Tema 7: Estructuras

 Introducción 

Una estructura es un conjunto de elementos que de forma aislada no cumplen ninguna función,
pero que unidos entre ellos pueden soportar cargas y esfuerzos muy diversos. Algunos ejemplos
de estructuras podrían ser los puentes, o la estructura de un edificio, pero muchos otros objetos también pueden definirse como estructuras, desde una silla hasta una estantería.

 Elementos de las estructuras 

Las estructuras están constituidas por lo que se denomina elementos estructurales. Los dos elementos principales son las vigas y los pilares. Son elementos más largos que anchos, generalmente prismáticos y macizos. Las vigas se disponen horizontalmente y se apoyan sobre los pilares dispuestos verticalmente.

Además, para reforzar las estructuras suelen colocarse otros elementos: tirantes, jabalcones, puntales, cartelas y escuadras. Los tirantes suelen ser elementos que trabajan a tracción, como por
ejemplo los soportes de algunos rótulos o de los puentes colgantes.

Los jabalcones trabajan a compresión y se utilizan, colocados en posición oblicua, para reforzar elementos horizontales o inclinados.

 Cargas y esfuerzos 

Al construir una estructura hay que tener presente el tipo de cargas que deberá soportar. Las cargas
pueden ser estáticas o dinámicas.
Las cargas estáticas son las que no poseen movimiento y actúan sobre la estructura de forma constante. La propia estructura constituye una carga estática sobre ella misma.
Las cargas dinámicas son las que poseen movimiento y actúan esporádicamente sobre la estructura, por ejemplo, vehículos sobre un puente.

Las cargas, someten a la estructura a determinados esfuerzos. Los principales son:
Compresión: fuerza que actúa sobre un elemento que tiende a acortarlo.
Tracción: fuerza que actúa sobre un elemento que tiende a largarlo a la vez que reduce su sección.
Flexión: Cuando un elemento estructural es sometido a tracción y compresión a la vez.
Torsión: fuerza que puede deformar una estructura haciéndola girar por uno de sus extremos, mientras que el otro se mantiene fijo o se ve afectado por otra fuerza que lo hace girar en sentido contrario.
Cizalla o corte: fuerza que actúa sobre los elementos de una estructura obligándolos a deslizarse unos sobre otros.

 Formas de las estructuras 

La clave del éxito de las formas resistentes es repartir la carga. Algunas de estas formas
resistentes han sido utilizadas desde la antigüedad, como los arcos o las cúpulas.

A lo largo del siglo XIX se empezaron a hacer grandes construcciones utilizando el acero como material básico. Los arquitectos consiguieron mejorar la resistencia de las estructuras de una forma muy sencilla: colocaron las vigas formando triángulos. Esta técnica se denomina triangulación. Podemos encontrar ejemplos de estructuras trianguladas por todas partes, pero el mejor ejemplo es la conocida Torre Eiffel de París (1889).

Para reforzar B y C se tienden vigas que
formen triángulos tal como se ve en D y E

 Estabilidad de las estructuras 

La correcta disposición y fijación de todos los elementos que constituyen una estructura, además de darle solidez y resistencia, deben preservar la estabilidad, es decir, deben mantener su forma y situación. Para mantener la estabilidad deben tenerse en cuenta: el centro de gravedad, los efectos de dilatación y el sistema de anclajes o fijación.

El centro de gravedad es el punto en el que se concentra el peso de un cuerpo cuando éste se halla en equilibrio. Si el centro de gravedad se encuentra próximo a la base del objeto, éste tendrá más estabilidad.

La dilatación de los materiales que componen ciertas estructuras debe estar prevista y ser calculada con precisión. A tal efecto estos tipos de estructuras se apoyan sobre rodillos que favorecen el desplazamiento producido por la dilatación.

Fijación de los elementos. La unión de los diferentes elementos de una estructura puede ser fija o desmontable. Si es fija se realiza por soldadura (en el caso de los metales) y si es desmontable mediante tornillos o pasadores (como en el caso de los andamiajes).