Estructuras físicas: Vigas y columnas

Michael quiere construir una mesa de madera. Tiene una tabla para usar como tablero. Pero la tabla no puede simplemente flotar en el aire. Michael necesita añadir soporte: patas de mesa. Ahora la mesa está de pie, pero no es muy resistente.

Se hunde cuando Michael le pone algo encima. Para arreglar esto, Michael adjunta piezas de madera bajo los bordes de la mesa, entre las patas. Y agrega otra pieza debajo, en medio del tablero. De esta manera, Michael ha creado un marco para que se apoye la mesa. Ahora, el peso de la mesa y de todo lo que se le pone encima, se distribuye a lo largo del marco y se transmite por las piernas hasta el suelo.

La mesa ya no se hunde. Al igual que la mesa, las grandes estructuras físicas, como edificios o puentes, también necesitan diferentes elementos de apoyo. Estos elementos estructurales o de soporte llevan el peso de esas estructuras y transfieren fuerzas y cargas dentro de ellas. Tomemos como ejemplo este gran aparcamiento. Encima del edificio está el techo.

El techo es pesado y sin el apoyo adecuado es muy probable que se hunda o se agriete por su propio peso. Por eso el techo está soportado por largos elementos estructurales horizontales que ayudan a aguantar el peso, un poco como el marco horizontal de la mesa de Michael. En ingeniería, estos elementos estructurales horizontales se denominan vigas. Las vigas son largas en relación a su ancho y alto. Las vigas transportan fuerzas que actúan sobre ellas en un ángulo de 90 grados: perpendicularmente.

El techo y las vigas se apoyan en elementos verticales, al igual que las patas que sostienen la mesa. En ingeniería, estos elementos estructurales verticales se denominan columnas. Las columnas son altas en relación con su anchura. Las columnas se comprimen verticalmente por lo que las cargas y fuerzas que actúan sobre ellas se transmiten a lo largo de su altura. Hay vigas y columnas que se unen a través de todo el aparcamiento.

Crean un camino a lo largo del cual el peso y las fuerzas de niveles superiores se transfieren a los elementos que están por debajo y llegan hasta el suelo. Por eso las columnas de la planta baja deben ser más fuertes que las de los pisos más altos. ¡Necesitan poder llevar el peso combinado de todos los niveles de arriba! Otras cosas que deben tenerse en cuenta al diseñar un edificio o una estructura, son el material, tamaño, forma, e incluso la ubicación de las vigas y columnas en la estructura. Y todo esto se decide en función de la cantidad de carga y fuerza que necesiten llevar o soportar. Aunque aspectos como el peso y el coste de las vigas y columnas también juegan un papel.

Las columnas y vigas forman un marco que distribuye las fuerzas que actúan sobre una estructura y transmiten estas fuerzas al suelo. Gracias a las columnas y vigas las estructuras permanecen estables y resistentes para que podamos cruzar puentes, aparcar nuestros coches y ¡jugar a juegos de mesa de forma segura!