Conceptos Clave sobre Fuerzas y Estructuras

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, así, que el cuerpo se rompa o se deforme en exceso. Las fuerzas que actúan sobre una estructura se denominan cargas. Se llama esfuerzo a la tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas.

Tipos Principales de Esfuerzos

• Tracción: Se produce cuando las fuerzas tratan de estirar el cuerpo sobre el que actúan. Estas fuerzas son opuestas y actúan hacia el exterior del cuerpo en la misma dirección y sentido contrario. El cuerpo tiende a alargarse.
• Compresión: Este tipo de esfuerzo aparece cuando las fuerzas tratan de aplastar o comprimir un cuerpo. Estas fuerzas son opuestas y actúan hacia el interior del cuerpo en la misma dirección y sentido contrario. El cuerpo tiende a comprimirse.
• Flexión: Las fuerzas tratan de 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. Son fuerzas que intentan hacer girar el cuerpo en sentidos opuestos.
• Cizalladura o Cortante: 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.
• 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.

Podemos dar estabilidad a un cuerpo añadiendo masa a su base, atirantándolo o empotrando su parte inferior en el suelo.

Tipos de Estructuras Artificiales

Estructuras Masivas y Adinteladas

Las primeras estructuras se obtuvieron excavando en la roca o acumulando materiales sin dejar apenas huecos. Se utilizaban también dinteles de piedra o madera de poca longitud para las ventanas y para dejar pasos libres.

Estructuras Abovedadas

El descubrimiento del arco y la bóveda permitió cubrir espacios mayores y aumentar los huecos en la estructura. Son autoportantes, es decir, se sujetan sin necesidad de argamasa o cemento entre sus partes.

Tipos de arcos:

• Medio punto (románico)
• Apuntado (gótico)
• De herradura (mozárabe)
• Lobulado (mudéjar)
• Modernista

Estructuras Entramadas

Son las estructuras que se utilizan en los edificios. Están constituidas por barras de hormigón o acero que, unidas de manera rígida, forman un emparrillado.

Estructuras Trianguladas

Se tratan de estructuras de barras metálicas o de madera. Son muy ligeras y presentan gran versatilidad y resistencia. Se utilizan para salvar grandes luces y en estructuras verticales. Su diseño es muy variado, pero siempre se basan en la utilización de figuras triangulares (indeformables), lo que les confiere la rigidez necesaria.

Cercha

Las cerchas se emplean en cubiertas, puesto que su propia inclinación resulta muy adecuada para asentar sobre ellas los tejados y que la lluvia resbale.

Viga Triangulada

Las vigas trianguladas mantienen la misma altura y, aunque pueden emplearse en cubiertas, se han utilizado en puentes y en estructuras de construcción civil. Hay diseños de vigas trianguladas muy variados y cada uno se adapta mejor al tipo de carga que tenga que soportar.

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 estirándolos más o menos, se llaman tensores. Los cables solo resisten esfuerzos de tracción, pero tienen la ventaja de poder adaptar su forma a las cargas que reciben en cada momento y cambiar su posición para conseguir la posición de equilibrio en que menos esfuerzos generen esas cargas.

Estructuras Neumáticas

Son neumáticas y ligeras, que se pueden transportar e instalar muy rápidamente. El aire del interior de estas estructuras está comprimido y, al intentar expandirse, tracciona la superficie plástica, con lo que se consiguen volúmenes envolventes.

Estructuras Laminares

Son láminas finas de metal, plástico o materiales compuestos. Ofrecen una gran resistencia debido a su curvatura. Se emplean como carcasa de todo tipo de objetos y en cubiertas onduladas.

Estructuras Geodésicas

Se trata de estructuras triangulares tridimensionales que combinan las propiedades de las bóvedas con las de las estructuras de barras. La figura principal que se utiliza en su construcción es el tetraedro (es indeformable).