Introducción a las Estructuras: Tipos, Elementos y Características

Introducción a las Estructuras

Definición de Estructura

La estructura es el conjunto de elementos que componen un objeto y su disposición en el espacio. Una estructura debe ser capaz de resistir cargas y ser estable.

Cargas y Esfuerzos

Las cargas producen unas tensiones internas en los materiales de la estructura, que se llaman esfuerzos.

Tipos de Esfuerzos

En función de la carga:

• Esfuerzos estáticos: Son los producidos por cargas que no se mueven.
• Esfuerzos dinámicos: Son los producidos cuando las cargas cambian de velocidad, de dirección o de sentido.

Tipos de Estructuras

Según su procedencia:

• Estructuras naturales: Surgen de la naturaleza sin la intervención del hombre. Por ejemplo, el caparazón de una langosta.
• Estructuras artificiales: Han sido construidas por el ser humano para cubrir una necesidad.

Según su versatilidad:

• Estructuras permanentes: Han sido diseñadas para no variar ni su forma ni su ubicación.
• Estructuras desmontables: Han sido diseñadas para ser desmontadas en piezas menores para facilitar su transporte.

Según su movilidad:

• Estructuras inmóviles: No se pueden mover.
• Estructuras móviles: Se pueden desplazar.
• Estructuras transformables: Pueden variar de forma y, así, adaptarse a varios usos o condiciones.

Efectos de los Esfuerzos

• Cizalla o corte: Se produce cuando las fuerzas que actúan sobre la pieza u objeto tienden a romperlo, actúan en sentidos opuestos y en direcciones paralelas.
• Compresión: Se produce cuando las fuerzas que actúan sobre el objeto hacen que se aplaste, actúan en la misma dirección, pero en sentidos opuestos.
• Tracción: Se produce cuando las fuerzas que actúan sobre el objeto tienden a estirarlo, para generar este efecto, actúan en la misma dirección, pero en sentidos contrarios.
• Torsión: Aparece cuando las fuerzas que actúan sobre el objeto tienden a retorcerlo.
• Flexión: Tiene lugar cuando las fuerzas tienden a doblar un objeto que se encuentra sujeto solamente por sus extremos.
  • Flexión lateral o pandeo: Fuerzas en los extremos de un cuerpo largo y delgado van en la misma dirección, pero en sentido contrario.

Elementos de una Estructura

Elementos Fundamentales

• Vigas: Son barras que se colocan paralelamente al suelo y que se apoyan en sus extremos. Están sometidas a esfuerzos de flexión, ya que reciben la carga entre sus extremos.
• Arcos: Son elementos en forma de curva que distribuyen toda la carga que soportan en los pilares en que se apoyan.
• Tirantes: Son barras delgadas o cables que tienen como finalidad mejorar la resistencia de la estructura. Soportan esfuerzos de tracción.
• Barras o perfiles: Son elementos alargados de diferentes formas y que aportan gran resistencia a la estructura. Pueden soportar esfuerzos de tracción o de compresión.
• Pilares: Son barras colocadas verticalmente y que soportan esfuerzos de compresión. Cuando su función es meramente decorativa, se llaman columnas.

Perfiles

Los perfiles son elementos alargados cuya sección es uniforme y tiene una forma característica. La resistencia a los esfuerzos que tiene un perfil depende de la forma y tamaño de su sección.

Características de los Perfiles

• Cuanto mayor sea la sección de un perfil, mayor será su resistencia a la tracción, compresión y cizalladura.
• Los perfiles con menos material en su centro y más en su periferia soportan mejor los esfuerzos de flexión y de pandeo.

Los perfiles pueden ser abiertos o cerrados.

Condiciones de una Estructura

Estructura Resistente

Una estructura es resistente si sus elementos pueden soportar todas las cargas o fuerzas externas sin deformarse o romperse.

Materiales Utilizados en las Estructuras

• Madera: Es un material renovable y sostenible que se extrae del tronco de los árboles.
• Materiales plásticos: Son productos derivados del petróleo y del gas natural.
• Materiales pétreos: Pueden ser naturales, cuando se obtienen de la naturaleza.
• Materiales aglomerantes: Mezclados con agua forman una masa capaz de adherirse a otros materiales.
• Materiales metálicos: Se obtienen del procesado de minerales que contienen compuestos metálicos.

Estructura Rígida

Es necesario que una estructura sea rígida cuando es sometida a esfuerzos, es decir, que no se deforme.

Uniones y Refuerzos

Para evitar que los elementos de una estructura se desplacen, se recurre a las uniones rígidas.

Triangulación

La triangulación consiste en colocar nuevas barras entre los vértices (nudos) de un polígono. Se busca esta forma porque la estructura simple más rígida es el triángulo.

Estructura Estable

Una estructura debe ser estable, es decir, no debe volcar por la acción de las cargas que actúan sobre ella.

Una estructura es estable cuando permanece erguida (sin volcar) estando sometida a fuerzas externas. Para conseguirlo, el centro de gravedad debe estar centrado sobre su base y lo más cercano posible a ella.

Tipos de Equilibrios

• Equilibrio estable: El objeto recobra el equilibrio tras ser sometido a pequeñas perturbaciones. Ejemplo: El robot R2-D2.
• Equilibrio inestable: El objeto vuelca si es sometido a pequeñas perturbaciones. Ejemplo: Un AT-PT.
• Equilibrio indiferente: Al ser sometido a pequeñas perturbaciones, el objeto se mueve, pero no vuelca. Ejemplo: El robot BB-8.