Fundamentos Esenciales de Ingeniería Estructural y Construcción Civil

Elementos Estructurales Fundamentales

  • Subestructura: Se refiere a la cimentación.
  • Estructura: Comprende los elementos verticales y horizontales.
  • Superestructura: Incluye la techumbre y la losa de azotea.

Tipos de Cimentación

  • Superficial o somera.
  • Profunda:
    • Por fricción.
    • Por compensación.

Componentes Estructurales

  • Elementos verticales: Columnas, muros de carga.
  • Elementos horizontales: Vigas, trabes y losas.

Conceptos Clave en Obra

El frente del terreno es donde lo indiquen las escrituras.

¿Cómo encontrar el nivel 0? Se establece en la mitad del terreno y la mitad de la banqueta, horizontalmente.

Terminología Específica

  • Hincar: No enterrar.
  • Izar: No levantar.

Patologías y Fallas Estructurales

  • Fisura: Cuestión estética menor a 3 mm. Su reparación consiste en calafatearlas.
  • Grieta: Cuestión estructural mayor a 3 mm. Su reparación consiste en grapas de unión; si el muro es de carga, implica una reconstrucción.
  • Asentamiento diferencial (45°): Falla más peligrosa.
  • Grieta vertical: Cuando no hay castillos, fallo por cortante.
  • Grieta por secciones: Fallo por aplastamiento.
  • Columna: Se corta horizontalmente (falta de estribos).
  • Viga: Se corta verticalmente.
  • Solución: Calafatear o usar fibra de carbono.

Diagrama de Cuerpo Libre

Simplificación de la estructura.

Componentes del Diagrama

  • Elemento estructural (horizontal y vertical).
  • Apoyo de la estructura.
  • Ejes del proyecto arquitectónico.
  • Carga o acción (vector).

Tipos de Cargas Estructurales

Cargas Gravitacionales

  • Peso Muerto: Losas, acabados, equipo, muebles, peso propio.
  • Carga Viva: Personas, vibración, objetos en movimiento.
  • Carga Muerta.
  • Carga de Servicio: Sumatoria (∑) de cargas.

Cargas Accidentales

  • Precipitación.
  • Sismo.
  • Vientos:
    • Superficies continuas.
    • Altura del edificio.

Resonancia Estructural

Fenómeno que ocurre cuando el movimiento de un factor externo coincide con la frecuencia natural de vibración de la estructura.

  • Evitar por sismo: Con disipadores de energía.
  • Evitar por viento: Mediante cambios de alturas y entrepisos.

Fallas Estructurales Específicas

Fallas por Flexión

  • En vigas: A 45°.

Fallas por Cortante

  • En vigas: Se propagan desde el centro hacia afuera.

Fallas Combinadas (Flexión y Cortante)

  • Se desprende el concreto y queda el acero expuesto.

Fallas en Columnas

  • Casi verticales: por flexión o aplastamiento (se forma una «pancita»).

Causas Comunes de Fallas

  • Exceso de carga.
  • Mal cálculo o diseño estructural.

Las columnas de acero jamás deben ser «ahogadas» en concreto.

Elementos de Mampostería y Contención

Muros

  • Muros: De piso a techo.
  • Muretes: Muros de menor altura.
  • Mochetas: Muros de menos de 1.5 m de longitud.
  • Castillos: Elementos verticales de refuerzo, colocados cada 3 o 4 m.
  • Dobles alturas: En estos casos, los elementos verticales ya no son castillos, sino columnas.
  • Pretil: Muro bajo en azotea.
  • Sardineles: Elementos que dividen una zona húmeda de una seca (ejemplo: en regaderas).

Tipos de Pavimentos

Pavimentos Rígidos

  • No se deforman.
  • Vida útil larga (20 a 30 años).
  • No requieren mucha inversión en mantenimiento preventivo, pero sí en correctivo.
    • Preventivo: Busca evitar el daño.
    • Correctivo: Se aplica cuando ya hay daño y es necesario corregir.
  • Si se daña, no se puede corregir; se reconstruye.
  • Contiene dos capas:
    • Carpeta (pavimento).
    • Subbase (terracería).

Pavimentos Flexibles

  • Son lo contrario a los rígidos.
  • Contiene tres capas:
    • Carpeta.
    • Base.
    • Subbase.

Dimensiones Viales

  • Ancho de corona: Ancho de calle (mínimo 3.5 m).
  • Centro de línea: Línea central entre carriles.
  • Acotamiento (orillas): De 0.30 a 1.5 m.
  • Arroyo vehicular: Sumatoria (∑) de ancho de corona + acotamiento + centro de línea.

