Fuerzas, propiedades mecánicas y comportamiento estructural: conceptos clave para estructuras

Fuerzas y propiedades mecánicas: preguntas y respuestas

1. ¿Qué es la fuerza? ¿En qué se mide? ¿Cómo la representamos?

Una fuerza es una acción capaz de producir o modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o de producir deformación. Unidad: Newton (N). Se representa mediante flechas que indican su magnitud, dirección y sentido (y, cuando procede, el punto de aplicación).

2. ¿Cuáles son las propiedades mecánicas?

Son las que determinan el comportamiento de los materiales cuando actúan una o más fuerzas.

• Dureza: capacidad de ser rayado o penetrado.
• Resistencia: capacidad que tiene un material de resistir fuerzas sin deformarse excesivamente ni romperse.
• Tenacidad: capacidad de soportar fuerzas y golpes sin romperse.
• Plasticidad: capacidad de deformarse sin romperse.
• Ductilidad: capacidad de deformarse en forma de hilo fino sin romperse.
• Maleabilidad: capacidad de deformarse en forma de lámina muy fina sin romperse.
• Elasticidad: capacidad de recuperar su forma original después de haber sido deformado por un esfuerzo.

3. Di qué fuerzas se aplican a estas figuras, y al columpio

Indicar las fuerzas aplicadas depende del diagrama concreto, pero en general en figuras y en un columpio actúan fuerzas como el peso (fuerza gravitatoria), las reacciones en apoyos, fuerzas de tracción o de compresión, y en algunos casos fuerzas de rozamiento o tensiones internas. En un columpio destacan la tensión de las cuerdas y el peso del ocupante.

4. ¿Qué es la triangularidad?

La triangularidad se refiere al área o forma definida por la unión de tres puntos (un triángulo). Es la forma más simple y rígida en estructuras: proporciona gran resistencia y, en muchos casos, pesa menos o requiere menos material para lograr rigidez comparada con otras configuraciones.

5. ¿Qué es una viga?

Una viga es una pieza resistente de forma prismática, a menudo maciza o compuesta por perfiles, que sirve para soportar cargas y transmitirlas a los apoyos. Está diseñada para resistir esfuerzos como la flexión y, según su diseño, cortante y torsión.

6. ¿Qué es el pandeo?

El pandeo es la deformación que sufren los cuerpos sometidos a compresión cuando son largos y delgados, produciéndose una pérdida de estabilidad lateral antes de alcanzarse la resistencia máxima por compresión.

7. Dibujos y poner en las flechas: flexión, flexión, tracción

Se pide indicar en los dibujos, mediante flechas, las acciones de flexión (en dos casos) y de tracción. Es importante que las flechas muestren dirección y sentido para identificar claramente los esfuerzos.

8. ¿Qué es la flexión?

La flexión es el proceso mediante el cual las fuerzas o cargas que actúan sobre una pieza, normalmente perpendiculares a su eje longitudinal, tienden a curvarla. En ese caso la pieza soporta un esfuerzo de flexión, con zonas sometidas a tracción y otras a compresión.

9. ¿Qué es la compresión?

La compresión se produce cuando las fuerzas que actúan sobre un objeto van en direcciones opuestas y tienden a aplastarlo o reducir su volumen. Es un esfuerzo que provoca acortamiento y posible falla por aplastamiento o pandeo si la pieza es esbelta.

10. ¿En qué se diferencia una viga de un pilar? ¿A qué esfuerzos están normalmente sometidos?

Se diferencian en su orientación y función: el pilar es normalmente vertical y tiene la función principal de soportar cargas en compresión; la viga es principalmente horizontal y está sometida a esfuerzos de flexión (y a esfuerzos cortantes). Por tanto, la viga trabaja sobre todo a flexión y el pilar sobre todo a compresión.

11. ¿Qué función hacen los tensores y los tirantes? Haz un dibujo explicativo.

Los tensores y tirantes mantienen en tensión la fuerza que actúa sobre ellos. Su función es transmitir cargas por tracción. Ejemplos: las cuerdas de un puente colgante, los cables de un ascensor o los tirantes de una estructura tensada.

13. ¿Por qué la estructura triangular es la mejor que hay?

Porque un triángulo formado por elementos rígidos no puede cambiar de forma sin que alguno de sus lados se deforme: no se deforma fácilmente y, por ello, es una configuración muy estable y resistente en ingeniería estructural.