Tipos de Estructuras y Fuerzas: Conceptos Básicos y Aplicaciones

Fuerzas

Una fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o alterar su estado de movimiento o reposo.

Estructuras Naturales y Artificiales

La naturaleza nos ofrece infinidad de estructuras surgidas sin la intervención del ser humano, como los nidos o las montañas. Por otra parte, las estructuras artificiales creadas por el ser humano son elementos que están presentes en todos los objetos tecnológicos, desde una lata o un portaminas hasta un rascacielos o un satélite. Todo objeto debe tener una estructura que soporte las fuerzas.

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.

Las fuerzas que actúan sobre una estructura se denominan cargas.

• Cargas fijas o permanentes: No varían con el paso del tiempo, siempre afectan a la estructura de la misma manera.
• Cargas variables: Aparecen en algunas ocasiones y no tienen siempre el mismo valor.

Las cargas actúan sobre los cuerpos y provocan en ellos tensiones internas que varían según la manera en que se aplican y la forma de los objetos. A estas tensiones se las denomina esfuerzos.

Se llama esfuerzo a la tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas. Esta tensión varía con la intensidad de la fuerza, su dirección y con la forma del objeto que la soporta. Todos los esfuerzos provocan ligeras deformaciones en los cuerpos, aunque muchas veces son imperceptibles.

Tipos de Esfuerzos

• Tracción: Se produce cuando las fuerzas tratan de estirar el cuerpo sobre el que actúan.
• Compresión: Este esfuerzo aparece cuando las fuerzas tratan de aplastar o comprimir un cuerpo.
• Flexión: Las fuerzas intentan doblar el elemento sobre el que están aplicadas. Es un esfuerzo típico de elementos que se apoyan en sus extremos y que tienen peso encima.
• Torsión: Las fuerzas tratan de retorcer el elemento sobre el que actúan.
• Cizalladura: Las fuerzas actúan como los dos filos de una tijera, muy próximas, una hacia arriba y otra hacia abajo, intentando cortar el objeto.

Condiciones de las Estructuras

• Estabilidad: Alude a la capacidad de una estructura de mantenerse erguida y no volcar. Para ello, su centro de gravedad debe estar centrado sobre su base.
• Resistencia: Es la capacidad de una estructura de soportar las tensiones a las que está sometida sin romperse.
• Rigidez: Aunque todos los objetos se deforman levemente al aplicarles una fuerza, esta deformación nunca debe ser tan grande que impida al objeto cumplir su función. Esto se consigue soldando las uniones, dando a la estructura una forma apropiada y haciendo triangulaciones.

Tipos de Estructuras

Estructuras Masivas y Adinteladas

Las primeras estructuras se obtuvieron excavando en la roca o acumulando materiales sin dejar huecos, por ejemplo, bloques de piedra o arcilla.

Estructuras Abovedadas

El descubrimiento posterior del arco y la bóveda permitió cubrir espacios mayores y aumentar los huecos en la estructura.

Estructuras Trianguladas

Se trata de estructuras de barras, normalmente metálicas o de madera. Son muy ligeras y presentan versatilidad y resistencia.

Estructuras Colgantes

Este tipo de estructuras basa su funcionamiento en la utilización de cables de los que cuelga la estructura. Estos cables se llaman tirantes; cuando se pueden regular más o menos, se llaman tensores.

Estructuras Neumáticas

(Continuará...)