Ingeniería estructural para niños
Datos para niños Ingeniería estructural |
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|---|---|---|
| Áreas del saber | Mecánica de sólidos, Elasticidad | |
| Campo de aplicación | Construcciones y estructuras resistentes. | |
| Subárea de | Ingeniería civil e Ingeniería mecánica | |
La ingeniería estructural es una parte importante de la ingeniería civil. Se encarga de diseñar y calcular cómo deben ser las partes de una estructura. Esto incluye edificios, puentes, muros, presas y túneles.
El objetivo principal es que las estructuras sean seguras, fuertes y útiles. Los ingenieros estructurales usan la mecánica de medios continuos para diseñar. Así, las construcciones pueden soportar su propio peso (cargas muertas). También soportan el peso de las personas y objetos (cargas vivas). Además, resisten fuerzas de la naturaleza como el viento, los terremotos, la nieve o el agua.
Contenido
¿Qué hace un ingeniero estructural?
Los ingenieros estructurales se aseguran de que sus diseños cumplan con altos estándares de seguridad. Por ejemplo, buscan que un edificio no se caiga sin avisar. También se preocupan por el nivel de servicio. Esto significa que las vibraciones en un edificio no molesten a quienes lo usan.
Además, son responsables de usar el dinero y los materiales de forma eficiente. Así logran sus objetivos de seguridad y funcionalidad.
Ejemplos de estructuras
Algunos ejemplos sencillos de ingeniería estructural son las vigas y las columnas. También diseñan los pisos de los edificios nuevos. Calculan las fuerzas que actúan sobre cada parte. También ven la resistencia de materiales como el acero, la madera o el hormigón.
Ejemplos más complejos incluyen puentes o edificios de muchos pisos. Los rascacielos son un gran desafío para la ingeniería estructural.
Historia de la ingeniería estructural
La ingeniería estructural tiene una historia muy larga. Se remonta al año 2700 a. C. En ese tiempo, se construyó la pirámide escalonada para el faraón Djoser. Fue diseñada por Imhotep, el primer ingeniero conocido por su nombre.
Las pirámides fueron las estructuras más comunes en las civilizaciones antiguas. Su forma es muy estable y se puede hacer muy grande. La estabilidad de una pirámide viene de su forma y de la fuerza de la piedra. Los bloques de piedra caliza eran muy resistentes.
Durante la historia antigua y medieval, los diseños los hacían artesanos. Ellos eran albañiles y carpinteros que se convertían en maestros de obras. No había una teoría clara de las estructuras. Se basaban en lo que ya había funcionado antes y en su intuición.
La profesión de ingeniero estructural se hizo más formal con la Revolución Industrial. Fue entonces cuando se redescubrió el hormigón. Las ciencias que apoyan la ingeniería estructural se empezaron a entender en el Renacimiento. Hoy en día, se usan programas de computadora avanzados para el diseño.
Momentos clave en la historia
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- 1452–1519: Leonardo da Vinci hizo muchas contribuciones importantes.
- 1638: Galileo Galilei publicó un libro donde estudió cómo fallaban las estructuras simples.
- 1660: Robert Hooke propuso la Ley de Hooke sobre la elasticidad.
- 1687: Isaac Newton publicó sus leyes de movimiento.
- 1707-1783: Leonhard Euler desarrolló la teoría de cómo se doblan las columnas bajo peso (pandeo).
- 1826: Claude-Louis Navier publicó un estudio sobre cómo se comportan las estructuras elásticas.
- 1936: Hardy Cross creó el método de distribución de momentos. Fue una gran mejora para diseñar estructuras continuas.
- 1956: Se introdujo el término "método de elementos finitos". Es una forma de analizar estructuras complejas usando computadoras.
Aprendiendo de los errores
La historia de la ingeniería estructural incluye muchos casos de colapsos y fallas. A veces, esto ocurre por descuido. Por ejemplo, en el colapso de una escuela en Pétion-Ville en 2008, el constructor no usó ingenieros. Esto causó la muerte de muchas personas, la mayoría niños.
