
lineal elástica hasta que la fuerza aplicada alcance su límite de elasticidad,
momento en el cual la barra se deformará plásticamente.
Flexión mecánica en arcadas de pilares
Otro ejemplo de comportamiento estructural es la flexión
mecánica que ocurre en arcadas de pilares. Una arcada es una estructura en
forma de arco utilizada ampliamente en arquitectura y el diseño estructural, tanto en edificios
históricos como en construcciones modernas.
Una arcada se compone de una serie de pilares que soportan
un arco en su parte superior. Cuando se aplican cargas verticales sobre el
arco, los pilares y el arco se deforman debido a la flexión mecánica.
La flexión en una arcada se puede describir mediante la
teoría de la elasticidad, que establece que la deformación en una estructura
está relacionada con las fuerzas aplicadas y las propiedades elásticas de los
materiales.
En el caso de una arcada de pilares, la flexión mecánica
causa tanto la compresión en la parte superior del arco como la tracción en la
parte inferior. Estas fuerzas se distribuyen a lo largo de la estructura,
generando tensiones y deformaciones.
Para calcular las tensiones y deformaciones, se utilizan métodos de análisis estructural, como la teoría de vigas y
la teoría de la elasticidad. Estas teorías permiten determinar la resistencia y
estabilidad de la arcada ante las cargas mecánicas aplicadas.
La flexión mecánica en arcadas de pilares es un fenómeno
estructural que provoca la deformación de los pilares y el arco debido a las
cargas aplicadas. El análisis y diseño de arcadas requiere de un conocimiento
profundo de la teoría de la elasticidad y de técnicas de análisis estructural.
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