Fundamentos de las Estructuras: Rigidez, Estabilidad y Tipos de Esfuerzos
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Fundamentos de las Estructuras
Una estructura es el conjunto de elementos simples unidos entre sí, de forma que den rigidez y permitan soportar, sin romperse, las cargas o esfuerzos a los que están sometidos. Por tanto, además de aguantar su propio peso, también debe permitir el soporte o transporte de una carga sin romperse ni volcarse.
Cargas y Esfuerzos
Una carga es la fuerza que se aplica sobre una estructura. Puede ser estática (muebles) o dinámica (viento contra un edificio).
Un esfuerzo es la fuerza interna a la que está sometido un elemento estructural como consecuencia de la aplicación de una carga.
Diseño de Estructuras
Para diseñar una estructura se debe tener en cuenta cuál va a ser su función y a qué fuerzas va a someterse. Debemos conseguir que la estructura sea rígida (no se deforme fácilmente) y estable (no vuelque fácilmente).
Métodos para la Rigidez
Una estructura se puede hacer rígida mediante dos métodos: triangulación o empleo de escuadras de unión.
- El método de triangulación se basa en que el triángulo es el único polígono que no se deforma. Entonces, si a un cuadrado lo dividimos en triángulos, será indeformable.
- El método de empleo de escuadras de unión consiste en poner piezas triangulares en las uniones de las barras de manera que se refuercen esas uniones y no se deformen.
Estabilidad de la Estructura
La estabilidad de la estructura depende del centro de gravedad, que es donde se está aplicando la fuerza de gravedad. Si al inclinar la estructura su centro de gravedad sube, es estable; si el centro de gravedad baja, es inestable.
Otro método es dibujar una línea recta desde el centro de gravedad hasta el suelo. Si la línea queda dentro de la base de la estructura, es estable; si queda en el borde, la estabilidad es escasa, es decir, puede volcar al más mínimo movimiento; pero si la línea queda fuera, definitivamente es inestable.
Tipos de Esfuerzos
- Esfuerzo de tracción: es aquel que tiende a estirar el material.
- Esfuerzo de compresión: es aquel que tiende a comprimir el material.
- Esfuerzo de flexión: es aquel que tiende a combar el material.
- Esfuerzo de torsión: es aquel que tiende a retorcer el material.
- Esfuerzo de cortadura: es aquel que tiende a deslizar una parte sobre el material.
Elementos Estructurales
- Vigas: son elementos que se colocan horizontalmente y que están sometidos a esfuerzos de flexión. A las vigas pequeñas que se colocan sobre otras vigas se llaman viguetas.
- Pilares: son elementos que se colocan verticalmente y que están sometidos a esfuerzos de compresión.
- Zapatas: son elementos que sirven de apoyo a los pilares. Tienen una gran superficie que sirve para disminuir la presión que se ejerce sobre el terreno y así evitar que la estructura se hunda. Cuando la estructura es pesada, las zapatas se unen formando una losa.
- Tensores: cables que sirven para mantener verticalmente pilares o columnas que están sometidas a esfuerzos de tracción.
- Arcos: son elementos que reparten la carga y la transmiten a los pilares. Permiten aumentar mucho la distancia entre pilares. Si trasladamos un arco longitudinalmente, obtenemos una bóveda, y si lo giramos según su eje de simetría, una cúpula.