Conceptos Fundamentales de Estructuras: Cargas, Esfuerzos y Tipos

Conceptos Fundamentales de Estructuras

Una estructura es el conjunto de elementos de un cuerpo destinado a resistir las fuerzas que actúan sobre él.

Clasificación y Propiedades

Las estructuras pueden ser:

• Naturales
• Artificiales
• Permanentes
• Desmontables

Cargas y Esfuerzos

Las cargas producen tensiones en los materiales de la estructura, lo que se denomina esfuerzos.

Tipos de Cargas

• Estáticas: Aquellas cargas cuya magnitud y dirección son constantes en el tiempo.
• Dinámicas: Son cargas que pueden variar tanto en la dirección como en el sentido e intensidad.

Tipos de Esfuerzos

Los principales tipos de esfuerzos que soporta una estructura son:

Tracción

Aparece cuando las fuerzas que actúan tienden a estirar el objeto. Las dos fuerzas actúan en la misma dirección y sentido opuesto, alejándose del punto de aplicación.

Compresión

Se produce cuando las fuerzas que actúan sobre el objeto hacen que se aplaste o acorte. Las dos fuerzas actúan en la misma dirección pero en sentido opuesto, acercándose al punto de aplicación.

Flexión

Tiene lugar cuando las fuerzas tienden a doblar el objeto. Esto ocurre, por ejemplo, cuando un objeto está apoyado en sus extremos y tiene peso encima.

Torsión

Aparece cuando las fuerzas que actúan sobre el objeto tienden a retorcerlo. Por ejemplo, cuando hacemos girar el extremo de una toalla con respecto al otro extremo, esta se retuerce.

Cizalla o Corte

Se produce cuando las fuerzas actúan sobre la pieza y tienden a romperla o cortarla transversalmente. Las dos fuerzas actúan en sentidos opuestos y direcciones paralelas, pero sobre puntos de aplicación cercanos.

Materiales Estructurales Comunes

• Perfiles: Son elementos estructurales muy ligeros que permiten soportar grandes cargas con menos cantidad de material.
• Madera: Es un material renovable y sostenible que se extrae del tronco de los árboles.
• Materiales Plásticos: Son productos derivados del petróleo y gas natural, utilizados en ciertas aplicaciones estructurales.
• Materiales Pétreos: Se pueden obtener de la naturaleza, como el adobe, la roca caliza, etc.
• Materiales Aglomerantes: Mezclados con agua, forman una masa capaz de adherirse a otros materiales (ej. cemento, yeso).

Propiedades Clave de las Estructuras

Rigidez

Una estructura es rígida si no se deforma cuando es sometida a esfuerzos. Se consigue creando triángulos con los perfiles y reforzando las uniones entre ellos. Para evitar que los elementos de una estructura se deformen, se recurre a las uniones rígidas.

Triangulación

La triangulación consiste en colocar nuevas barras entre los vértices del polígono tratando de formar triángulos, ya que el triángulo es la figura geométrica indeformable por excelencia.

Estabilidad

Una estructura es estable cuando permanece erguida, estando sometida a fuerzas externas. Para conseguirlo, el centro de gravedad debe estar concentrado en su base y lo más cercano a ella.

Tipos de Estructuras

Estructuras Masivas

Son estructuras muy pesadas y macizas que soportan grandes cargas, distribuyendo el peso a través de su gran volumen (ej. muros de carga, pirámides).

Estructuras Entramadas

Están formadas por un entramado de piezas horizontales (vigas) y verticales (pilares o columnas) unidas entre sí (ej. edificios convencionales).

Estructuras Trianguladas

Son estructuras formadas por la unión de barras que forman triángulos (ej. celosías, puentes). Son muy útiles debido a que son ligeras y muy fáciles de montar.

Estructuras Colgantes

Son estructuras que están suspendidas por cables llamados tirantes y se fijan a torres muy resistentes (ej. puentes colgantes, cubiertas ligeras).