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2.4. Sistemas Estructurales para Arquitectura (STR)
Sistemas Estructurales para Arquitectura proporciona el conocimiento esencial del comportamiento estructural, las propiedades de los materiales y los mecanismos de transferencia de carga necesarios para diseñar edificios seguros, eficientes y expresivos. Abarca desde la mecánica fundamental hasta temas avanzados como estructuras de grandes luces, diseño sísmico y optimización asistida por IA. Los estudiantes aprenden a colaborar eficazmente con ingenieros estructurales y a integrar la lógica estructural como un motor generador de la forma arquitectónica.
2.4.1. STR/Principios y Mecánica Estructural (Core Tier1: 1 hr, Core Tier2: 1 hr) ↑ Volver arriba
Cubre los principios fundamentales de la mecánica estructural: equilibrio, trayectorias de carga, fuerzas internas (tracción, compresión, corte, flexión, torsión) y el comportamiento de los materiales estructurales bajo carga.
Temas:
Core
- Tipos de cargas: muertas, vivas, nieve, viento, sísmicas y térmicas; combinaciones de cargas según ASCE 7
- Relaciones tensión-deformación para materiales estructurales comunes: comportamiento elástico y plástico, límite elástico, resistencia última, módulo de elasticidad y ductilidad
- Ecuaciones de equilibrio estático (\(\sum F_x = 0\), \(\sum F_y = 0\), \(\sum M = 0\)) y cálculo de reacciones en vigas, cerchas y pórticos simples
- Análisis de cerchas: método de nodos, método de secciones, miembros de fuerza cero y configuraciones de cerchas (howe, pratt, warren, vierendeel) para diferentes condiciones de luz
- Deflexión de vigas: método de área de momentos, superposición y el papel de los límites de deflexión (L/360, L/240) en el diseño de serviciabilidad
Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:
- Describir los principales tipos de cargas estructurales y fuerzas internas, y explicar cómo influyen en el dimensionamiento y la configuración de los elementos estructurales [Familiarizarse]
- Calcular reacciones, diagramas de corte y momento, y deflexión en vigas y cerchas estáticamente determinadas simples [Usar]
- Evaluar la adecuación estructural de una configuración de viga o cercha simple frente a criterios de carga [Evaluar]
2.4.2. STR/Trayectoria de Carga Vertical y Cimentación (Core Tier1: 1 hr, Core Tier2: 1 hr) ↑ Volver arriba
Cubre la trayectoria de carga por gravedad desde los elementos estructurales hasta la cimentación: comportamiento de columnas y muros, sistemas de cimentación, y coordinación de la malla estructural.
Temas:
Core
- Sistemas de carga vertical: columnas cortas vs. esbeltas, pandeo (Euler), factor de longitud efectiva; muros de carga (mampostería, hormigón, madera, montantes de acero)
- Sistemas de cimentación y transferencia de carga: zapatas aisladas, zapatas continuas, encepados de pilotes, vigas de atado
- Diseño de la malla estructural: dimensiones de los vanos, implicaciones del espaciado de columnas para los forjados (losas unidireccionales vs.
Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:
- Identificar los elementos principales de carga vertical y los sistemas de cimentación de un edificio, y describir cómo se transfieren las cargas desde la malla estructural hasta la cimentación [Familiarizarse]
- Seleccionar y configurar un sistema apropiado de columnas/muros, tipo de cimentación, y malla estructural para un edificio de media altura, considerando el programa y la disponibilidad de materiales [Usar]
- Evaluar la trayectoria de carga vertical de un edificio por su continuidad y la adecuación de la cimentación, identificando posibles discontinuidades en la transferencia de carga [Evaluar]
2.4.3. STR/Sistemas Estructurales Residenciales y Vernáculos (Core Tier1: 1 hr, Core Tier2: 1 hr) ↑ Volver arriba
Cubre los sistemas estructurales más usados en la construcción unifamiliar y de baja altura, desde la albañilería confinada de ingeniería hasta la madera y la construcción en tierra reforzada vernáculas.
