Clase 1:
La diferencia entre estructura y mecanismo.
Vamos a empezar por el principio… ¿qué es una estructura y qué no es una estructura?
Una estructura es un conjunto de elementos fijos capaz de resistir las fuerzas que actuan sobre ella.
Basándonos en esa definición, está claro que un puente o un edificio (como el museo de la imagen de la derecha) son ejemplos de estructuras. Al fin y al cabo son construcciones compuestas de diferentes elementos (ladrillos, pilares, vigas, tirantes…) que se fijan de una u otra manera y están preparadas para soportar las diferentes fuerzas que puedan actuar sobre ellas.
Pero en esa definición también entran otros objetos de nuestra vida cotidiana tan comunes como una silla, una mesa, el somier de una cama… Esos también son ejemplos de estructuras, pues son objetos compuestos de patas de madera, barras de metal, tablas… que han de estar adecuadamente ensamblados para soportar ciertas fuerzas sin romperse.
(Museo Guggenheim de Bilbao, imagen original)
Las tres condiciones de una estructura:
Toda estructura bien diseñada y construida debe cumplir los siguientes tres requisitos:
La estabilidad de una estructura depende de la ubicación de su centro de gravedad. El centro de gravedad de un cuerpo es un punto imaginario que es muy fácil de calcular en piezas simples, pero que no lo es cuando se complica la forma del objeto. Por ejemplo, el centro de gravedad de una pieza rectángular es el punto en el que se cortan sus dos diagonales. Y el centro de gravedad de un triángulo es el punto en el que se cortan todas sus medianas (lo que en matemáticas se denomina el baricentro):
(Imagen original)
Pero, entonces… ¿qué relación existe entre la estabilidad de una estructura y su centro de gravedad? La respuesta es sencilla, una estructura será estable siempre que su centro de gravedad caiga dentro de su base. Veámoslo con un ejemplo. Imagina que un coche está aparcado en una carretera que tiene cierta inclinación. ¿A partir de qué inclinación el coche volcará? En este caso, calcular el centro de gravedad de manera exacta no es sencillo, sin embargo, se puede hallar aproximadamente como se ha hecho en la imagen:
(Imagen original)
Como se puede ver, en los dos primeros casos el centro de gravedad cae dentro de la base (representada con una línea azul) y por tanto el coche no volcará. En el tercer caso el centro de gravedad cae justo en el límite de la base y por tanto corre peligro de volcar. En el último caso el coche volcará seguro.
Quizá el ejemplo más famoso de estructura inestable es la Torre de Pisa. Ya desde el comienzo de su construcción en el año 1173 la torre de esta ciudad italiana comenzó a inclinarse debido principalmente a que se asienta sobre un terreno poco firme. La torre ha seguido inclinándose durante siglos hasta que gracias al trabajo de un equipo de ingenieros finalmente se ha conseguido estabilizar (¿cómo se ha conseguido?). Pues bien, esta estructura no llegó a volcar definitivamente porque en ningún momento su centro de gravedad llegó a caer fuera de su base. Afortunadamente se el problema se atajo antes de que fuera demasiado tarde, pero puedes estar seguro de que si no se hubiera hecho nada la torre se habría continuado inclinando, y finalmente se habría derrumbado.
En la imagen de la derecha se ha calculado, aproximadamente, el centro de gravedad de la torre (punto negro). Puedes comprobar cómo pese a la inclinación dicho centro cae en el interior de la base de la estructura (linea azul):
(Saffron Blaze, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)
La resistencia y la rigidez de una estructura dependen de dos factores:
- De los materiales empleados en su construcción: por ejemplo, una estructura fabricada a base de piezas de acero será, en principio, más resistente y rígida que una fabricada de piezas de madera. Para conseguir que una estructura de madera sea lo suficientemente rígida será necesario emplear mucho más material que si esta fuera metálica:
(Estructura metálica, imagen original)
(Estructura de madera, imagen original)
- De cómo se han unido los elementos de la estructura: de nada sirve que una estructura disponga de piezas de un material muy resistente si después no se ensamblan correctamente. Por eso es tan importante elegir la forma más adecuada para unir las diferentes piezas. Existen muchos métodos de unión: adhesivos (cemento, pegamento…), tornillos, roblones/remaches, soldaduras…
(Unión con adhesivo – cemento, imagen original)
(Unión con roblones, imgaen original)
*Hacer los ejercicios 1 y 2.