E1 Fuerzas, Cargas y Equilibrio Estructural

Tópico

Toda pieza de una estructura tiene que estar en equilibrio: si la suma de las fuerzas y de los momentos que actúan sobre ella no da exactamente cero, la pieza no se queda quieta sino que se mueve o gira. Este equilibrio es el protagonista del módulo, y es la condición que cualquier otro mecanismo estructural de este catálogo tiene que respetar antes que ninguna otra cosa.

Dentro de ese equilibrio, cada material responde a la fuerza que recibe según su propia rigidez: en su rango de comportamiento elástico, un material se deforma en proporción directa a la tensión que soporta, y esa proporcionalidad es la que distingue a un acero rígido de una madera mucho más flexible ante la misma carga. Cuando una pieza se flexiona, la tensión que aparece en ella depende de dos cosas a la vez: del momento que la flexiona y de cómo está distribuida su sección alrededor del eje que flexiona, de modo que una sección más alta y mejor distribuida resiste la misma flexión con menos material. Esta misma rigidez y esta misma distribución de sección son las que deciden cuánto se deforma una viga en voladizo: esa deformación crece muy rápido con la longitud del vano y baja cuanto más rígida y mejor proporcionada es la pieza.

Las cargas que ponen a prueba este equilibrio no son todas iguales ni constantes: el peso propio de la construcción es fijo, mientras que la sobrecarga de uso, la nieve y el viento varían según el tipo de edificio y la zona climática, y es la combinación de todas ellas la que el equilibrio estructural tiene que sostener en todo momento. Cuando la carga que pone a prueba una pieza esbelta es de compresión, aparece un modo de falla distinto al de romperse: una columna larga y delgada puede pandear lateralmente antes de agotar la resistencia del material, y esa carga crítica de pandeo depende de la misma rigidez del material, de la misma distribución de sección y de cuán larga y cuán sujeta en sus extremos está la pieza.

Por eso este módulo, que abre con una suma de fuerzas que tiene que dar cero, cierra mostrando que ese mismo equilibrio puede romperse de dos maneras muy distintas —por exceso de tensión en el material o por pandeo de una pieza esbelta— y que distinguir cuál de las dos amenaza a una pieza dada es la base de todo el resto del diseño estructural que sigue en este catálogo.

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