Fundamentos de Estructuras: Conceptos Clave y Tipologías

Conceptos Fundamentales de Estructuras

Una estructura es un conjunto de elementos capaces de soportar fuerzas y transmitirlas a los puntos donde se apoya, con el fin de ser resistente y estable.

Cargas

Las fuerzas que actúan sobre una estructura se llaman cargas. Estas pueden ser el propio peso de la estructura, el peso de los elementos que se colocan sobre ella, el viento que la empuja o la nieve que se posa sobre ella.

Esfuerzos

Los esfuerzos son las fuerzas internas que aparecen en los elementos de una estructura cuando esta es sometida a cargas externas. Los principales tipos de esfuerzos son:

• Tracción: Cuando sobre un elemento actúan fuerzas que tienden a aumentar su longitud (estirarlo).
• Compresión: Cuando sobre un elemento actúan fuerzas que tienden a disminuir su longitud (comprimirlo).
• Flexión: Cuando las fuerzas o cargas tienden a doblar el elemento.
• Cizalla: Cuando las fuerzas que actúan paralelamente a su sección tienden a cortarlo, es decir, a desplazar una sección con respecto a otra.
• Torsión: Cuando existen fuerzas sobre el elemento que tienden a hacer girar una sección con respecto a otra (retorcerlo).

Elementos de una Estructura

Los componentes básicos que conforman una estructura son:

• Cimientos: Es la base resistente de la estructura. Suelen estar por debajo del nivel del suelo (ejemplo: raíces de árboles). La mayoría son de hormigón para evitar que la estructura se hunda por su propio peso.
• Columnas o Pilares: Barras verticales especialmente diseñadas para soportar esfuerzos de compresión.
• Vigas: Barras horizontales que soportan principalmente esfuerzos de flexión.
• Arco: Elemento con forma curva que sirve para cubrir un hueco entre dos pilares y soporta una parte de la estructura, descargando el peso en los extremos.
• Tirantes: Cables o barras que soportan esfuerzos de tracción. Pueden ser de acero y sirven para aumentar la resistencia y estabilidad de la estructura.

Propiedades de las Estructuras

Estructuras Resistentes

Lo fundamental es que la estructura aguante las cargas. Una estructura es resistente cuando conserva su forma al aplicarle cargas. El problema surge cuando la fuerza es tan grande que se produce una deformación permanente o la estructura se rompe.

• Triángulos: Es la única figura geométrica que no se puede deformar aplicándole fuerzas en sus lados, lo que la hace fundamental en la construcción de estructuras resistentes.
• Arcos: Es otro elemento que también aporta resistencia a una estructura, trabajando principalmente sometido a compresión.

Estabilidad de las Estructuras

• Estables: Aquellas estructuras que, al aplicar una fuerza sobre ellas, mantienen su posición o forma.
• Inestables: Aquellas que, al aplicar un pequeño empuje, pierden el equilibrio.

El centro de gravedad es un punto imaginario donde estaría concentrada toda la masa del objeto si se pudiera comprimir.

Tipos de Perfiles y Estructuras

Perfiles Estructurales

Los perfiles nos permiten construir estructuras resistentes, ligeras y baratas. Algunos ejemplos comunes son las formas en V, T, U, L, X, H, I, O, Δ (delta) y Π (pi).

Clasificación de Estructuras por su Forma o Material

• Masivas: Aquellas en las que predomina una gran concentración de material.
• Abovedadas: Predominan arcos, bóvedas y cúpulas como sujeción y soporte.
• Entramadas: Conjunto de perfiles de madera, acero u hormigón que se cruzan entre sí, formando vigas, pilares, columnas y la cimentación.
• Trianguladas: Se forman con la unión de muchos triángulos, construyendo redes planas o espaciales.
• Colgantes: Están sustentadas por cables o perfiles sujetos a elementos de soporte. Predominan los tirantes, que están sometidos a esfuerzos de tracción.

Otras Estructuras

• Neumáticas: Inflables, ligeras y desmontables (sometidas a tracción).
• Laminares: Formadas por láminas delgadas.
• Geodésicas: Redes espaciales formadas por la unión de pentágonos o hexágonos.