GRANDES ESTRUCTURAS
1.1 ¿Qué es una gran estructura?
Es difícil definir el concepto de estructura pese a tratarse de algo que nos rodea en el día a día. Las estructuras están presentes en todo lo que nos rodea, dan soportes a cualquier producto tecnológico. Aunque las estructuras evidentes son las grandes construcciones civiles (puentes, edificios…). Una estructura son un conjunto de elementos estáticos, sin posibilidad de movimiento, unidos entre sí para soportar un conjunto de cargas. El sostenimiento de la estructura se logra gracias a fuerzas de resistencia interna llamadas esfuerzos que evitan que falle.
Para entender mejor esta enrevesada definición te proponemos que levantes un libro sobre la palma de tu mano. El libro pesa sobre la mano (carga) y a la vez, tú estás haciendo fuerza con el brazo para sostenerlo (esfuerzo). El conjunto se puede mantener quieto cuando estas dos fuerzas alcanzan el equilibrio entre ellas.
Las cargas son las fuerzas externas que actúan sobre las estructuras. Estas fuerzas son las que causarían la caída de la estructura si no fuese suficientemente resistente.
* Pesos situados sobre las estructuras: Vehículos que pasan por un puente, los muebles que descansan sobre un edificio, la nieve que se acumula en una cubierta…
* Peso de la propia estructura: El propio peso de los materiales que lo componen es una de las cargas más importantes, especialmente en las grandes estructuras.
* Presión del agua: Como sucede en los embalses.
* Fuerza del viento: Sobre superficies grandes.
Los esfuerzos son las fuerzas internas de resistencia que aparecen en las estructuras y que evitan que ésta falle o caiga. Para que la estructura aguante las cargas, tienen que aparecer fuerzas dentro de las piezas que la componen, para que la estructura resista sin desmoronarse. Cuando aplicamos una carga a una estructura, la estructura responde con un esfuerzo.
* Tracción: Cuando las cargas aplicadas tienden a estirar una parte de la estructura, se dice que dicha parte está sometida a un esfuerzo de tracción. Este sería el esfuerzo típico que hay en los cables de sujeción de una torre.
* Comprensión: Cuando las cargas tienden a aplastar una parte de una estructura, se dice que aparece un esfuerzo de compresión. Este es el esfuerzo típico en un pilar o columna que soporta un peso.
* Flexión: Si aplicamos una carga a una pieza de forma que tiende a doblarse aparece en ella un esfuerzo llamado de flexión. Este es el esfuerzo típico en vigas.
* Torsión: Cuando una carga aplicada sobre una pieza intenta retorcerla, entonces aparece dentro de dicha pieza un esfuerzo de torsión. Este es un esfuerzo poco usual en estructuras aunque si aparece en otras situaciones. Por ejemplo, cuando apretamos un tornillo sobre la madera, el tornillo tiene un esfuerzo de torsón.
* Cizallamiento: Cuando una pieza sobresale de un apoyo y aplicamos una fuerza en el extremo aparece un esfuerzo de cortadura justo en el borde del apoyo. Este esfuerzo no es el mismo que el de flexión aunque aparecería en los dos puntos de apoyo de una viga sometida a flexión.
Elementos resistentes en las estructuras
Las estructuras están compuestas por diversos elementos cuyo nombre depende de su disposición y función.
* Vigas y viguetas: Las vigas apoyan sus extremos directamente sobre los pilares. Varias viguetas se apoyan entre dos vigas para crear el suelo de una planta de un edificio. El espacio entre las viguetas se rellena con piezas de cerámica y cemento (forjado). Las cargas que puede haber sobre vigas y viguetas son los pesos de personas y muebles que habrá dentro del edificio construido. Entonces hay una tendencia a doblarse bajo dicho peso. Por tanto, el esfuerzo al que están sometidas es el de flexión.
* Pilares y columnas: Son elementos de soporte alargados y verticales. Soportan sobre su dirección longitudinal el peso de otras partes de la estructura que están por encima de ellos. Por lo tanto, los pilares y columnas están sometidos habitualmente a un esfuerzo de XXX.
* Zapatas: Son grandes bloques de hormigón que quedan enterrados bajo el nivel del suelo y tienen la misión de soportar todo el peso de la estructura que tienen encima. Están sometidas por tanto a un esfuerzo de XXX.
* Tirantes: Son barras o cables de acero que s irven para sujetar o dar equilibrio a la estructura o para sujetar dos partes de la estructura entre sí. Del nombre se deduce que el esfuerzo al que están sometidos es tracción.
* Riostras: Son barras o perfiles de acero que refuerzan las estructuras metálicas para darles más rigidez. Pueden identificarse fácilmente porque son las piezas que dividen en triángulos los huecos de una armadura. Pueden estar sometidas a esfuerzos de tracción o compresión.
* Escuadras y cartelas: Son elementos de refuerzo en los puntos de unión de las piezas de una estructura metálica. Se unen a las piezas de la estructura con tornillos o mediante soldadura.