¿Qué es un momento flector?
28 de septiembre de 2021
Para entender cómo funcionan las estructuras en su conjunto, los ingenieros deben ser capaces de calcular cómo puede resistir la estructura las fuerzas a las que puede verse sometida sin fallar. En el mundo real, esas fuerzas incluyen carga viva (las personas o los materiales que almacenará el edificio), la carga muerta (el peso de la propia estructura) y consideraciones elementales como la carga de nieve, la carga de viento y la carga sísmica. Los códigos de edificación suelen establecer los parámetros de estas cargas de diseño, pero es fundamental comprender cómo y por qué se establecen esos códigos.
Tanto las fuerzas internas como las externas actúan sobre las estructuras, afectando al funcionamiento conjunto de todos sus componentes. Por lo tanto, los ingenieros deben tener en cuenta ambas a la hora de diseñar una estructura para conseguir la máxima estabilidad.
Cuando se aplica una carga a una columna, ésta queda sometida a compresión. La capacidad de la columna para soportar esa carga (o fuerzas externas de compresión que presionan hacia dentro y acortan las partículas que componen esa columna) es un cálculo que ayuda a determinar la integridad estructural del edificio en su conjunto. Ningún material puede sostener una carga infinita, así que cuando los ingenieros consideran las fuerzas externas, miden una reacción llamada "momento flector".
¿Qué es un momento flector?
Como su nombre indica, el momento flector se produce cuando se aplica una fuerza a un elemento estructural (como una columna o una viga), y esa fuerza externa hace que el elemento se doble y acabe fallando. Consideremos una viga simplemente apoyada que soporta una carga: El momento de flexión máximo de la viga se produce en el punto de máxima tensión, el último momento antes de que falle. Este principio es clave a la hora de diseñar edificios con la máxima integridad estructural.
Existen dos tipos de momentos flectores, en función del sentido en que se produce la flexión:
- Pandeo o flexión positiva: La compresión se produce en la fibra superior, lo que provoca una reacción de tensión (o tracción) en la fibra inferior.
- Pandeo o flexión negativa: La compresión se produce en la parte inferior (por ejemplo, una fuerza empuja perpendicularmente una viga horizontal desde abajo), provocando una tensión en la parte superior.
El maestro de obras Jordan Smith ilustra así el momento de flexión:
"La madera sufrirá un momento de flexión cuando se aplique una fuerza. Por ejemplo, cuando camino por el suelo, empujo hacia abajo -la gravedad tira de mí- y eso dobla la viga y pone el elemento superior en compresión y el inferior en tensión".
Relación entre el momento flector y otras fuerzas y tensiones
En pocas palabras, en el diseño estructural intervienen estas cuatro fuerzas:
- Compresión: Las partículas de un material son empujadas unas contra otras, lo que provoca su acortamiento o compresión. En un edificio, la compresión suele producirse desde arriba.
- Tensión: Lo contrario de la compresión, en la que una fuerza de tracción actúa para alargar el material. Si una viga se comprime desde arriba, estará en tensión en la parte inferior.
- Torsión: Un elemento estructural está sometido a una fuerza de torsión.
- Cizallamiento: Las fuerzas estructurales opuestas provocan deslizamientos en un plano. En otras palabras, una fuerza de cizallamiento que hace que las capas se deslicen unas sobre otras en direcciones opuestas. Los edificios necesitan muros cortantes para resistir las fuerzas laterales, o cortantes.
Siempre encontrarás estas cuatro tensiones actuando sobre una estructura. Imagina que caminas por el segundo piso de una casa. Tu peso ejerce compresión sobre las vigas que sostienen el suelo y, a medida que las vigas se comprimen en la parte superior, también se estiran en tensión en la parte inferior. Esto crea un momento flector. Las vigas también se mantienen unidas en un alma que está en cizallamiento. Para mantener la integridad estructural, la construcción de la casa debe ser capaz de mantener todas estas fuerzas en equilibrio.
Aprenda más sobre cómo actúan las fuerzas y las tensiones sobre las estructuras y los materiales en la clase de Materiales de Madera de MT Copeland, impartida por el constructor profesional Jordan Smith.
Para entender cómo funcionan las estructuras en su conjunto, los ingenieros deben ser capaces de calcular cómo puede resistir la estructura las fuerzas a las que puede verse sometida sin fallar. En el mundo real, esas fuerzas incluyen carga viva (las personas o los materiales que almacenará el edificio), la carga muerta (el peso de la propia estructura) y consideraciones elementales como la carga de nieve, la carga de viento y la carga sísmica. Los códigos de edificación suelen establecer los parámetros de estas cargas de diseño, pero es fundamental comprender cómo y por qué se establecen esos códigos.
Tanto las fuerzas internas como las externas actúan sobre las estructuras, afectando al funcionamiento conjunto de todos sus componentes. Por lo tanto, los ingenieros deben tener en cuenta ambas a la hora de diseñar una estructura para conseguir la máxima estabilidad.
