fuerza concentrada

Fuerza concentrada: qué es y cuáles son sus funciones principales

Ingeniería Civil y Transporte
 09-jun-2021 | Structuralia

Cuando hablamos de fuerza en el mundo de ingeniería, construcción y edificación, nos referimos a la medida de intensidad de interacción de un cuerpo con otro u otros. Sin embargo, existen diferentes tipos de fuerza y situaciones que hacen que debamos aprender a calcularlas para obtener resultados óptimos. En las siguientes líneas hablaremos de ellas y, en concreto, de la fuerza concentrada o puntual y de sus diferencias con la fuerza distribuida, detallando cuáles son sus aplicaciones y cómo se calcula. 

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Tipos de fuerza

Las fuerzas están presentes en todas las actividades y elementos y debemos conocer sus diferentes tipos para hacer proyectos más específicos y precisos. A continuación hacemos una clasificación por criterios.

En función de la duración

Podemos distinguir las fuerzas fijas o permanentes y las variables o intermitentes. Las fijas siempre están presentes en las estructuras y estas tendrán que soportar a las citadas estructuras en todo momento, como ocurre, por ejemplo, con el peso de un edificio. Las variables, como el viento o la nieve, pueden aparecer o desaparecer en función de las condiciones externas de la estructura en cuestión. 

En función de su forma de actuación

Encontramos, por un lado, las fuerzas estáticas, en las que la intensidad o dirección en la que actúan no cambia o su cambio es leve, como ocurre con el tonelaje de un barco; por el otro están las fuerzas dinámicas, que sí cambian de valor, lugar o dirección, como, por ejemplo, ocurre en terremotos o en impactos bruscos. 

En función de su distribución sobre la estructura

Las fuerzas de volumen actúan en todas las partículas del cuerpo, como ocurre con las fuerzas gravitatorias o magnéticas. Las de superficie, por el contrario, solo tienen lugar en la periferia del cuerpo debido al contacto con otros elementos. A su vez, las de superficie se pueden clasificar según su distribución en distribuidas y concentradas. Estas últimas serán desarrolladas más adelante.

En función de la naturaleza de la fuerza respecto a la estructura

Este grupo se divide en dos secciones. Las fuerzas de acción son todas las fuerzas externas que actúan sobre un cuerpo e intentan desplazarlo o modificarlo. Las fuerzas de reacción están dentro del segundo grupo, y son aquellas con las que la propia estructura del cuerpo responde a las acciones para mantener el equilibrio. La 3ª ley de Newton es muy válida para entender estos conceptos.

¿Qué es la fuerza concentrada?

Cuando hay un contacto directo entre dos cuerpos se genera una fuerza. Tener claro lo que son las fuerzas concentradas es imprescindible para diseñar, por ejemplo, vigas. No obstante, a este respecto también es fundamental conocer el concepto de fuerzas distribuidas. 

La_fuerza_concentrada

La fuerza concentrada es aquella que actúa en un determinado punto del cuerpo. También son llamadas ideales, porque realmente no existen, aunque son indispensables para el cálculo matemático. 

Cálculo de fuerza concentrada

Es importante saber que una fuerza distribuida puede representarse mediante una fuerza concentrada. Es decir, que podemos hacer los cálculos pertinentes para hacer la transformación de una fuerza a otra, y que todas aquellas que ejercen presión sobre un cuerpo se reemplacen con una sola y actúen en un solo punto. De hecho, ese punto donde actúa generalmente se considera, en el caso de los pesos, el centro de gravedad. 

Con estos conceptos claros, a la hora de hacer los cálculos deberemos tener en cuenta la longitud o superficie del cuerpo y la forma de distribución con respecto a la masa que este presente. A la hora de hallarlo tendríamos que tener en cuenta lo siguiente. 

  • Formas regulares: área determinada · la distribución con respecto a la longitud.
  • Formas irregulares: exactamente igual que en las formas regulares.
  • Si el cuerpo no tiene forma definida: tendríamos que usar integrales. 

Veámoslo con un ejemplo. En este caso, de un cuerpo con forma regular y del que queremos hallar su equivalente: supongamos que tenemos un objeto de 3 m de longitud que se distribuye de forma homogénea con una fuerza a lo largo de todo el cuerpo de 20 kN/m. 

  • F = q · l ; se tomaría el área del rectángulo, la base por la altura.
  • F (concentrada) = 20kN/m · 3m = 60 kN

¿Cómo calcular cargas en sentido contrario?

Si, por ejemplo, tenemos una distribución rectangular, otra trapezoidal y, por último, una triangular con sentidos distinto de carga distribuida, la fórmula seguiría siendo igual. Es decir, que tendríamos en cuenta el área de cada cuerpo, pero no todas las cargas serían positivas. Tendríamos que restar las que fueran en sentido contrario de las que lleven el normal. 

¿Qué es la fuerza distribuida?

A diferencia de las concentradas, las fuerzas distribuidas actúan en toda la superficie del cuerpo... O, en el caso más extremo, a lo largo de una recta. 

La_fuerza_distribuida

Se ha comprobado matemáticamente, y existe una ley que representa la distribución de fuerzas y por eso se puede calcular dicha distribución, que una fuerza real no es una fuerza concentrada, sino distribuida. Esto es así porque si, por ejemplo, colocáramos un peso sobre una superficie, dicha fuerza no actuaría solo en un punto, sino en todos los de la superficie. 

¿Qué son las fuerzas internas?

Las fuerzas internas son aquellas que se transmiten de partícula a partícula de un cuerpo. Se deben a las fuerzas externas, y son las causantes de que un material se rompa. La distribución de la fuerza interna a través de una sección se llama esfuerzo, y si este sobrepasa la resistencia de un material, el cuerpo se romperá. 

Existen muchos tipos de fuerza, y debemos tener todas en cuenta para realizar proyectos de edificación, ingeniería o construcción de calidad. Uno de los objetivos de los expertos es diseñar cuerpos de manera que resistan las cargas sin romperse. Por eso es tan importante saber cómo hallar la fuerza concentrada. No obstante, también será necesario determinar las fuerzas internas en cualquier sección de un cuerpo, como las axiales o las cortantes. 

Desde Structuralia queremos ayudar a los profesionales a adquirir los conocimientos necesarios en este ámbito y otros del mismo interés. Por ello, en nuestra escuela impartimos másteres sobre ingeniería muy útiles para seguir formándose tras finalizar los estudios superiores y aprender a calcular fuerzas concentradas. 

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