Principios de Diseño Estructural: Componentes y Esfuerzos Fundamentales

Fundamentos de las Estructuras: Resistencia y Estabilidad

¿Qué es una Estructura?

Una estructura es un conjunto de elementos capaces de soportar fuerzas y transmitirlas a los puntos donde se apoya, con el fin de ser resistentes y estables. Estas fuerzas que actúan sobre una estructura se llaman cargas.

Estructuras Resistentes y Estables

Lo fundamental es que la estructura aguante las cargas (sea resistente) y que no se caiga (sea estable).

Resistencia Estructural

Una estructura es resistente cuando conserva su forma al aplicarle cargas.

Estabilidad Estructural

Son estructuras estables aquellas que, al aplicar una fuerza sobre ellas, conservan su posición. Son inestables las estructuras que, al aplicar un pequeño empuje, pierden el equilibrio.

Elementos Clave de una Estructura

Los elementos más usados en las estructuras son:

• Cimientos
• Columnas o Pilares
• Vigas
• Arcos
• Tirantes

Cimientos

Todas las estructuras necesitan apoyarse sobre una base resistente. Esta base la constituyen los cimientos, que suelen estar por debajo del nivel del suelo. Es el equivalente a las raíces de los árboles. La mayoría de los edificios se construyen sobre cimientos de hormigón para evitar que se hunda debido a su peso.

Columnas o Pilares

Son barras verticales especialmente diseñadas para soportar esfuerzos de compresión.

Vigas

Son barras horizontales que soportan esfuerzos de flexión. Las diversas plantas de un edificio se soportan con vigas.

Arcos

Es un elemento con forma curva que sirve para cubrir un hueco entre dos pilares y que soporta una parte de la estructura, descargando el peso en los extremos. (Ejemplo: Detalle de la iglesia de Thira, Grecia)

Tirantes

Son cables o barras que soportan esfuerzos de tracción. Pueden ser de acero, y sirven para aumentar la resistencia y la estabilidad de una estructura. (Ejemplo: Puente de Carlos Fernández Casado, León)

Elementos que Proporcionan Resistencia y Estabilidad

Los principales elementos que proporcionan resistencia y estabilidad a una estructura son los triángulos y los arcos.

• Triángulos: Son la única figura geométrica que no se puede deformar aplicando fuerzas en sus lados, lo que les confiere una gran rigidez.
• Arcos: También aportan resistencia a una estructura, trabajando sometidos principalmente a la compresión.

Tipos de Esfuerzos en Estructuras

Llamamos esfuerzos a las fuerzas que aparecen en los elementos de una estructura cuando esta está sometida a otras fuerzas o cargas.

Tracción

Una estructura o un elemento está sometido a un esfuerzo de tracción cuando sobre él actúan fuerzas que tienden a aumentar su longitud, es decir, a estirarlo. (Por ejemplo: Las cuerdas que forman los vientos están sometidas a esfuerzos de tracción, por eso hay que tensarlas a menudo.)

Compresión

Una estructura o un elemento está sometido a un esfuerzo de compresión cuando sobre él actúan fuerzas que tienden a disminuir su longitud. (Por ejemplo: Las columnas del templo soportan la cubierta; están sometidas a un esfuerzo de compresión.)

Flexión

Un elemento o una estructura está sometida a un esfuerzo de flexión cuando las fuerzas o las cargas tienden a doblarlo.

Cortadura o Cizalla

Un elemento está sometido a un esfuerzo de cortadura o cizalla cuando las fuerzas que actúan paralelamente a su sección tienden a cortarlo, es decir, tienden a desplazar una sección con respecto a otra.

Torsión

Un elemento está sometido a un esfuerzo de torsión cuando existen fuerzas sobre él que tienden a hacer girar una sección con respecto a la otra, es decir, tienden a retorcerlo.