Marcos Rígidos
El tipo de estructuración más común hoy en día para
edificios tanto de concreto como de acero es el que utiliza marcos rígidos.
Los marcos formados por columnas y trabes estan unidos
formando uniones rígidas capaces de transmitir los elementos mecánicos en la
viga sin que haya desplazamientos lineales ó angulares entre sus extremos y las
columnas en que se apoya.
Sobre las vigas principales, que además de resistir
las cargas verticales ayudan a resistir las cargas laterales, se apoyan en
algunos casos las vigas secundarias encargadas de soportar el sistema de piso.
El empleo de este sistema se debió al desarrollo de
nuevos materiales y sistemas de construcción (concreto armado, acero soldado) y
a nuevos métodos de análisis y dimensionamiento.
El sistema convencional Losa-Trabe-Columna (Marco
Rígido) ha sufrido variaciones, ejemplo: el desarrollo de la losa plana que al
no contener vigas o trabes redunda en una mayor economía en cimbra, acabados,
peralte, alturas de entrepisos lográndose de esta manera adicionar un entrepiso
por cada 10 construidos.
Otro sistema reciente es el de muros de cortante que
sirve para proporcionar rigidez en el sentido transversal y para resistir las
fuerzas laterales del viento y sismo, así mismo puede soportar las cargas
verticales.
En la actualidad los muros de cortante se recomiendan
en todo edificio que exceda una altura de 15 pisos.
COLUMNAS
Una columna es un elemento axial sometido a
compresión, lo bastante delgado respecto su longitud, para que abajo la acción
de una carga gradualmente creciente se rompa por flexión lateral o pandeo ante
una carga mucho menos que la necesaria para romperlo por aplastamiento. Las
columnas suelen dividirse en dos grupos: “Largas e Intermedias”. A veces, los
elementos cortos a compresión se consideran como un tercer grupo de columnas.
Las diferencias entre los tres grupos vienen determinadas por su
comportamiento. Las columnas largas re rompen por pandeo o flexión lateral; las
intermedias, por combinación de esfuerzas, aplastamiento y pandeo, y los postes
cortos, por aplastamiento.
Una columna ideal es un elemento homogéneo, de sección
recta constante, inicialmente perpendicular al eje, y sometido a compresión.
Sin embargo, las columnas suelen tener siempre pequeñas imperfecciones de
material y de fabricación, así como una inevitable excentricidad accidental en
la aplicación de la carga. La curvatura inicial de la columna, junto con la
posición de la carga, dan lugar a una excentricidad indeterminada, con respecto
al centro de gravedad, en una sección cualquiera. El estado de carga en esta
sección es similar al de un poste corto cargado excéntricamente, y el esfuerzo
resultante está producido por la superposición del esfuerzo directo de
compresión y el esfuerzo de flexión (o mejor dicho, por flexión).
Si la excentricidad es pequeña u el elemento es corto,
la flexión lateral es despreciable, y el esfuerzo de flexión es insignificante
comparado con el esfuerzo de compresión directo. Sin embargo, en un elemento
largo, que es mucho más flexible ya que las flexiones son proporcionales al
cubo de la longitud, con u valor relativamente pequeño de la carga P puede
producirse un esfuerzo de flexión grande, acompañado de un esfuerzo directo de
compresión despreciable. Así, pues, en las dos situaciones extremas, una
columna corta soporta fundamentalmente el esfuerzo directo de compresión, y una
columna larga está sometida principalmente al esfuerzo de flexión. Cuando
aumenta la longitud de una columna disminuye la importancia y efectos del
esfuerzo directo de compresión y aumenta correlativamente las del esfuerzo de
flexión. Por desgracia, en la zona intermedia no es posible determinar
exactamente la forma en que varían estos dos tipos de esfuerzos, o la
proporción con la que cada una contribuye al esfuerzo total. Es esta
indeterminación la que da lugar a la gran variedad de fórmulas para las
columnas intermedias.
No se ha dado, hasta aquí, criterio alguno de
diferenciación entre columnas largas e intermedias, excepto en su forma de
trabajar, es decir, la columna larga está sometida esencialmente a esfuerzos de
flexión y la intermedia lo está a esfuerzos de flexión y compresión directa. La
distribución entre ambos tipos de acuerdo con su longitud sólo puede
comprenderse después de haber estudiado las columnas largas.
Las vigas
La viga es un
elemento fundamental en la construcción, sea ésta de la índole que fuera. Será
el tipo, calidad y fin de la construcción lo que determinará medidas,
materiales de la viga, y sobre todo, su capacidad de sostener y contener pesos
y tensiones.
Una viga está pensada para soportar no sólo presión y
peso, sino también flexión y tensión, según cuál finalidad predomine será el
concepto de viga para ingeniería o arquitectura, que predomine. En principio,
es importante definir que en la teoría de vigas se contempla aquello que es denominado
‘resistencia de los materiales’. Así, es posible calcular la resistencia del
material con que está hecha la viga, y además analizar la tensión de una viga,
sus desplazamientos y el esfuerzo que puede soportar. A lo largo de la historia
de la construcción se han utilizado vigas para innumerables fines y de
diferentes materiales. El material por antonomasia en la elaboración de vigas
ha sido la madera dado que puede soportar todo tipo de tracción, incluso hasta
esfuerzos muy intensos sin sufrir demasiadas alteraciones, y como no ocurre con
otros materiales, como cerámico o ladrillos próximos a quebrarse ante
determinadas presiones qué sí soporta la viga de madera.
La madera es un material de tipo ortotrópico que
presenta, según de qué se obtenga, diferentes niveles de rigidez. Esta mayor o
menor rigidez es la que dará a la viga su fortaleza. Con los avances
tecnológicos y el desarrollo industrial, las vigas pasaron a elaborarse de
hierro y luego, de acero. El acero es un material isotrópico, y las vigas de
acero tienen, por ejemplo, respecto del hormigón una mayor resistencia, pero
menor peso, y puede resistir tanto tracciones como compresiones.
El hormigón como material de llenado y conformación de
vigas, se comenzó a utilizar en el siglo XIX antes del uso del acero y casi
paralelamente a la implementación del hierro como material de elaboración de
las vigas. Una aplicación histórica y fundamental de la viga, particularmente
de madera, ha sido en minería. El uso de vigas de diferente calibre para el
sostén de los túneles cavados en la tierra es sin dudar uno de los fines más
identificados a las vigas.
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