Consideraciones Adicionales en Construcción

Si hay cambio de material, se debe colocar neopreno (ej. concreto-acero o acero-acero).

Elementos de Banqueta y Guarniciones

  • Luz: Peralte de banqueta.
  • Guarnición trapezoidal: 0.50 x 0.30 x 0.15 m.
  • Guarnición rectangular: 0.15 x 0.60 x 0.15 m.
  • Las guarniciones sirven para proteger al peatón, evitar inundaciones y contener el empuje de la tierra.

MIA: Manifestación de Impacto Ambiental.

Geotecnia y Cimentaciones

Asentamiento Diferencial

  • Daños químicos: Si hay corrosión, no tiene solución.
  • Objetivo de la cimentación: Controlar el hundimiento.
  • Estratos: Capas de suelos (término técnico, no «capas de suelos»).
  • La capa vegetal cuenta como primer estrato.
  • Discontinuidad geológica: Cuando los estratos no son uniformes en toda el área.
  • SPT: Sondeo de Penetración Estándar.
  • Ubicación del pozo: Donde CONAGUA lo indique.

Afine de Taludes

  • Talud: Superficie inclinada (hipotenusa o taludes diagonales).
  • Patada: Base del talud.
  • Línea cero: Intersección entre la patada y el tepetate.

Tipos de Taludes

  • Tepetate.
  • Tierra armada (para taludes verticales).
    • Utiliza varillas de acero.

Si las plataformas están hechas de tierra, se denominan terraplenes.

Si son de piedra, se denominan pedraplenes.

Geotextiles

  • Geomalla.
  • Geomembrana (usada en tanques de tormenta, requiere anclas).
  • Hidrosiembra.

Construcción en Laderas y Cerros

  • Anclas: Placas de acero con varilla de acero que se hunden en concreto.
  • Malla ciclónica.
  • Concreto lanzado con malla de acero y anclas.

Seguridad en Obra

Arnés de Seguridad

Puntos de ajuste:

  • Axilas.
  • Pecho.
  • Cintura.
  • Ingles.

Lloraderos y Muros de Contención

Actualmente, los lloraderos no solo expulsan agua, sino que también equilibran la presión, buscando que la presión interna (tierra o cerro) sea igual a la presión externa (aire).

  • SLA: Superficie Libre de Agua.
  • Cuña de presiones: Vectores que ejercen empuje sobre un elemento.
  • Muros gaviones: Mallas de acero rellenas de piedras.
  • Muros de contención: Diseñados para contener tierra o cerros. Incluyen:
    • Plantilla rompedora de capilaridad (cama de grava).
    • Muro de contención con lloradero (este sí expulsa agua).

Tipos de Muros de Contención

  • Muros de contención de mampostería.
  • Muros de contención de concreto armado.

Dentellón: Elemento que sobresale de una losa de cimentación, como una contratrabe.

Instalaciones Eléctricas

Todos los tubos eléctricos se llenan hasta el 30% de su capacidad.

  • Disparos: Varillas que sobresalen de una placa y se aprietan con tuercas.
  • Tierra física: Conexión a tierra que incluye: «Coca» (vuelta de cable de cobre de la instalación eléctrica, diseñada para que el cable no trabaje a tensión y esté relajado), registro y varilla Copperweld.

Fisuras en Losas

  • Si una losa está «colgada»: indica falta de acero.
  • Los elementos de concreto antiguo no deben ser modificados.
  • Si presenta fisuras a 45°, generalmente no tienen solución.
  • Si no tienen una dirección vertical, horizontal o a 45°, indica que faltó vibrar el concreto.
    • Varilla.
    • Vibrador.
    • Siempre de forma vertical.

Tipos de Cargas (Representación Vectorial)

Representación gráfica de un fenómeno físico (línea).

Se conforman de:

  • Dirección (ejes X, Y, Z).
  • Sentido (+Y, -Y).
  • Magnitud (valor, ej. 8; unidad, ej. kg).

Clasificación de Cargas

  • Carga Puntual: (kg, ton, N) Ejemplos: tinaco, antena.
  • Carga Uniformemente Distribuida: (kg/m, ton/m, N/m) Ejemplos: viga, losa, columnas, acabados, lámparas.
  • Carga Lineal, Distribuida o Triangular: (Representación gráfica: —–). Ejemplos: tierra armada, cisterna.