Conceptos Esenciales de Ingeniería Estructural y Mecánica de Materiales

1. ¿Qué es una Estructura?

Una estructura se refiere a uno o varios elementos unidos entre sí, diseñados para recibir, soportar y transmitir las fuerzas que actúan sobre ellos.

Existen dos tipos principales:

• Estructuras artificiales
• Estructuras naturales

Características Fundamentales de una Estructura

Una estructura debe cumplir tres características indispensables:

• La resistencia: Ha de soportar las fuerzas que actúen sobre ella sin romperse.
• La rigidez: Debe resistir las cargas sin que se deforme.
• La estabilidad: Se tiene que mantener en una posición de equilibrio.

Tipos de Estructuras de Armazón (Armaduras)

Entramadas

La armadura está formada básicamente por elementos verticales y horizontales, que se unen unos sobre otros formando una red o entramado, lo que otorga una gran resistencia.

Colgadas

Son estructuras en las que el peso se distribuye utilizando cables denominados tirantes, que se sujetan a elementos fijos como torres, pilares o muros que soportan el peso.

Trianguladas

Las barras y los elementos se disponen formando conjuntos de triángulos que se soportan los unos en los otros.

2. Concepto de Unión Estructural

Una unión es la agrupación o el contacto entre los elementos que forman una estructura. Las uniones pueden ser fijas o desmontables.

2.1. Uniones Fijas

Las uniones fijas son de carácter permanente, es decir, están pensadas para que, una vez realizadas, duren de forma indefinida.

2.2. Uniones Desmontables

Las uniones desmontables pueden estar separadas, pero durante su función deben permanecer fijas. Están configuradas de forma que se puede deshacer la unión sin dañar las estructuras.

3. Tipos de Esfuerzos Mecánicos en Estructuras

• La tracción: Un objeto está sometido a un esfuerzo de tracción cuando las fuerzas que actúan sobre este tienden a estirarlo y alargarlo, como sucede cuando tiramos de los extremos de una cuerda. Elementos como los cables tirantes están sometidos a tracción.

• La compresión: Un objeto está sometido a un esfuerzo de compresión cuando las fuerzas que actúan sobre él tienden a comprimirlo y acortarlo. Un ejemplo son las cargas que actúan sobre un pilar o una columna.

• La flexión: Un objeto está sometido a un esfuerzo de flexión cuando las fuerzas que actúan sobre este tienden a doblarlo. La flexión es una combinación de esfuerzos de tracción y compresión, ya que, al doblarse, la parte de arriba se comprime y la de abajo sufre una tracción. Por ejemplo, la balda de una estantería cargada con libros sufre un esfuerzo de flexión.

• La cizalladura: Un objeto está sometido a un esfuerzo de cizalladura o esfuerzo cortante cuando actúan sobre él dos fuerzas en sentido opuesto que tienden a cortarlo o romperlo, desplazando una parte respecto de la otra. Es de este tipo, por ejemplo, el corte de unas tijeras o los puntos de apoyo de una viga.

• La torsión: Un objeto está sometido a un esfuerzo de torsión cuando las fuerzas que actúan sobre él tienden a girar una parte respecto a otra y lo obligan a retorcerse. Ejemplos de elementos sometidos a torsión son los ejes que transmiten un giro, como los de un coche, o las llaves en una cerradura.

4. Componentes y Elementos Estructurales Clave

Los elementos más notorios de las estructuras son las columnas o pilares, los arcos, los tirantes, las vigas y los cimientos.

Columnas o Pilares

Son elementos verticales encargados, sobre todo, de soportar esfuerzos de compresión.

Arcos

Son elementos curvos que conectan el espacio entre dos pilares, dejando una abertura o luz entre estos. Las piezas que forman el arco se denominan dovelas y la pieza central, clave.

Tirantes

Son cables o barras especializados en soportar esfuerzos de tracción al unir otros dos elementos fijos.

Vigas

Son elementos horizontales diseñados para soportar, sobre todo, esfuerzos de flexión, si bien en las uniones aparecen también importantes esfuerzos de cizalladura.

Cimientos

Situados bajo tierra, reparten las cargas que soporta la estructura hacia el suelo. Todas las grandes estructuras necesitan apoyarse sobre una base fija.