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Estructura portante de un edificio

Estructura portante de un edificio: principios e innovaciones

La estructura portante de un edificio es el conjunto de elementos que proporcionan estabilidad y transmiten las cargas al suelo. Conceptos básicos e innovaciones


La estructura portante de un edificio puede considerarse como un esqueleto invisible, una columna vertebral cuyo propósito es soportar y garantizar la estabilidad, resistencia y seguridad del edificio en el tiempo.

En este artículo, nos proponemos explorar el concepto de estructura portante con el objetivo de profundizar en los principios básicos y examinar más de cerca las recientes innovaciones tecnológicas en el campo del diseño estructural en la construcción.

¿Qué se entiende por estructura portante de un edificio?

La estructura portante de un edificio se refiere al conjunto de elementos estructurales, como vigas, columnas, cimientos y otros elementos, que están diseñados para soportar las cargas actuantes (incluido el peso propio de la estructura, las cargas verticales, las cargas horizontales, etc.) con el fin de garantizar la estabilidad, la resistencia y la seguridad del edificio en su conjunto.

Por lo tanto, la estructura portante tiene el propósito de soportar el peso del propio edificio, así como las cargas adicionales, como personas, muebles, equipos, etc. Además, es responsable de la distribución de las fuerzas y presiones generadas por el viento, los terremotos, las acciones accidentales y otras cargas externas.

La estructura portante debe ser capaz de resistir estas solicitaciones y transferirlas al suelo de manera segura y eficiente, con el fin de garantizar la seguridad y la integridad de los ocupantes del edificio. Los principales componentes de una estructura portante incluyen:

1. Cimientos

Son la parte inferior de la estructura y transfieren las cargas verticales al suelo. Los cimientos pueden ser superficiales o profundos según las características del terreno.

2. Pilares y columnas (estructuras portantes verticales)

Incluyen los elementos verticales que soportan las cargas de los pisos superiores del edificio y las transfieren a los cimientos.

3. Vigas y losas (estructuras portantes horizontales)

Incluyen los elementos que se extienden horizontalmente y conectan los pilares o columnas para distribuir las cargas horizontales, como las debidas al viento o a los terremotos.

4. Muros portantes

Algunos edificios pueden tener muros que cumplen una función portante y contribuyen, por lo tanto, a la resistencia y estabilidad del edificio.

5. Sistema de cubierta

Es el conjunto de elementos (como la armadura) que sirven para soportar el peso del revestimiento de la cubierta y tienen la tarea de resistir la acción de las cargas externas causadas por la lluvia, la nieve, el viento y otros factores ambientales.

Componentes de la estructura portante de un edificio

Componentes de la estructura portante de un edificio

¿Cuáles son las estructuras portantes de un edificio?

Existen diferentes tipos de estructuras utilizadas en la construcción de edificios, cada una con características específicas en términos de rendimiento estructural, costes y flexibilidad de diseño. Sin embargo, es posible agrupar los numerosos tipos de estructuras portantes en tres categorías principales, dependiendo del sistema constructivo adoptado:

1. Estructura de muros portantes

Es un tipo de estructura portante que utiliza muros verticales para soportar las cargas verticales y horizontales debido al peso propio del edificio y a las acciones externas, transfiriendo las solicitaciones a los cimientos. Los muros portantes se colocan estratégicamente a lo largo de la planta del edificio y pueden estar hechos de diferentes materiales, como albañilería, hormigón armado o paneles prefabricados multicapa. Este sistema aprovecha la capacidad de resistencia a la compresión de los materiales para absorber y distribuir las solicitaciones estructurales. Los muros portantes ofrecen una buena resistencia a las cargas y pueden contribuir a la estabilidad general del edificio. Sin embargo, el sistema de muros portantes puede limitar la flexibilidad de diseño y puede requerir espesores mayores de los muros para soportar cargas más pesadas.

2. Estructura de pórticos

El sistema de pórticos se basa en el uso de vigas horizontales y columnas verticales que trabajan juntas para crear un esqueleto portante extremadamente resistente. Las vigas transfieren la carga horizontal a las columnas o pilares, que a su vez la distribuyen a los cimientos. Este sistema ofrece una mayor flexibilidad de diseño que los muros portantes, ya que permite diseñar espacios abiertos y aberturas amplias. Las vigas y columnas pueden estar hechas de diferentes materiales, como acero o hormigón armado, según las necesidades estructurales. El sistema de pórticos se utiliza comúnmente en edificios de gran tamaño, como los comerciales o industriales, donde se requiere una mayor flexibilidad en los espacios interiores.

