Las tipologías de estructuras de edificación pueden clasificarse según las tensiones predominantes
desarrolladas bajo las cargas de diseño en formas con tensiones uniformes (a) y formas con tensiones variables (b).

Formas con tensiones uniformes

Estas tipologías de estructuras de edificación se destacan por presentar una distribución homogénea de tensión en toda la sección transversal de los elementos longitudinales o a lo largo del espesor de los elementos superficiales. En esta categoría se incluyen las estructuras de cables, los arcos, las estructuras de nudos articulados, las membranas y las láminas.

Cables

Las estructuras de cables representan una forma altamente eficaz de soportar cargas. Su gran flexibilidad los hace incapaces de resistir esfuerzos de flexión o compresión, por lo que deben sustentar las cargas mediante esfuerzos de tracción. Para cumplir con esta función, estas estructuras deben adoptar la geometría del polígono funicular correspondiente a las cargas. Lo que generalmente implica cambios significativos en su geometría y las hace menos adecuadas para ciertas aplicaciones.

Arcos

Los arcos son estructuras que operan exclusivamente a compresión si se les proporciona la forma correspondiente al polígono funicular de las cargas a las que están sometidos. Cuando adoptan esta forma, los arcos pueden considerarse como cables invertidos. Sin embargo, a diferencia de los cables, los arcos suelen tener cierta rigidez a la flexión. Debido a esta rigidez, cuando se produce un cambio en las fuerzas aplicadas, el arco no puede ajustar su geometría y adaptarse al polígono funicular de las nuevas fuerzas sin desarrollar esfuerzos de flexión. Por lo tanto, el cambio de geometría será menor en comparación con los cables y se generarán esfuerzos de flexión en conjunto con los de compresión.

Estructuras de barras de nudos articulados

Las estructuras de barras de nudos articulados, tanto planas como espaciales, poseen la capacidad de soportar cualquier estado de cargas aplicadas en los nudos mediante esfuerzos de tracción o compresión en las barras que las componen. Si bien la distribución uniforme de tensiones en las secciones transversales de las barras solo se logra en la estructura ideal, en la realidad, debido a la imperfección de las articulaciones en los nudos, al deformarse la estructura, surgen esfuerzos secundarios de flexión.

Membranas flexibles

Las membranas flexibles son estructuras superficiales que, en una primera aproximación, pueden ser consideradas como un conjunto de cables. Debido a su naturaleza superficial, las membranas experimentan esfuerzos cortantes entre los elementos contiguos, lo que les permite soportar variaciones de cargas distribuidas sin experimentar cambios significativos en su geometría, salvo aquellos debidos a las deformaciones elásticas del material.

Sin embargo, las cargas puntuales generan discontinuidades y solo pueden ser soportadas con fuertes cambios de geometría en la zona de aplicación, de manera similar a lo que ocurre en los cables. Estas características hacen que las membranas flexibles sean especialmente adecuadas para cargas distribuidas, pero requieran una consideración especial en el caso de cargas puntuales.

Láminas

Las láminas son estructuras superficiales similares a las membranas, pero cuentan con resistencia y rigidez a la flexión. Al igual que las membranas, las láminas pueden soportar cargas distribuidas desarrollando tensiones uniformes con ligeras flexiones secundarias debido a pequeñas deformaciones de membrana. Siempre y cuando se cumplan ciertas condiciones de contorno.

No obstante, cuando existen fuertes variaciones en la distribución de las cargas o cuando se aplican cargas puntuales, los considerables cambios locales de geometría que ocurren en las membranas se traducen en fuertes tensiones locales de flexión en las láminas. Esto significa que las láminas pueden manejar cargas distribuidas de manera más eficiente. Pero deben ser abordadas con precaución cuando se enfrentan a cargas concentradas o variaciones extremas en la distribución de las cargas.

Formas con tensiones variables

Estas tipologías de estructuras de edificación se caracteriza por presentar variaciones en la tensión a lo largo de la sección transversal de los elementos longitudinales o a lo largo del espesor de los elementos superficiales. Entre estas estructuras se incluyen las vigas, estructuras de nudos rígidos y placas.

Las formas que tienen tensiones uniformes aprovechan de manera más eficiente la resistencia del material disponible, en comparación con las formas que presentan tensiones variables. En las estructuras con tensiones variables, el material ubicado entre las dos caras experimenta menores tensiones bajo condiciones elásticas, excepto en zonas donde hay elevadas tensiones tangenciales.

Vigas

Las vigas representan el caso más sencillo de estructuras con tensiones variables. En una viga recta, los esfuerzos axiles no contribuyen a resistir las componentes de la carga que son perpendiculares a la directriz de la pieza. Estas componentes deben equilibrarse mediante esfuerzos cortantes y momentos flectores. Por lo tanto, en la sección transversal de la viga se desarrollan tensiones normales y tangenciales variables.

Con el objetivo de mejorar el aprovechamiento de la viga, se han ideado diversas geometrías para la sección transversal. Una de las más comunes es la sección en doble T, donde la mayor parte del material se coloca en las alas (donde las tensiones normales son máximas). Dejando en el alma (donde las tensiones tangenciales son máximas) la cantidad de material necesaria para resistir dichas tensiones tangenciales.

Otra forma de optimizar el aprovechamiento de la viga es mediante el diseño plástico, que consiste en considerar la resistencia última de la pieza cuando el material trabaja a la tensión máxima en todos los puntos. Esta aproximación permite utilizar el material de manera más eficiente y lograr que la viga tenga un rendimiento óptimo frente a las cargas aplicadas.

Placas

Las placas son estructuras superficiales que tienen la capacidad de transmitir las cargas en dos direcciones. Al igual que las vigas, las placas resisten las cargas transversales mediante esfuerzos cortantes. Sin embargo, en una sección de una placa también se producen momentos torsores además de momentos flectores.

La rigidez de una placa es mayor en comparación con la de un conjunto de vigas con la misma luz y espesor debido a su capacidad para transmitir cargas en dos direcciones y a su significativa rigidez a torsión. Esta mayor rigidez hace que las placas sean estructuras más eficientes y versátiles para soportar cargas en diferentes direcciones y ofrecer una mayor resistencia global.

Estructuras de barras de nudos rígidos

Las estructuras de barras de nudos rígidos es una de las tipologías de estructuras de edificación. Están compuestas por elementos lineales que se encuentran sometidos a esfuerzos axiales, cortantes y momentos flectores. Dado que los elementos que conforman estas estructuras están sujetos principalmente a esfuerzos de flexión (excepto en pilares de estructuras muy altas). Se emplean algunas disposiciones que permiten mejorar el aprovechamiento del material, como acartelamientos y nudos semirrígidos, entre otros.

Además, se utilizan métodos de diseño plástico que persiguen el mismo objetivo. Estas estrategias buscan aprovechar mejor el material y optimizar la resistencia de la estructura ante los diferentes tipos de carga que pueda enfrentar. Al implementar estas disposiciones y métodos de diseño, se logra una mayor eficiencia y rendimiento de las estructuras de barras de nudos rígidos.