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Historia La ingeniería estructural es considerada como una ciencia recién a partir de 1638 cuando Galileo intentó analizar una viga. Al parecer, hasta entonces, se seguía un criterio puramente empírico para construir.
Imhotep, constructor de la pirámide de Sakkara, es considerado como el primer ingeniero estructural. Las construcciones egipcias usan únicamente vigas y columnas como herramientas estructurales, a diferencia de los Asirios, un pueblo ubicado en la región del alto Tigris, que incorporan también el arco.
Famosos por sus puentes y acueductos, los romanos sobrepasaron a sus antecesores y contemporáneos en los desarrollos de Ingeniería. Desarrollaron el arco semicircular y la cúpula, cuyas ventajas son que, si se les da una forma en particular, hacen que la estructura trabaje sólo a esfuerzo normal.
Hacia el siglo XVI se comenzaron a utilizar las primeras cerchas, que son armaduras de barras rectas unidas mediante nodos. Si las fuerzas son aplicadas en dichos nodos, la estructura trabaja sólo a esfuerzo normal.
El estudio de la resistencia de los materiales es otra herramienta básica en el cálculo de estructuras. Galileo Galilei fue el fundador de esta disciplina con su libro "Dialogo sobre dos nuevas ciencias" en donde estudia la falla de una viga en voladizo. Isaac Newton (1642-1727) introduce el principio de acción y reacción en su obra "Philosophiae naturalis principia mathematica", el cual es utilizado para calcular los esfuerzos que realizan los componentes de la estructura (barras, apoyos, etc.). Por cada fuerza que actúe sobre un cuerpo, este realizará una fuerza igual pero de sentido opuesto.
Grafica 1: Pirámide de Sakkara, Egipto.
Grafica 2: Acueducto de las Ferreras cerca de Tarragona, Cataluña, España. Estructura “Entidad física de carácter unitario, concebida como una organización de cuerpos dispuestos en el espacio de modo que el concepto del todo domina la relación entre las partes”. Según esta definición vemos que una estructura en un ensamblaje de elementos que mantiene su forma y su unidad. Sus objetivos son: resistir cargas resultantes de su uso y de su peso propio y darle forma a un cuerpo, obra civil o máquina.
En el análisis estructural conjugamos conocimientos de ciencias básicas aplicadas al arte de la ingeniería para encontrar fuerzas y deformaciones en una estructura.
El ingeniero estructural se encarga del arreglo y dimensionamiento de las estructuras y sus partes, de tal manera que soporten satisfactoriamente las cargas colocadas sobre ellas. Pueden servir de ayuda a otros ingenieros en proyectos especiales.
¿Qué es un diseño estructural?
Es el proceso creativo mediante el cual el ingeniero estructurista determina la forma y las características de la estructura de una construcción; comprende las etapas de estructuración, análisis y dimensionamiento.
Principios del diseño estructural.
Seguridad: La seguridad se determina controlando las deformaciones excesivas que obligan a que salga de servicio o el rompimiento o separación de alguna de sus partes o de todo el conjunto.
Funcionalidad: La estructura debe mantenerse en funcionamiento durante su vida útil para las cargas de solicitación. Un puente que presenta deformaciones excesivas daría la sensación de inseguridad y la gente dejaría de usarlo, en ese momento deja de ser funcional.
Economía: El aprovechamiento de los recursos determina un reto para el diseño estructural. En la economía se conjuga la creatividad del ingeniero con su conocimiento.
Elementos estructurales más comunes.
Elemento tipo Cable: No posee rigidez para soportar esfuerzos de flexión, compresión o cortantes.
Elemento tipo Columna : Es un elemento con dos dimensiones pequeñas comparadas con la tercera dimensión.
Elemento tipo viga: Es un elemento que tiene dos de sus dimensiones mucho menores que la otra y recibe cargas en el sentido perpendicular a la dimensión mayor.
Elementos tipo Arco : Se comporta o es similar a un cable invertido aunque posee rigidez y resistencia a flexión.
Elementos tipo Cercha: Es un elemento cuya área transversal es pequeña comparada con su longitud y está sometido a cargas netamente axiales aplicadas en sus extremos.
Elementos tipo cascaron: Pueden ser flexibles, en este caso se denominan membranas, o rígidos y se denominan placas.
Elementos tipo muro: Estos elementos se caracterizan por tener dos de sus dimensiones mucho más grandes que la tercera dimensión y porque las cargas actuantes son paralelas a las dimensiones grandes.
Principales sistemas estructurales.
- Cerchas: Este sistema combina elementos tipo cercha donde la disposición de los elementos determina la estabilidad. Pueden ser planas y espaciales
- Armaduras: En este sistema se combinan elementos tipo cercha con elementos tipo viga o columna unidos por articulaciones.
Son estructuras denominadas laminares o de cáscara, que presentan una gran superficie en contraposición con un espesor o una sección muy pequeño. Mantienen su estabilidad y resisten las acciones distribuyendo las cargas por toda su superficie.
Estructuras abovedadas
Son estructuras formadas por arcos y bóvedas que permiten cubrir espacios mayores y aumentar los huecos en las estructuras. Los arcos y las bóvedas están formados por piezas denominadas dovelas que trabajan resistiendo las fuerzas que reciben y transmiten, llamadas empujes, mediante esfuerzos de compresión.
Estructura de armazón
Son estructuras constituidas por una sucesión de elementos horizontales (vigas) y verticales (soportes y pilares) que forman una trama plana, denominada pórtico. Los pórticos son entramados planos o superficiales que forman las estructuras volumétricas mediante elementos de unión con otros pórticos planos.
Estructuras trianguladas
Son estructuras formadas por elementos lineales de poca sección denominadas barras que crean superficies estructurales planas o tridimensionales mediante la repetición de formas triangulares. Las uniones entre barras normalmente no son rígidas para evitar rigideces perjudiciales, sin embargo, sin que exista la posibilidad de que las barras se deformen, los triángulos que forman la pieza base de las estructuras son indeformables.
Estructuras colgantes
Se basan en empleo de elementos tipo cable o cuerda, denominados tirantes; que funcionan únicamente a tracción y sirven para sustentar otros elementos. Es la estructura típica de los puentes colgantes.
Maestría en ingeniería estructural.
La población interesada en continuar sus estudios de postgrado, se ofrece la Maestría en Ingeniería Estructural y Sismoresistente que iniciará en éste 2018. En el Centro Universitario de Occidente (CUNOC) Quetzaltenango, Guatemala.
