¿Apretar o estirar?

Cada parte de una estructura es empujada o tirada por sus vecinas. Los ingenieros clasifican esas fuerzas internas en unos pocos tipos:

• Compresión: el material se aprieta. Una columna bajo un techo, una pila de libros bajo una mano.
• Tracción: el material se estira. Una cuerda que sostiene una lámpara, un cable de un puente, una goma elástica estirada.
• Cizalladura: las capas del material intentan deslizarse entre sí, como al cortar papel con tijeras.
• Flexión: una viga se hunde, por lo que su borde superior se aprieta y su borde inferior se estira.

Una fuerza por sí sola no te dice si una parte sobrevivirá. Lo que importa es la fuerza repartida sobre el área que la soporta. Eso es la tensión: stress = force ÷ area, medida en pascals (Pa) o megapascals (MPa, millones de pascals). Una carga de 1 kN (aproximadamente el peso de una masa de 100 kg) colgando de una barra con una sección transversal de 100 mm² da 1 000 N ÷ 0.0001 m² = 10 MPa.

Los materiales no son igualmente buenos para ambas tareas. La piedra, el ladrillo y el hormigón son fuertes en compresión y débiles en tracción. Como guía general, su resistencia a la tracción es aproximadamente una décima parte de su resistencia a la compresión, y a menudo menos. Si tiras de una viga de piedra, se agrieta mucho antes de que un bloque de piedra del mismo tamaño se rompa al ser comprimido. El acero y la cuerda son el tipo de amigo opuesto: el acero es fuerte en ambas direcciones, y una cuerda o cable es excelente en tracción pero inútil en compresión, porque una cuerda simplemente se afloja cuando la empujas.

Hay un detalle más. Una parte esbelta que se comprime no se aplasta primero; se abolla, curvándose hacia un lado como una regla presionada de extremo a extremo. Por eso las columnas de piedra son gruesas y los elementos de compresión de acero se fabrican como tubos o secciones profundas en lugar de barras delgadas.

La lección para los diseñadores es que la forma de una estructura decide qué fuerza interna utiliza. A menudo puedes elegir la forma para que un material débil en tracción solo sienta compresión. Eso es exactamente lo que hace un arco. Y cuando tienes un material fuerte en tracción, un cable es la forma más ligera posible de soportar carga a través de un hueco.