¿Qué es una carga puntual?

También llamada carga concentrada, la carga puntual es la que se aplica a un área muy pequeña o a un punto específico dentro de una estructura.

Normalmente, las cargas puntuales se aplican a nodos, en el caso de estructuras reticulares, y columnas y vigas. Pueden aplicarse de forma perpendicular o en ángulo.

Se representa como si actuara sobre un único punto, siguiendo el concepto físico de punto material.

¿Qué es el punto material?

También conocido como partícula ideal o partícula puntual, es una idealización de la física clásica según la cual el tamaño, forma y estructura de un objeto son irrelevantes siempre y cuando su contexto así lo permita. En términos de masa, esto implica que el objeto en cuestión se piensa o se modela como un elemento infinitesimal, es decir, infinitamente pequeño en su volumen.

Por ejemplo, a pesar de que ocupan un volumen, las partículas elementales suelen considerarse partículas puntuales cuando se ponen en relación con partículas complejas, dado que las partículas elementales no tienen estructura interna conocida.

¿Qué unidad de medida se utiliza para expresar la carga puntual?

Se utilizan medidas de peso, como kilogramos, kilonewton, libras, toneladas, etc. A diferencia de lo que ocurre con las cargas distribuidas (que se expresan, por ejemplo, como kg/m), no se expresa el área de actuación de la carga.

¿Qué efecto tiene una carga puntual sobre una viga?

Las cargas puntuales, entre otras, deben tomarse en cuenta en el análisis de estructuras, y como parte de este, se debe calcular el efecto de las cargas sobre los elementos estructurales. En las vigas, dada su estructura lineal, las cargas generan flexión (es decir, una deformación perpendicular al eje longitudinal), y esto provoca fuerzas de tracción y compresión.

En la relación entre una viga y una carga puntual entran en juego, entre otros, estos elementos:

• Esfuerzo cortante: resultante de todos los esfuerzos verticales aplicados a la viga.
• Reacción de apoyo: las fuerzas generadas por los apoyos del elemento estructural (la viga) que está recibiendo la carga puntual.
• Momento flector (o momento flexor): momento de fuerza resultante de la distribución de tensiones.
• Segundo momento de inercia (o segundo momento de área): es la deformación máxima que puede sufrir un elemento por flexión.

¿Qué métodos se utilizan para resolver los problemas relacionados con las cargas puntuales?

Para realizar los cálculos relacionados con las cargas puntuales se utilizan, entre otros:

• Teoría de vigas de Euler-Bernoulli: simplifica de forma teórica la mecánica de sólidos deformables para conseguir un cálculo aproximado de los esfuerzos y deformaciones de las vigas.
• Teorema de Clapeyron o teorema de los tres momentos: demostrado a principios del siglo XIX, se desprende de la teoría de flexión de vigas y sirve para resolver algunos problemas de flexión hiperestática.
• Teoría de Euler-Bernoulli: se deriva de la hipótesis cinemática del mismo nombre, y se utiliza para calcular tensiones y desplazamientos en las vigas.
• Teoría de Timoshenko: a diferencia de la teoría de Euler-Bernoulli, no desprecia el esfuerzo cortante respecto al momento flector, por lo que utiliza ecuaciones más complejas aplicables a la curva elástica de vigas cortas.