Temas:
Core
- Albañilería confinada: muros de albañilería confinados por columnas y vigas de amarre de concreto armado vaciadas in situ, su comportamiento sísmico y modos de falla, y su rol como el sistema constructivo residencial dominante en el Perú bajo la Norma E.070 del RNE
- Sistemas estructurales de madera: entramado pesado de postes y vigas, entramado ligero (platform framing), madera laminada masiva (CLT, glulam), y las conexiones que distinguen la trayectoria de carga y el comportamiento sísmico de cada sistema
- Adobe reforzado y mejorado: refuerzo sísmico de muros de tierra con geomalla, caña, o malla de alambre para mitigar la falla frágil del adobe simple, según la Norma E.080 del RNE
Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:
- Identificar la albañilería confinada, la madera, y la construcción en tierra reforzada como sistemas estructurales, y describir su comportamiento sísmico, modos de falla, y contextos de uso apropiados [Familiarizarse]
- Seleccionar y detallar un sistema estructural residencial apropiado - albañilería confinada, entramado de madera, o adobe reforzado - para una vivienda unifamiliar, considerando la disponibilidad de materiales, el costo, y el desempeño sísmico [Usar]
- Evaluar el sistema estructural de una vivienda unifamiliar por su adecuación sísmica y constructibilidad, identificando vacíos de cumplimiento normativo bajo la Norma E.070 o E.080 del RNE según corresponda [Evaluar]
2.4.4. STR/Sistemas de Resistencia a Cargas Laterales (Core Tier1: 1 hr, Core Tier2: 1 hr) ↑ Volver arriba
Cubre los sistemas estructurales que resisten cargas laterales (viento y sismo) en edificios de media altura: pórticos resistentes a momento y arriostrados, muros de corte, y los diafragmas que les transfieren las cargas laterales.
Temas:
Core
- Sistemas de resistencia a cargas horizontales: pórticos resistentes a momento (conexiones rígidas), pórticos arriostrados (concéntricos, excéntricos), muros de corte (hormigón
- Diafragmas de piso y cubierta: comportamiento del diafragma rígido vs. flexible, fuerzas de cordón, elementos colectores
Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:
- Identificar los sistemas principales de resistencia a cargas laterales - pórticos resistentes a momento, pórticos arriostrados, muros de corte - y describir el rol de los diafragmas de piso y cubierta en transferirles las cargas laterales [Familiarizarse]
- Seleccionar y configurar un sistema apropiado de resistencia a cargas laterales - pórtico resistente a momento, pórtico arriostrado, o muro de corte - para un edificio de vivienda colectiva de media altura, coordinándolo con el diafragma de piso [Usar]
- Evaluar el sistema lateral de un edificio de media altura por irregularidades de configuración (pisos blandos, irregularidades torsionales) y continuidad del diafragma [Evaluar]
2.4.5. STR/Estructuras de Gran Luz y Especiales (Core Tier1: 1 hr, Core Tier2: 1 hr) ↑ Volver arriba
Cubre sistemas estructurales para grandes luces libres: arcos, bóvedas, cúpulas, estructuras espaciales, cerchas, redes de cables, membranas tensiles y placas plegadas.
Temas:
Core
- Arcos y bóvedas: geometría funicular de compresión, requisitos de contrarresto, bóvedas nervadas vs. continuas, y aplicaciones históricas y contemporáneas (Guastavino, Candela)
- Cúpulas y cascarones: teoría de membranas, fuerzas del anillo de borde, pandeo en cascarones delgados, cúpulas geodésicas (Fuller) y cascarones de hormigón armado (Nervi, Isler)
- Estructuras espaciales y cerchas de gran luz: acción de celosía tridimensional, diseño de nodos, sistemas modulares (Mero, Unistrut) y aplicación en estadios, aeropuertos
- Estructuras tensiles y de cables: redes de cables (Frei Otto), membranas textiles (fibra de vidrio recubierta de PTFE, ETFE), diseño de mástiles y anclajes,
- Estructuras de placas plegadas: geometría corrugada para rigidez, cubiertas de hormigón de placas plegadas y sistemas de placas plegadas de madera (CLT plegado)
Non Core
- Estructuras desplegables y transformables: articulaciones de tijera, sistemas pantográficos y su aplicación en cubiertas retráctiles, refugios de emergencia y arquitectura cinética
Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:
- Describir los principales sistemas estructurales de gran luz - arcos, cúpulas, estructuras espaciales, membranas tensiles - e identificar el rango de luz apropiado [Familiarizarse]
- Seleccionar y conceptualizar un sistema estructural de gran luz para un programa dado (ej., estadio, terminal de aeropuerto, centro de convenciones) [Usar]
- Evaluar la eficiencia estructural y la expresión arquitectónica de una estructura construida de gran luz, analizando su trayectoria de carga, estabilidad [Evaluar]
2.4.6. STR/Morfología Estructural y Búsqueda de Forma (Core Tier1: 1 hr, Core Tier2: 1 hr) ↑ Volver arriba
Cubre la relación entre la forma estructural y el flujo de fuerzas internas: geometría funicular, estática gráfica, búsqueda de forma física y optimización computacional para la eficiencia material.