En otros casos, las fallas estructurales necesitan un estudio cuidadoso. Los resultados de estas investigaciones ayudan a mejorar las prácticas y el conocimiento. A veces, el ingeniero original hizo todo bien según las normas de su tiempo, pero la estructura falló. Estos estudios son importantes para que la ingeniería siga avanzando.
¿Cómo funciona la ingeniería estructural?
La ingeniería estructural se basa en el conocimiento de la mecánica aplicada, la ciencia de los materiales y las matemáticas aplicadas. Esto ayuda a entender y predecir cómo las estructuras soportan su propio peso y las cargas que se les aplican.
Para diseñar bien, un ingeniero estructural necesita conocer los códigos de diseño. También debe saber sobre las técnicas de análisis estructural. Es importante que entienda cómo los materiales resisten la corrosión, especialmente si están expuestos al clima.
Desde los años 90, existen programas de computadora especiales. Estos programas ayudan a dibujar, analizar y diseñar estructuras con mucha precisión. Algunos ejemplos son AutoCAD, StaadPro y ETABS. Estos programas también pueden considerar cargas del ambiente, como terremotos y vientos.
Tipos de cargas en estructuras
Una carga estructural es cualquier fuerza o efecto que debe considerarse al calcular las partes de una estructura. La estructura es el conjunto de todas las partes resistentes y sus uniones. Las cargas se clasifican generalmente así:
- Cargas muertas: Son fuerzas que actúan de forma continua y no cambian mucho. Incluyen el peso de la propia estructura, el empuje de líquidos (como en una presa) o de la tierra (en un muro de contención).
- Cargas vivas: Son fuerzas que varían con el tiempo debido al uso de la estructura. Por ejemplo, el tráfico en un puente, los cambios de temperatura, la maquinaria o la acumulación de nieve.
- Cargas accidentales: Son fuerzas que vienen de eventos externos y duran poco tiempo. Por ejemplo, los terremotos o las ráfagas de viento.
Elementos estructurales comunes
El diseño de una estructura se divide en partes más pequeñas, llamadas elementos estructurales. Aunque están conectados, se calculan por separado. Cada elemento se analiza según sus características y los materiales de los que está hecho.
Los elementos estructurales más comunes son:
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Elementos largos (unidimensionales) | Elementos planos o curvos (bidimensionales) | ||
|---|---|---|---|---|
| Fuerza principal | Rectos | Curvos | Planos | Curvos |
| Flexión (doblamiento) | viga recta, dintel | arco | placa, losa | lámina, cúpula |
| Tracción (estiramiento) | cable tensado | catenaria | membrana elástica | |
| Compresión (aplastamiento) | pilar, columna | muro de carga | ||
La profesión de ingeniero estructural
Los ingenieros estructurales son los encargados del diseño y análisis de las estructuras. Los ingenieros que están empezando pueden diseñar partes individuales, como las vigas y columnas de un edificio. Los ingenieros con más experiencia diseñan la estructura completa de un sistema, como un edificio entero.
Los ingenieros estructurales suelen especializarse en ciertos tipos de estructuras. Pueden trabajar en edificios, puentes, túneles, barcos o incluso naves espaciales. Los que se especializan en edificios pueden enfocarse en materiales específicos, como hormigón, acero, madera o mampostería.
La ingeniería estructural existe desde que los humanos empezaron a construir. Se hizo una profesión más formal con la Revolución Industrial a finales del siglo XIX. Antes, el arquitecto y el ingeniero estructural solían ser la misma persona: el maestro de obras. Con el desarrollo de teorías estructurales en los siglos XIX y XX, surgieron los ingenieros estructurales profesionales.
Hoy en día, un ingeniero estructural necesita saber mucho sobre las cargas que soportan las estructuras. La complejidad de las construcciones modernas requiere mucha creatividad. Un ingeniero estructural suele estudiar una carrera universitaria de cuatro o cinco años. Después, necesita al menos tres años de práctica profesional para ser considerado completamente calificado.
Véase también
En inglés: Structural engineering Facts for Kids
- Ingeniería civil
- Ingeniería de la edificación
- Ingeniería sísmica
- Fiabilidad estructural