Cuando se aplica una carga a una columna, ésta queda sometida a compresión. La capacidad de la columna para soportar esa carga (o fuerzas externas de compresión que presionan hacia dentro y acortan las partículas que componen esa columna) es un cálculo que ayuda a determinar la integridad estructural del edificio en su conjunto. Ningún material puede sostener una carga infinita, así que cuando los ingenieros consideran las fuerzas externas, miden una reacción llamada "momento flector".
¿Qué es un momento flector?
Como su nombre indica, el momento flector se produce cuando se aplica una fuerza a un elemento estructural (como una columna o una viga), y esa fuerza externa hace que el elemento se doble y acabe fallando. Consideremos una viga simplemente apoyada que soporta una carga: El momento de flexión máximo de la viga se produce en el punto de máxima tensión, el último momento antes de que falle. Este principio es clave a la hora de diseñar edificios con la máxima integridad estructural.
Existen dos tipos de momentos flectores, en función del sentido en que se produce la flexión:
- Pandeo o flexión positiva: La compresión se produce en la fibra superior, lo que provoca una reacción de tensión (o tracción) en la fibra inferior.
- Pandeo o flexión negativa: La compresión se produce en la parte inferior (por ejemplo, una fuerza empuja perpendicularmente una viga horizontal desde abajo), provocando una tensión en la parte superior.
El maestro de obras Jordan Smith ilustra así el momento de flexión:
"La madera sufrirá un momento de flexión cuando se aplique una fuerza. Por ejemplo, cuando camino por el suelo, empujo hacia abajo -la gravedad tira de mí- y eso dobla la viga y pone el elemento superior en compresión y el inferior en tensión".
Relación entre el momento flector y otras fuerzas y tensiones
En pocas palabras, en el diseño estructural intervienen estas cuatro fuerzas:
- Compresión: Las partículas de un material son empujadas unas contra otras, lo que provoca su acortamiento o compresión. En un edificio, la compresión suele producirse desde arriba.
- Tensión: Lo contrario de la compresión, en la que una fuerza de tracción actúa para alargar el material. Si una viga se comprime desde arriba, estará en tensión en la parte inferior.
- Torsión: Un elemento estructural está sometido a una fuerza de torsión.
- Cizallamiento: Las fuerzas estructurales opuestas provocan deslizamientos en un plano. En otras palabras, una fuerza de cizallamiento que hace que las capas se deslicen unas sobre otras en direcciones opuestas. Los edificios necesitan muros cortantes para resistir las fuerzas laterales, o cortantes.
Siempre encontrarás estas cuatro tensiones actuando sobre una estructura. Imagina que caminas por el segundo piso de una casa. Tu peso ejerce compresión sobre las vigas que sostienen el suelo y, a medida que las vigas se comprimen en la parte superior, también se estiran en tensión en la parte inferior. Esto crea un momento flector. Las vigas también se mantienen unidas en un alma que está en cizallamiento. Para mantener la integridad estructural, la construcción de la casa debe ser capaz de mantener todas estas fuerzas en equilibrio.
Aprenda más sobre cómo actúan las fuerzas y las tensiones sobre las estructuras y los materiales en la clase de Materiales de Madera de MT Copeland, impartida por el constructor profesional Jordan Smith.
Aprenda más sobre cómo actúan las fuerzas y las tensiones sobre las estructuras y los materiales en la clase de Materiales de Madera de MT Copeland, impartida por el constructor profesional Jordan Smith.
¿Cómo se calcula el momento flector?
El concepto de momento flector es vital para la ingeniería porque se utiliza para calcular cuánta flexión puede producirse cuando actúan distintas fuerzas. Los ingenieros civiles y estructurales construyen diagramas de momento flector para un edificio basándose en las tensiones o cargas probables que experimentará el edificio. Ese diagrama muestra dónde experimentará un elemento el momento flector máximo; en otras palabras, dónde es más probable que el elemento se rompa por flexión. A continuación, pueden determinar dónde son más débiles los elementos y proporcionar el refuerzo necesario para resistir la flexión.
Para calcular el momento flector de un punto determinado de un elemento, se tomaría la magnitud de la fuerza y se multiplicaría por la distancia de la fuerza a ese punto. El momento flector suele medirse como fuerza x distancia (kNm), y se produce como resultado de fuerzas externas.
Dado que se mide una flexión positiva o negativa, es decir, que la fuerza se ejerce desde arriba o desde abajo, la fuerza debe ser perpendicular a la línea que une el punto en el que se aplica la fuerza y el punto de referencia.
MT Copeland ofrece clases en línea basadas en vídeo que le proporcionan una base en los fundamentos de la construcción con aplicaciones en el mundo real. Los cursos incluyen vídeos producidos profesionalmente e impartidos por artesanos en activo, así como descargas complementarias como cuestionarios, planos y otros materiales que le ayudarán a dominar los conocimientos.
