Estructuras Funiculares

Estructuras funiculares

Las estructuras funiculares son aquellas constituidas por sogas, cuerdas o cables que debido a su naturaleza no poseen rigidez, por lo que únicamente pueden absorber esfuerzos de tracción.

Las cuerdas o cables poseen un momento de inercia extremadamente reducido con relación a su longitud, por lo que podríamos asimilar su comportamiento a piezas de “esbeltez infinita”, y por tanto, de “rigidez nula”.

En cambio, la tracción provoca el efecto contrario, es decir, tiende a estirar la pieza, y no a curvarla, como sucede con la flexión o la compresión en piezas muy esbeltas, por lo tanto, su resistencia no depende de su rigidez; es independiente de esta.

Los cables se comportan de forma inversa a los arcos, en los cuales, debido a su curvatura, los esfuerzos cortantes y de flexión se pueden hacer nulos y los esfuerzos de compresión se convierten en el soporte de la estructura. En el caso de un cable, la geometría que él adquiere al aplicar las cargas, es tal, que asegura el cumplimiento de las leyes de equilibrio con el solo trabajo a tracción del elemento.

El tipo de geometría que adquiere un cable depende del tipo de cargas actuantes. Para cables sometidos a cargas uniformes en la proyección horizontal, adquieren una forma parabólica siguiendo la forma del diagrama de momentos de una viga simple; cables sometidos a cargas puntuales adquieren una forma discontinua en cada punto de aplicación de las cargas y cables sometidos a su propio peso (en este caso no es una carga uniforme) forman una curva llamada catenaria. En el caso de que la flecha del cable (distancia vertical desde los extremos hasta el punto más bajo) no sea muy grande, esta catenaria se puede aproximar a una parábola.

Para el análisis se consideran totalmente flexibles e inextensibles de tal manera que en toda su longitud los esfuerzos solo serán axiales de tracción y siempre tangenciales a la curva del cable.

La forma que adquiere siempre una estructura de tracción es la que corresponde al funicular de las cargas actuantes. El funicular son las formas que responden a las cargas aplicadas de modo que las fuerzas internas resultantes son de compresión o tensión pura.

Si las cargas cambian de posición, de magnitud, de características o de número, el funicular también lo hace adoptando naturalmente la conformación más apropiada para soportar con la mayor economía de esfuerzos el esquema de cargas actuante. Es una estructura dinámica e inteligente.

Como el funicular de las cargas representa también el diagrama de momentos flexores de ese mismo esquema de cargas actuando sobre una viga, se deduce que la configuración de toda cuerda es similar al diagrama de momentos flexores.

Por consiguiente, si la carga es uniformemente distribuida, la cuerda o el cable adoptarán, al igual que el diagrama de momentos, la forma de una parábola de segundo grado. Ejemplo de ello son los puentes colgantes, donde el tablero para la circulación del tránsito genera una carga distribuida, conectándose por medio de tensores verticales con los cables colgantes superiores cuya forma se aproxima a la de una parábola de segundo grado.

Como esa enorme capacidad de adaptación se hace extensiva a las luces que debe cubrir, esto le permite salvar enormes distancias entre apoyos con gran economía de material, peso y costos, cuyo ejemplo más notorio son, nuevamente, los puentes colgantes.

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