Fundamentos de Ingeniería Estructural: Funciones, Esfuerzos y Elementos Constructivos

Funciones Primordiales de las Estructuras

Las estructuras cumplen diversas funciones esenciales en el diseño y la ingeniería:

• Soportar el peso de los elementos sobre la estructura y de la propia estructura.
• Resistir fuerzas externas, como en el caso de la pared de una presa o dique que soporta la fuerza del agua contenida, o los rompeolas.
• Salvar obstáculos: puentes, viales, túneles.
• Almacenar materiales, como por ejemplo, las bombonas de gases licuados.
• Mantener y proporcionar la forma.
• Servir de protección: el chasis de un automóvil protege a los pasajeros.
• Cerrar espacios vacíos: cúpulas, bóvedas.

Clasificación de las Estructuras

Las estructuras se clasifican según su origen:

• Estructuras Naturales: De origen animal o geológico.
• Estructuras Artificiales: Son las creadas por el hombre.

Fuerzas, Cargas y Esfuerzos Internos

Las estructuras se ven sometidas a fuerzas externas que generan tensiones internas.

Definiciones Clave

• Cargas: Fuerzas externas que actúan sobre una estructura.
• Esfuerzo: Tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas.

Tipos de Esfuerzos Mecánicos

Los principales tipos de esfuerzos a los que se somete un material son:

• Tracción: La fuerza tiende a alargar el objeto.
• Compresión: La fuerza tiende a acortar el objeto.
• Flexión: La fuerza tiende a curvar o doblar el objeto.
• Torsión: La fuerza tiende a retorcer el objeto.
• Cizalla o Cortadura: La fuerza tiende a cortar.
• Pandeo: Esfuerzo que aparece sobre elementos esbeltos sometidos a compresión.

Propiedades Mecánicas Fundamentales

La capacidad de una estructura para cumplir su función depende de tres propiedades esenciales:

• Resistencia Mecánica: Es la capacidad de una estructura de soportar las cargas a las que se ve sometida sin romperse.
• Rigidez: Es la capacidad de una estructura de soportar las cargas a las que se ve sometida sin deformarse.
• Estabilidad: Es la capacidad de una estructura de, al verse sometida a cargas, mantenerse en su posición original sin desmoronarse o caerse.

Elementos Estructurales Clave

Elementos de Soporte Vertical y Horizontal

• Pilar: Elemento constructivo en forma de barra que se apoya verticalmente, cuya función es soportar el peso de otras partes de la estructura.
• Viga: Elemento estructural con forma de barra que se coloca horizontalmente y se apoya sobre columnas y pilares.
• Vigueta: Elemento constructivo con forma de barra que se coloca horizontalmente y se apoya sobre las vigas.
• Dintel: Elemento estructural horizontal, con forma de viga maciza que se apoya sobre dos soportes verticales.
• Tirantes: Elemento constructivo que está sometido principalmente a esfuerzos de tracción.

Elementos de Refuerzo y Geometría

• Perfiles: Barras, normalmente metálicas, de distintas secciones que se emplean para conseguir estructuras más ligeras que soportan grandes pesos con poca cantidad de material.
• Cerchas: Composición de barras rectas unidas entre sí en sus extremos formando triángulos planos o pirámides.

Elementos de Cubierta y Cierre de Espacios

• Arco: Elemento estructural de forma curvada, que salva el espacio entre dos pilares o muros.
• Bóveda: Elemento arquitectónico de forma curva, que sirve para cubrir el espacio comprendido entre dos muros o una serie de pilares alineados.
• Cúpula o Bóveda Esférica: Elemento arquitectónico que se utiliza para cubrir un espacio de planta circular, cuadrada, poligonal o elíptica.