Fundamentos de Estructuras: Tipos, Esfuerzos y Clasificación

¿Qué son las estructuras?

Todos los cuerpos están sometidos a la acción de fuerzas externas. Nuestro entorno cuenta con fuerzas omnipresentes: la fuerza de la gravedad, la fuerza ejercida por el viento en el medio terrestre o por el agua en ríos y mares, la fuerza ejercida por el contacto con otros seres vivos o con elementos inertes, etc. Los cuerpos se han ido adaptando para soportar estas fuerzas y conservar la forma que les permite mantenerse vivos. A estos los llamamos estructuras naturales.

Estructuras artificiales

Cuando los primeros humanos comenzaron a levantar construcciones, se dieron cuenta de que solo se mantenían en pie y cumplían su función si los materiales disponibles se colocaban de una determinada manera. Esos mismos materiales, con otra distribución, formaban una construcción que no era resistente a las fuerzas que recibía y se derrumbaba. La palabra estructura se utiliza como sinónimo de edificio, obra o, en general, construcción.

Esfuerzos mecánicos

Para que una estructura sea funcional, no debe derrumbarse, volcarse ni deformarse; debe ser resistente, estable y rígida. Los esfuerzos principales son:

• Tracción: Dos fuerzas de sentido opuesto que tienen tendencia a estirar el elemento.
• Compresión: Dos fuerzas de sentido opuesto que tienen tendencia a aplastarlo.
• Flexión: Tendencia a doblarse.
• Cizalladura o corte: Dos fuerzas de sentido opuesto que tienen tendencia a cortarlo.
• Torsión: Dos fuerzas de sentido opuesto que tienen tendencia a retorcerlo.

Tipos de estructuras

Estructuras masivas

Son estructuras muy pesadas y macizas formadas por superficies anchas y resistentes. Para construirlas se emplea gran cantidad de material. Los muros gruesos de los embalses son ejemplos de estructuras masivas. Las bóvedas y techos de las antiguas iglesias de piedra o los enormes pilares y arcos de los puentes o acueductos son otros ejemplos.

Estructuras abovedadas

En estas estructuras predominan los arcos, las bóvedas o las cúpulas como elementos de sujeción y soporte:

• Bóveda: Es una sucesión de varios arcos.
• Cúpula: Es una bóveda con forma semiesférica.

Estos elementos son capaces de soportar fuertes esfuerzos de compresión, por lo que permiten cubrir grandes espacios con materiales pétreos como la piedra o el hormigón. El peso de estos elementos recae sobre los muros laterales, por lo que es necesario reforzarlos con contrafuertes o arbotantes.

Estructuras entramadas

Son estructuras formadas por un conjunto de perfiles de madera, acero u hormigón que se entrecruzan entre sí. Los elementos estructurales son las vigas, los pilares o columnas y la cimentación.

Estructuras trianguladas

Se forman con la unión de muchos triángulos, construyendo redes planas o espaciales. Cada triángulo está sometido a sus propios esfuerzos de tracción y compresión, equilibrándose la estructura y permitiendo que esta pueda crecer todo lo que se desee. Los materiales que se emplean para construir estas estructuras son la madera o el acero. Los triángulos hechos con madera se llaman cuchillos, y los elaborados con acero, cerchas.