Estructuras y Esfuerzos: Estabilidad, Resistencia y Tipos de Tensiones

Estructuras: Fundamentos y Requisitos

Una estructura es el conjunto de elementos de un cuerpo diseñados para soportar las cargas que actúan sobre él, evitando su rotura o deformación excesiva. Para cumplir su función, las estructuras deben satisfacer varios requisitos:

Requisitos de las Estructuras

• Estabilidad: Para evitar vuelcos, el centro de gravedad debe estar centrado sobre su base. Cuanto más centrado y cercano al suelo esté el peso, más estable será la estructura. La estabilidad se puede mejorar añadiendo masa a la base, atirantando o empotrando la parte inferior al suelo.
• Resistencia: Las estructuras deben soportar las tensiones sin romperse. La resistencia depende de la forma, el tipo y la cantidad de material utilizado.
• Rigidez: Aunque todos los objetos se deforman ligeramente al aplicar una fuerza, esta deformación no debe impedir que el objeto cumpla su función. La rigidez se logra soldando uniones, usando formas apropiadas y triangulando estructuras de barras, ya que el triángulo es una figura indeformable.

Es importante destacar que estas tres condiciones son independientes. Una estructura puede ser estable pero romperse, o ser resistente pero carecer de estabilidad.

Esfuerzos: Tensiones Internas en los Cuerpos

Un esfuerzo es la tensión interna que experimentan los cuerpos al ser sometidos a una o varias fuerzas.

Tipos de Esfuerzos

Tracción

Se produce cuando las fuerzas intentan estirar el cuerpo. Estas fuerzas son opuestas y actúan hacia el exterior del cuerpo en la misma dirección y sentidos contrarios. Ejemplos: la goma de un tirachinas, el tirante de una grúa.

Compresión

Este esfuerzo aparece cuando las fuerzas intentan aplastar o comprimir un cuerpo. Las fuerzas son opuestas y actúan hacia el interior del cuerpo en la misma dirección y sentidos contrarios. Ejemplos: las patas de una silla, los pilares de un edificio.

Flexión

Las fuerzas intentan doblar el elemento sobre el que se aplican. Normalmente hay dos fuerzas separadas y otra fuerza entre ellas con sentido contrario. Ejemplos: las vigas, las barras de gimnasio.

Torsión

Las fuerzas intentan retorcer el elemento. Son fuerzas que intentan hacer girar al cuerpo en sentidos opuestos. Ejemplos: el eje de un motor, una llave al abrir una cerradura.

Cortante

Las fuerzas actúan como los filos de una tijera: muy juntas, una hacia arriba y otra hacia abajo, intentando separar dos secciones del objeto. Ejemplos: una guillotina, una alcayata.

Pandeo

Es un esfuerzo combinado de compresión y flexión, que se produce cuando un elemento esbelto se somete a una carga axial que supera su capacidad de resistencia a la compresión, provocando una deformación lateral.