Fuerzas Internas en Estructuras: Tipos & Aplicaciones

En la ingeniería estructural, lo que sostiene una edificación, puente o infraestructura no siempre es visible a simple vista. Más allá del acero, el hormigón y las uniones, lo que realmente mantiene todo en equilibrio son las fuerzas internas que actúan dentro de cada elemento estructural. Estas fuerzas, aunque invisibles, son las verdaderas protagonistas de la resistencia, la rigidez y la estabilidad estructural.

Comprender el comportamiento de estas fuerzas es esencial para garantizar que una estructura no solo cumpla su función, sino que lo haga de forma segura, eficiente y durable en el tiempo. En Acciomate SpA Ingeniería & Proyectos, nuestro compromiso con la excelencia técnica se basa en la comprensión profunda de estas interacciones internas, que permiten a nuestros profesionales diseñar soluciones estructurales adaptadas a cada contexto, carga y exigencia normativa.

En esta nota, analizaremos en detalle las principales fuerzas internas que intervienen en una estructura: compresión, tracción, flexión, corte, torsión y estabilidad, explorando sus características, efectos estructurales y ejemplos de aplicación en la ingeniería contemporánea.

1. Compresión (Compression)

¿Qué es?

La compresión es una fuerza interna que tiende a acortar o aplastar un elemento estructural. Aparece cuando una carga empuja sobre un componente desde ambos extremos, reduciendo su longitud.

Características:

• Se presenta principalmente en columnas, muros y arcos.

• Genera esfuerzos de compresión axial en el núcleo del material.

• Puede provocar pandeo (inestabilidad) si el elemento es largo y esbelto.

Aplicaciones:

• Columnas de hormigón armado en edificaciones de gran altura.

• Pilastras y soportes verticales en puentes y viaductos.

• Muros portantes en estructuras residenciales.

Consideraciones de diseño:

• Verificación de carga crítica de pandeo.

• Uso de secciones eficientes (circulares, cuadradas, cruciformes).

• Refuerzo mediante estribos o confinamiento en zonas críticas.

2. Tracción (Tension)

¿Qué es?

La tracción es una fuerza interna que tiende a alargar o estirar un elemento estructural. Se genera cuando una carga actúa alejando ambos extremos del componente.

Características:

• Ideal para materiales con alta resistencia a la tracción como el acero.

• No produce pandeo, a diferencia de la compresión.

• Puede generar fallas por fatiga en cargas cíclicas.

Aplicaciones:

• Tensores y cables estructurales en puentes colgantes y cubiertas ligeras.

• Barras de refuerzo en el hormigón armado, donde absorben las fuerzas de tracción.

• Tensoestructuras y fachadas tensadas.

Consideraciones de diseño:

• Selección de materiales con alta ductilidad.

• Protección contra corrosión y fatiga.

• Verificación de alargamiento y deformación bajo carga.

3. Flexión (Bending)

¿Qué es?

La flexión ocurre cuando una carga transversal actúa sobre un elemento estructural, produciendo momentos flectores que generan compresión en una cara y tracción en la otra.

Características:

• Común en vigas, losas y voladizos.

• Genera una distribución no uniforme de esfuerzos en la sección transversal.

• El diseño depende de la ubicación de las fibras más solicitadas.

Aplicaciones:

• Vigas de hormigón armado o acero en estructuras horizontales.

• Losas de entrepiso que soportan carga viva y muerta.

• Puentes y elementos arquitectónicos proyectados.

Consideraciones de diseño:

• Ubicación y dosificación del refuerzo en zonas de tracción.

• Control de flechas (deformaciones).

• Verificación de fisuración y comportamiento en servicio.

4. Corte (Shear)

¿Qué es?

El corte (o esfuerzo cortante) es una fuerza que actúa de manera paralela a la sección transversal de un elemento, generando un desplazamiento relativo entre capas adyacentes del material.

Características:

• Común en apoyos, vigas y conexiones.

