Las estructuras en la construcción son la parte resistente de la obra y tienen la función de resistir las acciones y transmitirlas al suelo. En los edificios, los principales elementos estructurales son: losas, vigas, columnas y cimientos. La estructura es la manera en que las partes de algo se relacionan entre sí para formar un todo; por tanto, todas las formas naturales y todos los productos humanos están compuestos por estructuras.
No hay forma sin estructura ni estructura sin forma y toda forma cumple una determinada función.
Para sobrevivir, los animales y vegetales tienen que resistir presiones y fuerzas ejercidas sobre ellos y absorber dichas fuerzas dentro de su estructura. Las obras de arquitectura también tienen que resistir presiones y fuerzas.
El arquitecto estructura los espacios para que habiten en ellos los seres humanos y estructura también los diferentes elementos que delimitan los espacios. Todos los elementos de la edificación, desde los cimientos, los soportes, hasta los acabados, tienen estructuras relacionadas entre sí formando la obra arquitectónica.
Las estructuras en la construcción de edificios deben conformar adecuadamente los espacios que se requieren, pero también deben estar preparadas para resistir diferentes fuerzas como la gravedad, los sismos, los vendavales, huracanes y maremotos (si el edificio está cercano al mar), las vibraciones de maquinarias y vehículos pesados, el peso de las personas, máquinas, muebles, etc.
La estructura es parte integral del diseño arquitectónico. Desde que empezamos a imaginar las primeras formas del edificio tenemos que ir pensando en su estructura y en los diferentes materiales de construcción para construirla.
El sistema estructural de una construcción está formado por una serie de elementos conectados entre sí que tienen como función recibir cargas, soportar esfuerzos y transmitir las cargas al suelo garantizando de ese modo que la construcción permanezca estable en el tiempo. Un edificio debe resistir dos tipos de fuerzas: las fuerzas vivas, que no son permanentes, como el viento, los sismos, las personas, los muebles, y las fuerzas muertas que son las permanentes, como las del peso propio de la estructura, incluyendo los diferentes elementos constructivos.
Estas cargas vivas y muertas sobre las estructuras originan que éstas se compriman, se tensionen, se tuerzan, se corten o se flexionen, produciendo deformaciones en los materiales que componen dichas estructuras en la construcción.
Como las estructuras están sobre el suelo es necesario conocer las propiedades de éste, ya que lo vamos a someter a fuerzas externas, es decir, le vamos a colocar pesos encima y necesitamos estar seguros de que los aguantará sin ningún problema.
La calidad, consistencia y pendiente del suelo varían de un lugar a otro, por lo que es necesario analizarlas a fin de lograr la óptima ubicación de las estructuras en la construcción.
Es preciso conocer tanto la profundidad a la que se halla el tipo de suelo resistente como la de los mantos acuíferos, para saber si el suelo podrá soportar las cargas vivas y muertas de las estructuras en la construcción.
A veces basta hacer una excavación en el terreno y efectuar una simple inspección ocular, pero en muchos casos se hace necesario hacer un análisis más profundo, conocer los diferentes estratos del terreno, someterlo a cargas puntuales para conocer su resistencia, analizar las propiedades del suelo en el laboratorio, su resistencia, etc. Existen suelos limosos, arenosos (silíceos o calcáreos), arcillosos (sonsocuitosos), pedregosos (granitos, basaltos, calizas, areniscas, serpentinas, marmóreas, pizarras, etc.) y cada uno de estos suelos se comporta de diferente manera al recibir la carga de los edificios.
Las estructuras en la construcción no van simplemente apoyadas en los suelos, sino que necesitan cimientos, como elementos de transmisión de las cargas al suelo. Los cimientos deben ser resistentes, durables y no alterarse con la humedad.
Antes de construir la cimentación, es necesario descapotar el terreno. La mayor parte de los suelos tienen una capa vegetal que es adecuada para la agricultura pero que es poco resistente para una construcción, por lo que debe ser retirada.