3. Estructura mixta

Se refiere a un tipo de estructura que combina las características de los dos sistemas mencionados anteriormente. En este sistema, los muros portantes trabajan en conjunto con vigas y columnas para crear una estructura integrada resistente. Este sistema ofrece una combinación de resistencia estructural y flexibilidad de diseño. Los materiales utilizados pueden variar según las especificaciones del proyecto y los requisitos de rendimiento. La estructura mixta se utiliza frecuentemente en edificios de tamaño mediano y grande, donde se necesita lograr un equilibrio entre la estabilidad estructural y el diseño arquitectónico.

Tipos de estructuras portantes de edificios

Tipos de estructuras portantes de edificios

Materiales tradicionalmente utilizados en las estructuras portantes

Las estructuras portantes de los edificios también pueden clasificarse según los materiales utilizados en su construcción. A continuación, analizaremos algunos de los tipos estructurales más comunes:

Mampostería portante

Es uno de los tipos más antiguos y tradicionales. Utiliza ladrillos o bloques de piedra conectados entre sí con mortero para crear muros portantes. La mampostería puede estar hecha de diferentes materiales, como ladrillos de arcilla, bloques de cemento o piedra natural, o elementos de ladrillo. Este tipo de estructura se aprecia por su resistencia al fuego y a la intemperie, pero puede estar limitada en términos de flexibilidad de diseño y resistencia sísmica.

Hormigón armado

Representa el tipo más común y versátil, ya que permite construir estructuras de pórticos formadas por vigas y columnas. Combina el hormigón, un material resistente a la compresión, con el acero, resistente a la tracción. Esta combinación crea un material compuesto que ofrece buena resistencia, estabilidad y durabilidad con el tiempo. Las estructuras de hormigón armado se utilizan en una amplia gama de edificios, desde viviendas residenciales hasta comerciales e industriales.

Acero

Las estructuras de acero son ampliamente utilizadas en la arquitectura moderna. El acero ofrece una serie de ventajas, como alta resistencia mecánica, ligereza y posibilidad de prefabricación. Las estructuras de acero ofrecen una mayor flexibilidad de diseño. Su versatilidad permite crear amplias aberturas, espacios abiertos y formas arquitectónicas complejas. Sin embargo, es importante tomar medidas adecuadas de protección contra la corrosión para garantizar la integridad de los elementos estructurales de acero con el tiempo y contra el fuego.

Madera

El uso de madera para construir la estructura portante de un edificio es una opción sostenible y ecológica. Es un material natural que ofrece buena resistencia a la compresión y tracción, es muy ligero y fácil de trabajar, y garantiza una flexibilidad adecuada en el diseño de espacios. Las estructuras de madera ofrecen una excelente resistencia sísmica y alta capacidad de aislamiento térmico. Sin embargo, pueden requerir protecciones especiales contra la humedad, insectos y fuego.

Ejemplos de estructuras portantes innovadoras

En los últimos años, con el advenimiento de tecnologías innovadoras, se han desarrollado nuevos tipos estructurales que proporcionan ventajas adicionales en términos de resistencia, ligereza y flexibilidad de diseño, y ofrecen soluciones creativas y sostenibles para la construcción de edificios. Examinemos juntos algunas de las innovaciones más interesantes en este campo:

1. Estructuras portantes prefabricadas

Se basan en el uso de elementos estructurales que se fabrican en un lugar diferente al sitio de construcción principal, para luego ser transportados y ensamblados en obra. Esta metodología ofrece numerosas ventajas, como una mayor velocidad de construcción, reducción de costes y mejor control de calidad. Las estructuras portantes prefabricadas pueden incluir elementos como pilares, vigas, paneles de pared y suelos, que se producen con la máxima precisión y eficiencia en instalaciones especializadas. La adopción de esta metodología no solo acelera el proceso de construcción, sino que también contribuye a mejorar la seguridad en obra y reducir el desperdicio de materiales.

2. Estructuras portantes de marco híbrido

Estas estructuras combinan diferentes materiales, como acero y madera, para aprovechar las características positivas de ambos. El acero ofrece resistencia y durabilidad, mientras que la madera proporciona confort térmico y un aspecto estético natural. Estas estructuras portantes se utilizan en la construcción de edificios residenciales y comerciales, y permiten una mayor versatilidad de diseño, además de una reducción del impacto ambiental.

