Fundamentos de Estructuras: Principios, Elementos y Esfuerzos

Definición y Funciones de las Estructuras

Una estructura es un conjunto de elementos de un cuerpo destinado a soportar los efectos de las fuerzas que actúan sobre él y a mantener su forma, pudiendo ser de origen artificial o natural.

Sus funciones principales son:

• Mantener la forma y soportar su propio peso.
• Resistir fuerzas.
• Soportar pesos externos.
• Proteger o contener objetos.

Condiciones Fundamentales de Funcionamiento

Para que una estructura funcione correctamente, debe cumplir tres condiciones fundamentales:

• Resistencia: Es la capacidad de soportar su propio peso y las cargas sin romperse, dependiendo del material y la forma.
• Rigidez: Permite soportar las cargas sin deformarse o cambiar de forma.
• Estabilidad: Es la capacidad de mantenerse en su posición original.

Elementos Estructurales

Los elementos que componen estas estructuras incluyen:

• Base y cimentación: Donde se anclan los demás elementos.
• Pilares y columnas: Apoyos verticales.
• Vigas: Apoyos horizontales.
• Forjados: Que dividen las plantas.
• Tirantes y tensores: Cables de sujeción.
• Arcos, bóvedas y cúpulas: Que reparten el peso hacia los lados.

Tipos de Estructuras

Dependiendo de su construcción, existen diversos tipos de estructuras:

• Masivas: Grandes bloques de roca u hormigón sin huecos.
• Entramadas: Formadas por elementos verticales y horizontales combinados.
• Trianguladas: Constituidas por barras en forma de triángulo.
• Colgantes: Basadas en cables y tirantes.
• Laminares: Compuestas por superficies planas o chapas.
• Abovedadas: Cuyo elemento principal es el arco.
• Neumáticas: Una membrana soportada por aire comprimido.
• Geodésicas: Una combinación de estructuras trianguladas y abovedadas.

Física Aplicada: Fuerzas y Esfuerzos

En el ámbito de la física aplicada a estas estructuras, una fuerza se define como todo fenómeno capaz de deformar un cuerpo o modificar su estado de reposo o movimiento. Por otro lado, un esfuerzo es la fuerza interna que aparece en los cuerpos cuando se someten a una o varias fuerzas externas.

Tipos de Esfuerzos

Existen cinco tipos principales de esfuerzos que deben identificarse antes de diseñar cualquier estructura:

• Tracción: Tiende a estirar o alargar.
• Compresión: Tiende a comprimir o aplastar.
• Flexión: Tiende a doblar o curvar.
• Torsión: Tiende a retorcer.
• Cortante o cizalla: Tiende a cortar el material.