Un soporte estructural es una parte de un edificio o estructura que proporciona la rigidez y resistencia necesarias para resistir las fuerzas internas (fuerzas verticales de gravedad y fuerzas laterales debidas al viento y terremotos) y guiarlas de manera segura hasta el suelo. Las cargas externas (acciones de otros cuerpos) que actúan sobre los edificios provocan fuerzas internas (fuerzas y pares por el resto de la estructura) en las estructuras de soporte del edificio. Los soportes pueden estar en el extremo o en cualquier punto intermedio a lo largo de un miembro estructural o una parte constituyente de un edificio y se denominan conexiones, juntas o restricciones. [1]
La construcción de estructuras de soporte, independientemente de los materiales utilizados, debe dar resultados precisos y seguros. Una estructura depende menos del peso y la rigidez de un material y más de su geometría para su estabilidad. [2] Cualquiera que sea la condición, es necesaria una rigidez específica para los diseños de conexión. El tipo de conexión de soporte tiene efectos sobre la capacidad de carga de cada elemento que conforma un sistema estructural. Cada condición de soporte influye en el comportamiento de los elementos y por tanto, del sistema. Las estructuras pueden ser sistemas de soporte de tramo horizontal (estructuras de piso y techo) o sistemas de estructura de construcción vertical (paredes, marcos, núcleos, etc.) [3]
La estructura es necesaria para los edificios, pero la arquitectura, como idea, no requiere estructura. Cada edificio tiene estructuras portantes y partes no portantes. Los miembros estructurales forman sistemas y transfieren las cargas que actúan sobre los sistemas estructurales, a través de una serie de elementos, al suelo. Los elementos de la estructura del edificio incluyen Línea ( vigas , columnas , cables , marcos o arcos , marcos espaciales , elementos de superficie (paredes, losas o armazones ) y Forma libre. [3]
Los requisitos funcionales de la estructura limitarán las formas posibles que se pueden considerar. Otros factores como la disponibilidad de materiales, las condiciones de los cimientos, los requisitos estéticos y las limitaciones económicas también juegan un papel importante en el establecimiento de la forma estructural. [4] Los sistemas estructurales o todos sus miembros y partes se consideran en equilibrio si los sistemas están inicialmente en reposo y permanecen en reposo cuando un sistema de fuerzas y pares actúa sobre ellos. [5] No son aspectos de un modelo que deban adivinarse. Para poder analizar una estructura es necesario tener claras las fuerzas que pueden resultar bastante complicadas.
Hay dos tipos de fuerzas, Fuerzas Externas que son las acciones de otros cuerpos sobre la estructura bajo consideración y Fuerzas Internas que el resto de la estructura ejerce sobre un miembro o porción de la estructura como fuerzas y pares. [6] Se requiere un poco de deflexión o juego para que una estructura proteja otros materiales circundantes de esas fuerzas.
Hay cinco tipos básicos de estructuras de soporte idealizadas, categorizadas según los tipos de deflexión que limitan: rodillos , pasadores , fijos , colgantes y soportes simples . [1]
Un soporte de rodillo permite la expansión y contracción térmica del tramo y evita daños en otros miembros estructurales, como un soporte con pasadores. La aplicación típica de los soportes de rodillos es en puentes de gran tamaño. En la ingeniería civil, los soportes de rodillos se pueden ver en un extremo de un puente.
Un soporte de rodillos no puede impedir los movimientos de traslación en direcciones horizontales o laterales y cualquier movimiento de rotación, pero impide las traslaciones verticales. [1] [5] Su fuerza de reacción es una fuerza lineal única perpendicular a la superficie y alejada de ella (hacia arriba o hacia abajo). Se supone que este tipo de soporte es capaz de resistir el desplazamiento normal.
Pueden ser cojinetes de goma , balancines o un conjunto de engranajes que permiten un movimiento lateral limitado. Una estructura sobre patines, por ejemplo, permanece en su lugar mientras sólo deba sostenerse a sí misma. Tan pronto como la carga lateral empuja la estructura, una estructura sobre patines se alejará en respuesta a la fuerza.
Un soporte articulado une el único alma de una viga a una viga llamada conexión de corte. El soporte puede ejercer una fuerza sobre un miembro que actúa en cualquier dirección e impedir movimientos de traslación o desplazamiento relativo de los extremos del miembro en todas las direcciones, pero no puede impedir ningún movimiento de rotación . [1] Sus fuerzas de reacción son fuerzas lineales simples de dirección desconocida o fuerzas horizontales y verticales que son componentes de la fuerza única de dirección desconocida. [5]
Un soporte inmovilizado es como un codo humano. Se puede extender y flexionar (rotación), pero no se puede mover el antebrazo de izquierda a derecha (traducción). Una ventaja de los soportes articulados es que no tienen momentos internos y solo su fuerza axial juega un papel importante en su diseño. Sin embargo, un solo soporte con pasadores no puede sujetar completamente una estructura. Se necesitan al menos dos apoyos para resistir el momento. [7] La aplicación en cerchas es una forma frecuente de utilizar este soporte.
Los soportes rígidos o fijos mantienen la relación angular entre los elementos unidos y proporcionan resistencia tanto a la fuerza como al momento. Ejerce fuerzas que actúan en cualquier dirección e impide todos los movimientos de traslación (horizontales y verticales), así como todos los movimientos de rotación de un miembro. Las fuerzas de reacción de estos soportes son componentes horizontales y verticales de una resultante lineal ; un momento. [5] Es un tipo rígido de soporte o conexión. La aplicación del soporte fijo es beneficiosa cuando solo podemos utilizar un soporte único, y la gente más utiliza este tipo como único soporte para un voladizo . [7] Son comunes en conexiones de viga a columna de pórticos de acero resistentes a momentos y en conexiones de vigas, columnas y losas en pórticos de hormigón.
Un soporte de suspensión solo ejerce una fuerza e impide que un miembro actúe o se traslade en la dirección de la suspensión. Sin embargo, este soporte no puede impedir el movimiento de traslación en todas las direcciones ni cualquier movimiento de rotación. [1] [5] Esta es una de las formas estructurales más simples en la que los elementos están en pura tensión. Las estructuras de este tipo van desde estructuras simples arriostradas o atirantadas hasta grandes sistemas de techos y puentes soportados por cables. [4]
Un soporte simple es básicamente donde el miembro estructural descansa sobre una estructura externa como en dos bloques de concreto que sostienen una tabla de madera en su parte superior. Este soporte es similar al soporte de rodillos en el sentido de que restringe las fuerzas verticales pero no las horizontales. Por lo tanto, no se usa ampliamente en estructuras de la vida real a menos que el ingeniero pueda estar seguro de que el miembro no se trasladará. [7]