• Difícil de detectar visualmente, pero altamente destructiva si se ignora.

• Requiere refuerzo transversal adecuado (estribos, clavos, conectores).

Aplicaciones:

• Vigas de hormigón sometidas a cargas puntuales o distribuidas.

• Muros cortantes para resistir sismos.

• Uniones atornilladas o soldadas entre elementos metálicos.

Consideraciones de diseño:

• Revisión de esfuerzos de corte máximos y mínimos.

• Refuerzo con acero transversal en hormigón armado.

• Asegurar continuidad estructural entre elementos conectados.

5. Torsión (Torsion)

¿Qué es?

La torsión es una fuerza que produce un momento de torsión sobre el eje longitudinal de un elemento, generando esfuerzos de corte circulares o tangenciales.

Características:

• Se manifiesta cuando el elemento está sometido a cargas excéntricas o giros.

• Puede producir deformaciones significativas y fisuración.

• Requiere secciones resistentes al giro (tubulares, cerradas, con refuerzo transversal).

Aplicaciones:

• Ejes y vigas torsionadas por cargas asimétricas.

• Escaleras en espiral o pasarelas curvas.

• Torres de transmisión o mástiles sometidos a viento irregular.

Consideraciones de diseño:

• Análisis de torsión pura y combinada con flexión.

• Refuerzo específico en hormigón (estribos cerrados y armaduras longitudinales).

• Uso de secciones tubulares en estructuras metálicas.

6. Estabilidad Global (Stability)

¿Qué es?

La estabilidad es la capacidad de una estructura para mantener su forma, equilibrio y resistencia bajo acciones externas sin colapsar ni sufrir desplazamientos excesivos o inestabilidades locales/globales.

Tipos de estabilidad:

• Estabilidad local: Elementos individuales (pandeo de columnas, abollamiento).

• Estabilidad global: Desplazamientos o rotaciones de la estructura entera.

• Estabilidad dinámica: Respuesta a acciones sísmicas, viento o cargas móviles.

Aplicaciones:

• Edificios de gran altura sometidos a viento.

• Puentes con tramos móviles o de gran luz.

• Infraestructura sísmicamente activa.

Consideraciones de diseño:

• Implementación de sistemas de contraventeo, muros cortantes, núcleos rígidos.

• Análisis no lineales de estabilidad estructural.

• Control de deformaciones excesivas mediante normativa (drift).

Enfoque Integral: La Sinergia de las Fuerzas

Es importante destacar que ninguna fuerza interna actúa de manera aislada. Las estructuras reales están sujetas a múltiples combinaciones simultáneas de compresión, tracción, flexión, corte, torsión y efectos de estabilidad. Por eso, en Acciomate SpA abordamos cada proyecto con una visión sistémica, integrando herramientas como:

• Análisis estructural avanzado (FEM, SAP2000, ETABS).

• Modelado BIM para visualizar esfuerzos internos en tiempo real.

• Simulación sísmica y dinámica estructural.

• Diseño basado en desempeño (Performance-Based Design).

Ejemplo Práctico: Aplicación Combinada de Fuerzas

Puente vehicular de gran luz:

• Compresión: En los soportes verticales (pilas).

• Tracción: En los cables principales si es colgante.

• Flexión: En la losa de rodadura ante el paso de vehículos.

• Corte: En los apoyos y conexiones.

• Torsión: Si el tránsito está desequilibrado.

• Estabilidad: Frente a viento, sismos o asentamientos del terreno.

Conclusión: Entender las Fuerzas, Construir con Conocimiento

Las fuerzas internas son las verdaderas protagonistas de la ingeniería estructural. Su análisis y dominio permiten transformar materias primas en soluciones sólidas, seguras y duraderas. En Acciomate SpA Ingeniería & Proyectos, basamos nuestro trabajo en el entendimiento profundo del comportamiento estructural, desarrollando proyectos con ingeniería aplicada, rigor técnico y excelencia en el diseño.