1.3 Clasificación de las estructuras según el material, el sistema de referencia y su geometría. Para un ingeniero estructural es importante reconocer los distintos tipos de elementos que componen una estructura, y ser capaz de clasificar las estructuras. Según su geometría: Tensores: Los elementos estructurales sometidos a una fuerza de tensión suelen denominarse tensores o puntales. Vigas: Por lo general, las vigas son elementos rectos horizontales que se usan para soportar cargas verticales. Columnas: Los elementos son en su mayor caso verticales y resisten cargas de compresión axial. Armaduras: Estos consisten en elementos delgados, colocados en forma triangular, usados para librar grandes claros. Debido a la disposición geométrica de sus elementos, las cargas que hacen que toda la armadura se deforme d eforme se convierten en fuerzas de tensión o compresión en los elementos. Cables y arcos: Por lo general, los cables son flexibles, soportan cargas en tensión y se utilizan en mayor parte como soporte en puentes o en techos de edificios. Dado que los cables siempre están en tensión, no se volverán inestables ni se colapsaran de manera súbita como puede suceder con las vigas o las armaduras. Marcos: Los marcos se suelen usar en edificios y están compuestos por vigas y columnas conectadas rígidamente o mediante articulaciones. Atendiendo al material de construcción, pueden ser:
Estructuras de acero: Son elementos prefabricados que se preparan pr eparan en un taller y se llevan a la obra listas list as para ser colocadas. Estructuras de hormigón armado: Los miembros del hormigón armado están constituidos por hormigón y barras de acero (cabillas) que son el refuerzo. Su función principal es resistir esfuerzos de compresión, y la del refuerzo, soportar fuerzas de tracción, pero ambos materiales trabajan como una unidad. Estructuras de madera: En esta, los elementos estructurales se fabrican de madera. Requiere gran habilidad para lograr sus uniones, ensambles y conexiones, según el tipo de madera usado, así como una gran precisión para el montaje.
1.4 Grados de libertad en el plano y en el espacio. Cuando una estructura está cargada, los puntos específicos sobre ella, llamados nodos, experimentan desplazamientos desconocidos. A estos desplazamientos se les conoce como grados de libertad para la estructura. Para conocer los grados de libertad se puede considerar que la estructura consiste en una serie de elementos conectados a los nodos, los cuales se encuentran usualmente en las juntas, soportes o extremos de un elemento, o cuando este experimenta un cambio repentino en su sección transversal. En tres dimensiones, cada nodo en un marco o una viga puede tener un máximo de tres desplazamientos lineales y tres desplazamientos de rotación, y en dos dimensiones, cada nodo puede tener a lo sumo dos desplazamientos lineales y un desplazamiento de rotación. Con esto se identifica el número de incógnitas en el problema, con base en los supuestos sobre el comportamiento de la deformación de la estructura. Además una vez que se conoce estos desplazamientos nodales, es posible especificar completamente la deformación de los elementos estructurales y obtener las cargas dentro de los elementos.
1.5 Grados de hiperestaticidad en el plano y espacio. Para garantizar el equilibrio de una estructura o de sus elementos, no solo es necesario satisfacer las ecuaciones de equilibrio, sino que los elementos también deben estar correctamente sujetos o restringidos por sus soportes. En general, una estructura será geométricamente inestable, es decir, se moverá ligeramente o colapsara, si hay menos fuerzas de reacción que ecuaciones de equilibrio, o si hay suficientes reacciones, se producirá inestabilidad si las líneas de acción de las fuerzas de reacción se cruzan en un punto común o son paralelas entre sí. Si la estructura se compone de varios elementos o componentes, la inestabilidad local de uno o varios de estos elementos puede determinarse generalmente mediante inspección. Dado que hay tres ecuaciones de equilibrio disponibles para cada elemento o componente se tiene que: r<3n es inestable r>3n es inestable si las reacciones de los elementos son concurrentes o paralelos o algunos de los componentes forman un mecanismo colapsable. Si para una estructura en particular el número total de componentes de reacción es igual al número de ecuaciones disponibles de equilibrio estático, las incógnitas pueden calcularse y se dice entonces que la estructura es estáticamente determinada externamente. Si el número de incógnitas es mayor que el número de ecuaciones disponible, entonces la estructura es estáticamente indeterminada externamente, si es menor, es inestable ex ternamente.
1.6 Tipos de cargas. En general, las cargas estructurales son clasificadas atendiendo a su carácter y a su duración. Las cargas que suelen aplicarse a edificios se clasifican en: Cargas muertas: aquellas cargas de magnitud constante que permanecen en una sola po sición. Entre ellas están el peso de la estructura considerada, asi como cualquier accesorio que quede permanente unido a ella. Cargas vivas: Aquellas cargas que pueden cambiar su magnitud y posición. Incluyen las cargas de ocupación, los materiales almacenados, las cargas de construcción, las gruas elevadas de servicio y las cargas para operar el equipo. En general, las cargas vivas son inducidas por gravedad. Cargas ambientales: Son las cargas causadas por el ambiente en que se encuentra la estructura. Por lo que se refiere a los edificios, las cargas ambientales son causadas por lluvia, nieve, viento, temperatura, y sismo. Estrictamente hablando, estas también son cargas vivas, pero son el resultado del ambiente en que se localiza la estructura. Cargas de impacto: Los vehículos en movimiento pueden rebotar o desplazarse lateralmente mientras avanzan por un puente, por lo tanto pueden trasmitir un impacto a la cubierta. El porcentaje de aumento de las cargas vivas debido al impacto se denomina factor de impacto. En años recientes se ha llevado a cabo una gran cantidad de investigaciones sobre el tema de cargas de viento. Las fuerzas eólicas actúan como presiones sobre las superficies verticales de barlovento, presiones o succiones sobre superficies inclinadas de barlovento.
Cargas de nieve. En algunas partes de Estados Unidos la carga sobre el techo debida a la nieve puede ser muy grave por lo tanto proteger el techo contra posibles fallas es una preocupación primordial. Por lo común, las cargas de diseño dependen de la forma general de la construcción y la geometría del techo, la exposición al viento, la ubicación, su importancia y si se usa o no calefacción.