Temas:
Core
- Formas funiculares: geometrías de solo compresión (arcos, bóvedas) y de solo tensión (cables); la relación entre la forma y las fuerzas internas
- Estática gráfica: diagrama de forma, diagrama de fuerzas y su relación recíproca para el diseño funicular; aplicación a cerchas y análisis de bóvedas de mampostería
- Búsqueda de forma física: modelos de cadena colgante (Gaudi), análogos de película de jabón y encofrados textiles
- Búsqueda de forma computacional: relajación dinámica, sistemas partícula-resorte y optimización de forma basada en elementos finitos para geometrías de superficie mínima
Non Core
- Optimización topológica para el diseño estructural: método SIMP, distribución sólido-vacío y generación de morfologías estructurales eficientes en material similares a huesos para
Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:
- Describir el concepto de forma funicular y explicar cómo se puede derivar la forma de una estructura a partir de su flujo de fuerzas internas utilizando la estática gráfica o la [Familiarizarse]
- Aplicar la estática gráfica o la búsqueda de forma computacional para diseñar una estructura de solo compresión o solo tensión que esté en equilibrio axial puro para una carga [Usar]
- Evaluar una estructura de forma encontrada por su eficiencia material e integridad estructural, comparando su rendimiento con una contraparte diseñada convencionalmente [Evaluar]
2.4.7. STR/Análisis Estructural Computacional (Core Tier1: 1 hr, Core Tier2: 1 hr) ↑ Volver arriba
Cubre el uso de herramientas computacionales para el análisis estructural: métodos de elementos finitos, flujos de trabajo de análisis integrados con BIM y modelado estructural paramétrico para la exploración iterativa del diseño.
Temas:
Core
- Fundamentos del método de elementos finitos: discretización, tipos de elementos (viga, cascarón, sólido), condiciones de contorno, aplicación de cargas
- Modelado estructural paramétrico: vinculación de parámetros geométricos (luz, espaciado, canto) a los resultados del análisis mediante Grasshopper-Karamba o Dynamo-Robot
- Flujos de trabajo estructurales basados en BIM: modelo de análisis estructural a partir del BIM arquitectónico (Revit, Tekla), intercambio de datos a través de IFC o CIS/2, desde el lado del análisis estructural. Ver también: BIM para Coordinación Estructural y MEP
- Análisis de estabilidad: análisis de pandeo por valores propios para estructuras esbeltas, análisis geométricamente no lineal para redes de cables y membranas,
Non Core
- Análisis de material no lineal: plasticidad, fisuración en hormigón, comportamiento post-fluencia del acero
Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:
- Describir los pasos de un flujo de trabajo de análisis estructural por elementos finitos y el papel del refinamiento de la malla, las condiciones de contorno [Familiarizarse]
- Configurar un modelo estructural paramétrico para analizar la tensión y la deflexión de una viga o pórtico bajo parámetros geométricos variables [Usar]
- Evaluar los resultados de un análisis estructural computacional por su plausibilidad y convergencia, identificando errores de modelado o suposiciones poco realistas en las cargas [Evaluar]
2.4.8. STR/Cimentación y Consideraciones Geotécnicas (Core Tier1: 1 hr, Core Tier2: 1 hr) ↑ Volver arriba
Cubre la interacción entre los edificios y el terreno: propiedades del suelo, capacidad portante, asentamiento, tipos de cimentaciones y estructuras de contención.