Los cimientos se diseñan según el tipo de suelo y el peso y la forma del edificio, para que transmitan al suelo las cargas adecuadamente. Hay cimientos corridos y cimientos aislados, según vayan debajo de muros o columnas. Existen también cimientos en forma de balsas o de plataforma, los que se usan en suelos de baja calidad sustentante. En zonas selváticas y en lugares en donde llueve mucho, las construcciones se hacen sobre pilotes para aislarlas del suelo siempre húmedo, como sucede en gran parte de las comunidades y poblaciones de la Selva Amazónica.
Cuando los suelos son muy blandos o cuando el manto freático (capa húmeda del subsuelo) está próximo a la superficie y en los trabajos de cimentación en agua, se utilizan pilotes. Estos son elementos de forma alargada y sección circular que se clavan en el suelo y sobre ellos se apoyan los cimientos. En algunos casos, para aumentar la resistencia de los suelos, se les inyecta mortero.
Tipos de estructuras
Las estructuras encierran espacios, sostienen, contienen o retienen materiales y transmiten las cargas al suelo. Un sistema estructural es un conjunto de elementos resistentes capaces de mantener la forma de una edificación a lo largo del tiempo, bajo la acción de cargas a las que va a estar sometido. Al diseñar debemos analizar cuáles estructuras responden mejor a las características de los espacios requeridos y a las condiciones del suelo.
Hay diferentes sistemas estructurales; algunos pueden utilizarse como cierre, otros como cubierta, algunos solamente como soporte y otros pueden servir tanto de soporte como de cierre y cubierta. Estos sistemas pueden clasificarse de la siguiente manera:
Estructuras macizas
- Muros portantes
- Arcos
- Bóvedas
- Cúpulas Esqueletos resistentes:
- Columnas y vigas
- Voladizos o cantilivers
Estructuras laminares
- Losas y placas plegadas
- Cáscaras Armaduras:
- Tijerales o cerchas
- Mallas espaciales
- Geodésicas Estructuras suspendidas:
- Membranas y colgantes
- Neumáticas
Estructuras macizas
Los muros portantes soportan las fuerzas a compresión. Resisten las cargas que les son transmitidas de las cubiertas, entrepisos, muros superiores, etc.
Según su espesor, tipo de material y altura pueden recibir diferentes cargas. Son muy eficientes cuando se cargan de manera uniforme. Logran estabilidad al formar figuras geométricas. Las aberturas en estos muros rompen la continuidad estructural del sistema, por lo que su tamaño y número deben limitarse.
Los arcos, por su forma y disposición, resisten la fuerza de compresión. En sus apoyos se producen reacciones inclinadas que determinan empujes horizontales sobre ellos. Los arcos son de formas muy variadas. Los más resistentes son los que tienen la forma de la catenaria o de la curva parabólica. Son adecuados para hacer aberturas en los muros portantes.
Las bóvedas distribuyen las cargas en un plano curvo hacia soportes continuos. Los esfuerzos que resisten son principalmente los de compresión. Su estabilidad lateral depende de su forma geométrica. No conviene hacerles aberturas porque éstas interrumpen su continuidad estructural. La forma de las bóvedas es simétrica. Originalmente las bóvedas se construían de mampostería, pero actualmente se hacen también con estructuras laminares.
Las cúpulas distribuyen las cargas a los soportes a través de un plano doblemente curvado. Contienen el mayor volumen con la mínima superficie. La cúpula es un arco que gira en un eje vertical; puede fallar y abrirse en su base si no es reforzada con algún anillo tensionante. Tradicionalmente se han construido sobre bases macizas porque se requiere de paredes anchas para soportarlas. Son formas estructurales muy estables.
Si se construyen con mampostería, se les puede hacer una abertura en su parte superior pero no en otros lugares porque se interrumpe la continuidad estructural. La cúpula tradicional de mampostería ha sido reemplazada últimamente por una delgada cáscara o por estructuras geodésicas o mallas espaciales.
Esqueletos resistentes
Las columnas y vigas se componen de elementos horizontales y verticales que soportan fuerzas de comprensión y flexión. Su tamaño depende de las fuerzas que deben soportar. Para cerrar los espacios se requieren elementos autoportantes. El sistema necesita una coordinación modular de los elementos estructurales y los no estructurales. Este modelo puede crecer de manera horizontal y vertical. La subdivisión del espacio puede ser independiente del sistema estructural. Las aberturas no interrumpen la continuidad estructural del sistema.
