Fundamentos de las Estructuras y el Comportamiento de las Fuerzas

Definición de Fuerza y Estructura

Una fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo (efecto estático) o de alterar su estado de movimiento o reposo (efecto dinámico).

Una estructura es el conjunto de elementos de un cuerpo destinados a soportar los efectos de las fuerzas que actúan sobre él. La estructura impide que el cuerpo se rompa o se deforme en exceso.

Las Cargas en una Estructura

Las fuerzas que actúan sobre una estructura son las cargas, las cuales se dividen en:

• Cargas fijas: No varían con el paso del tiempo y afectan siempre a la estructura de la misma manera. Ejemplo: el peso de los cuerpos que tiene encima.
• Cargas variables: Aparecen en algunas ocasiones y no tienen siempre el mismo valor. Ejemplo: la nieve sobre un tejado o el empuje del viento.

El Concepto de Esfuerzo

El esfuerzo es la tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas.

Tipos de Esfuerzos

• Tracción: Cuando las fuerzas tratan de estirar el cuerpo; son opuestas y actúan hacia el exterior. Ejemplo: una cadena colgante o los tirantes de un vestido.
• Compresión: Las fuerzas tratan de aplastar el cuerpo. Son fuerzas opuestas que actúan en la misma dirección. Ejemplo: la pata de una silla o un tronco.
• Flexión: Las fuerzas intentan doblar el elemento. Ejemplo: las baldas de una estantería o la barra de un armario ropero.
• Torsión: Tratan de retorcer el elemento, girando el cuerpo en sentidos opuestos. Ejemplo: una cerradura o un lápiz al que se le saca punta.
• Cizalladura: Actúa como los dos filos de una tijera; son fuerzas próximas, una hacia arriba y otra hacia abajo, intentando cortar el objeto. Ejemplo: las tijeras o las alcayatas de las que cuelga un cuadro.

Condiciones de una Estructura

Para que una estructura sea funcional, debe cumplir con las siguientes condiciones:

• Estabilidad: Capacidad de mantenerse erguida y no volcar; requiere que el centro de gravedad esté sobre su base.
• Resistencia: Capacidad de soportar tensiones sin romperse.
• Rigidez: Que no se deforme en exceso.

Tipos de Estructuras

• Adinteladas: Basadas en bloques de piedra o arcilla apilados uno encima de otro; utilizan dinteles para ventanas.
• Abovedadas: Con ellas se construyeron basílicas, panteones y catedrales. Utilizan arcos de medio punto, apuntado, herradura o lobulado.
• Entramadas: Usadas en nuestros edificios de bloques de pisos; son barras de hormigón o acero unidas de manera rígida formando un emparrillado.
• Trianguladas: Estructuras de barras utilizadas en cubiertas de grandes luces o en torres.
• Colgantes: Basan su funcionamiento en cables de los que cuelga la estructura (tirantes o, si se regulan, tensores).
• Laminares: Láminas finas de metal o plástico con gran resistencia debido a su curvatura; se emplean como carcasas. Para reforzar se emplean pliegues y dobleces. Ejemplo: el borde de un vaso de plástico.