Fundamentos de Estructuras: Tipos, Cargas y Resistencia en Ingeniería

Introducción a las Estructuras

La estructura es el conjunto de las partes de un cuerpo que lo sustentan, lo protegen y le dan resistencia.

Tipos de Estructuras

Estructuras Masivas

• Son estructuras pesadas y macizas. Ejemplos: las pirámides, los embalses, etc.

Estructuras Abovedadas

• Emplean el arco y la bóveda, lo que permite cubrir espacios mayores y aumentar los huecos en la estructura.

Estructuras Laminadas

• Formadas por láminas y paneles delgados y resistentes que constituyen una especie de caja o carcasa. Ejemplo: el chasis.

Estructuras de Armazón

• Formadas por piezas alargadas, como tubos, vigas, travesaños, barras, cables, etc., que se unen entre sí para formar un esqueleto o armazón.

Subtipos de Estructuras de Armazón

Estructuras Entramadas

• Sus elementos forman una malla de piezas verticales y horizontales. Ejemplo: la estructura de una silla.

Estructuras Trianguladas

• Construidas con barras que forman triángulos. Ejemplo: las grúas.

Estructuras Colgadas

• Soportan parte del peso de la construcción mediante cables que se fijan a muros muy resistentes. Ejemplo: los puentes colgantes.

Cargas en Estructuras

Las fuerzas que soporta una estructura se denominan cargas. Estas cargas pueden ser:

Cargas Fijas

• No varían con el paso del tiempo y siempre afectan a la estructura de la misma manera. Ejemplo: el peso propio de la estructura.

Cargas Variables

• Cambian con el tiempo; a veces actúan y otras no, y su magnitud puede variar. Ejemplo: el peso de los vehículos que transitan por un puente.

Esfuerzos Estructurales

• Tracción: Las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a estirarla.
• Compresión: Las fuerzas tienden a aplastarla.
• Flexión o Pandeo: Las fuerzas tienden a doblarla.
• Torsión: Las fuerzas tienden a retorcerla.
• Corte: Las fuerzas tienden a cortarla.

Elementos Resistentes de una Estructura

Los elementos resistentes son los componentes básicos para construir una estructura. Incluyen: pilares, vigas, tirantes, escuadras, diagonales, arcos, dinteles, contrafuertes, bóvedas, cúpulas, membranas, columnas y placas o losas.

Funciones y Aplicaciones de las Estructuras

• Proteger y proporcionar apoyo a los elementos de un conjunto (ejemplos: chasis y caparazones).
• Salvar accidentes geográficos (ejemplos: puentes y túneles).
• Crear superficies (ejemplos: carreteras y campos deportivos).
• Cerrar y cubrir espacios (ejemplos: bóvedas y cúpulas).
• Almacenar materiales (ejemplos: piscinas y botellas).
• Alcanzar alturas en el espacio (ejemplos: torres y grúas).

Estabilidad y Resistencia Estructural

Una estructura debe ser estable cuando está en equilibrio y resistente cuando mantiene su forma (sin romperse ni deformarse).

Una estructura puede fallar cuando:

• Hay exceso de peso.
• Existe fatiga elástica (actuación repetida de una carga).
• Hay fallos de diseño.
• Las uniones están mal hechas.
• Por causas naturales (ejemplo: un terremoto).

Para conseguir la mayor resistencia, una estructura se diseña optimizando el número de elementos con la menor cantidad de materiales posible.

La resistencia de una estructura depende del tipo de material utilizado, la cantidad de material y la forma de la estructura.

Tipos de Estructuras según su Forma

Estructuras de Barras

Se forman uniendo barras.

Triangulación

• Consiste en el uso de barras que forman triángulos para reforzar una estructura.

Perfiles

• Son barras con formas específicas (como U, H, O) que se utilizan en la construcción, a menudo en combinación con la triangulación para formar estructuras cuadradas o reticuladas.