Temas:
Core
- Propiedades del suelo e investigación del sitio: distribución granulométrica, límites de Atterberg, resistencia al corte (cohesión, ángulo de fricción), compresibilidad
- Capacidad portante y asentamiento: ecuación de capacidad portante de Terzaghi, presión admisible, asentamiento inmediato y por consolidación,
- Cimentaciones superficiales: zapatas aisladas, zapatas continuas, losas de cimentación (raft); dimensionamiento para cargas de columna y arranque, detalle de armaduras
- Cimentaciones profundas: pilotes hincados (acero, hormigón, madera), pilotes perforados (caissons), capacidad de los pilotes (punta + fricción), grupos de pilotes
- Muros de contención: de gravedad, en voladizo, pantalla de pilotes y anclados; presión de tierras activa y pasiva (Rankine, Coulomb)
Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:
- Identificar las propiedades clave del suelo que influyen en el diseño de cimentaciones y describir la diferencia entre los sistemas de cimentación superficial y profunda [Familiarizarse]
- Dimensionar una cimentación superficial (zapata aislada) para cargas de columna dadas y capacidad portante del suelo, verificando los requisitos de asentamiento [Usar]
- Evaluar una propuesta de diseño de cimentación por su estabilidad, asentamiento y construibilidad, recomendando cambios cuando los riesgos geotécnicos no se aborden adecuadamente [Evaluar]
2.4.9. STR/Diseño Sísmico para Arquitectura (Core Tier1: 1 hr, Core Tier2: 1 hr) ↑ Volver arriba
Cubre los principios del diseño sísmico para edificios: peligros sísmicos, espectros de respuesta, sistemas de resistencia a fuerzas laterales, ductilidad y el detalle arquitectónico requerido para la resiliencia sísmica.
Temas:
Core
- Peligros sísmicos y efectos de sitio: ruptura de falla, sacudida del suelo, licuación, deslizamiento de tierra
- Sistemas de resistencia a fuerzas laterales para resistencia sísmica: pórticos resistentes a momento, pórticos arriostrados (concéntricos, excéntricos)
- Ductilidad y diseño por capacidad: columna fuerte-viga débil, formación de rótulas plásticas, armadura de confinamiento en columnas de hormigón
- Integración arquitectónica de sistemas sísmicos: límites de deriva para revestimientos y particiones, juntas sísmicas, continuidad del diafragma
- Aislamiento de base y disipación de energía: apoyos elastoméricos y deslizantes, amortiguadores de masa sintonizados, amortiguadores viscosos
Non Core
- Diseño sísmico basado en rendimiento (PBSD): objetivos de rendimiento (ocupación inmediata, seguridad de la vida, prevención del colapso), análisis pushover estático no lineal
Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:
- Describir los principales sistemas de resistencia a fuerzas sísmicas y explicar cómo los códigos de construcción clasifican el riesgo sísmico [Familiarizarse]
- Aplicar los principios de diseño sísmico al diseño en etapa temprana de un edificio, seleccionando un sistema lateral apropiado y configurando la geometría en planta [Usar]
- Evaluar un diseño arquitectónico por su vulnerabilidad sísmica, identificando irregularidades en planta (esquinas entrantes, discontinuidades del diafragma) [Evaluar]
2.4.10. STR/Optimización Estructural Asistida por IA ↑ Volver arriba
Cubre la aplicación del aprendizaje automático y la inteligencia artificial al diseño estructural: modelado sustituto, diseño generativo, aprendizaje por refuerzo para el diseño espacial y verificación automatizada del cumplimiento de códigos asistida por IA.
Temas:
Non Core
- Modelado sustituto para el análisis estructural: entrenamiento de redes neuronales para predecir tensión
- Diseño generativo para el diseño estructural: uso de algoritmos evolutivos y GAN para producir diversas configuraciones estructurales (mallas de columnas
- Aprendizaje por refuerzo para la topología estructural: entrenamiento de agentes de RL para agregar o eliminar material en un dominio de diseño para lograr el mínimo cumplimiento
- Verificación automatizada del cumplimiento de códigos asistida por IA para estructuras: PLN para el análisis de disposiciones sísmicas. Ver también: Automatización BIM Asistida por IA
- Aprendizaje automático para la predicción del modo de fallo: entrenamiento de clasificadores para identificar posibles modos de fallo (pandeo, fluencia
Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
NonCore:
- Identificar las principales aplicaciones de la IA y el aprendizaje automático en la ingeniería estructural y la arquitectura - modelado sustituto, diseño generativo [Familiarizarse]
- Aplicar un modelo de aprendizaje automático sustituto para acelerar la evaluación del rendimiento estructural dentro de un flujo de trabajo de diseño paramétrico [Usar]
- Evaluar la validez y fiabilidad de un resultado de optimización estructural asistida por IA, identificando el posible sobreajuste [Evaluar]