Entendiendo las Cargas Estáticas: Definición, Aplicaciones e Implicaciones de Seguridad

Una carga estática es una fuerza mecánica aplicada lentamente a un ensamblaje u objeto. Esto puede contrastarse con una carga dinámica, que es una fuerza que se aplica rápidamente. Las pruebas de carga estática son útiles para determinar las cargas máximas permitidas en estructuras de ingeniería, como puentes, y también pueden ser útiles para descubrir las propiedades mecánicas de los materiales.

Esta fuerza a menudo se aplica a estructuras de ingeniería de las que depende la seguridad de las personas porque los ingenieros necesitan saber la fuerza máxima que una estructura puede soportar antes de colapsar. Cualquier fuerza aplicada de manera constante sin mover un objeto se considera una carga estática, y el conocimiento de cuánta carga puede manejar una estructura es útil para establecer márgenes de seguridad para la estructura. Limitar la carga a la mitad del máximo de una estructura dará un factor de seguridad de dos.

Un ascensor es un ejemplo donde ocurre la carga estática. Cuando diez personas están paradas en un ascensor esperando a que se cierren las puertas, están ejerciendo una carga sobre él que es estática porque las personas y el ascensor no se mueven relativamente entre sí. Las tensiones dentro del ascensor tienen tiempo para alcanzar el equilibrio bajo tales condiciones. Un ascensor debe ser probado para establecer un límite de peso máximo con un margen de seguridad aceptable.

Una carga dinámica, por otro lado, resulta cuando las condiciones de carga cambian con el tiempo. Cuando las personas se mueven dentro de un ascensor, están creando una carga dinámica, y las tensiones en un punto del ascensor pueden variar considerablemente.

Los propios materiales pueden someterse a pruebas para descubrir sus propiedades fundamentales. Todos los materiales tienen un límite intrínseco sobre cuánta tensión o compresión pueden tolerar antes de ceder o deformarse permanentemente. La tensión es una medida de fuerza por unidad de área en la sección transversal de un material, y cuando la fuerza por unidad de área se vuelve demasiado grande, se desarrollan microfracturas. Si la fuerza continúa aumentando, el material puede romperse por completo.

Una prueba de tracción puede usarse para determinar la resistencia a la tracción de un material. Los objetos entran en tensión cuando se aplican fuerzas hacia afuera a lo largo del mismo eje. Si se aplican fuerzas verticalmente, los objetos tenderán a volverse ligeramente más altos pero más delgados. Esta deformación es temporal y desaparecerá una vez que las fuerzas hayan cedido. Cuando las tensiones superan el punto de fluencia, sin embargo, un material tendrá sus dimensiones modificadas permanentemente.

Una muestra sometida a una prueba de tracción puede soportar típicamente tensiones más altas que su tensión de fluencia sin romperse. En un cierto punto, sin embargo, la muestra se romperá en dos piezas porque las grietas microscópicas que resultaron de la fluencia crecerán. La tensión en el punto de rotura completa se llama resistencia última a la tracción de un material.