3. Estructuras portantes de materiales compuestos

Los materiales compuestos reforzados combinan fibras de vidrio o carbono con resinas poliméricas, y se utilizan para crear estructuras ligeras de alta resistencia. Estos materiales son conocidos por su durabilidad y requieren poco mantenimiento. Su capacidad para alcanzar resistencias excepcionales y garantizar la máxima flexibilidad los hace especialmente adecuados para edificios de alta tecnología, como rascacielos o estructuras aeroespaciales.

4. Estructuras portantes de membrana tensostática

Son sistemas que utilizan membranas textiles tensadas para crear estructuras portantes ligeras y flexibles. Las membranas tensostáticas pueden estar hechas de materiales como poliéster o PTFE y se tensan entre pilares o vigas para crear espacios cubiertos. Se utilizan ampliamente en cubiertas de estadios, áreas recreativas y estructuras temporales.

5. Estructuras portantes de impresión 3D

La tecnología de impresión 3D se ha aplicado a la construcción de estructuras portantes para permitir la creación de formas complejas y personalizadas. Esta técnica se puede utilizar para crear elementos estructurales en hormigón u otros materiales, reduciendo los tiempos de construcción y el consumo de recursos. Las estructuras portantes impresas en 3D también ofrecen la posibilidad de diseñar formas optimizadas desde el punto de vista estructural.

6. Estructuras portantes sostenibles

El creciente enfoque en el medio ambiente ha llevado al desarrollo de estructuras portantes que integran principios de sostenibilidad y eficiencia. Estas estructuras utilizan materiales reciclables, un diseño basado en el ahorro energético y la integración con sistemas de energía renovable. Por lo tanto, las estructuras portantes sostenibles tienen como objetivo reducir el impacto ambiental de los edificios y promover una mayor eficiencia energética.

7. Estructuras de acero de alta resistencia

Son estructuras que aprovechan el uso de aceros especiales con propiedades mecánicas superiores al acero tradicional. Estos aceros de alta resistencia ofrecen una mayor capacidad para soportar cargas y esfuerzos, y permiten la construcción de estructuras portantes más ligeras y esbeltas. Las estructuras de acero de alta resistencia se utilizan en diversas aplicaciones, como rascacielos, puentes y estructuras industriales. Ofrecen una combinación de prestaciones estructurales excepcionales y un notable ahorro de materiales.

8. Estructuras con materiales de memoria de forma

Los materiales de memoria de forma son aquellos que pueden volver a su forma original después de haber sido deformados. Las estructuras portantes pueden aprovechar la capacidad de estos materiales, como las aleaciones de níquel-titanio, para adaptarse a diferentes condiciones de carga y deformación. Estos materiales pueden ser utilizados para crear elementos estructurales que se auto-reparan o se adaptan automáticamente a las variaciones de las condiciones ambientales. Las estructuras con materiales de memoria de forma encuentran aplicación en diversos sectores, como la construcción, la aeronáutica y la automoción, ofreciendo un enfoque innovador y adaptable al diseño estructural.

El diseño de las estructuras portantes de un edificio

Las estructuras portantes representan uno de los elementos cruciales en el diseño y construcción de edificios. Al diseñar una estructura portante, es fundamental considerar una serie de factores, incluidas las cargas verticales y horizontales, así como las fuerzas sísmicas y del viento que pueden actuar sobre el edificio.

El uso de software especializado de análisis estructural desempeña un papel crucial en garantizar la precisión, eficiencia y seguridad de todo el proceso. Estas herramientas permiten a los ingenieros modelar las estructuras de manera detallada y precisa, teniendo en cuenta todas las cargas y fuerzas que actúan sobre el edificio.

En particular, el uso de esta herramienta ofrece varios beneficios:

  • modelado detallado: crea modelos tridimensionales detallados de las estructuras y visualiza de manera clara y precisa cada componente del edificio y su interacción con las cargas aplicadas;
  • análisis de cargas: realiza análisis avanzados sobre las cargas verticales y horizontales que actúan sobre el edificio, y proporciona resultados detallados y precisos que guían el proceso de diseño;
  • simulaciones sísmicas y de viento: gracias a su capacidad para simular las fuerzas sísmicas y de viento, evalúa de manera precisa la respuesta estructural del edificio y adopta las medidas necesarias para garantizar su estabilidad y seguridad;
  • ahorro de tiempo y recursos: mediante la automatización de muchas operaciones de cálculo y análisis, se reducen significativamente los tiempos y costes asociados al proceso de diseño, garantizando al mismo tiempo resultados de alta calidad y profesionalismo.
Diseño de estructuras portantes - Edilus

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