No, no necesitas un título en ingeniería estructural para ganar en Jenga, pero seguro que a veces parece así, ¿no es así? Imágenes de Jeffrey Coolidge / Getty Los seres humanos son ingenieros estructurales natos. Si te resulta difícil de creer Observe a un niño pequeño jugar con un juego de simples bloques de madera. Sin instrucción externa, y a través de muchas pruebas y errores enérgicos, eventualmente aprenderá que la forma más estable de construir hacia arriba es colocar una viga horizontal a través de dos columnas verticales.
La lógica intuitiva del niño es la misma que inspiró a los arquitectos micénicos del siglo XIII a. C. para construir la famosa Puerta de los Leones con dos columnas de piedra y una viga ligeramente arqueada. Es el mismo conocimiento estructural que les dijo a los antiguos egipcios que si quieren construir algo alto con piedra, tienes que empezar de par en par en la base. Y es ese mismo ingeniero nato en todos nosotros el que dice:"Tipo, si quieres ganar en Jenga, ¡no dejes ni un solo soporte en la parte inferior de la torre! "
Jenga es uno de los juegos más populares del mundo, tercero sólo después de Monopoly y Scrabble en el número de unidades vendidas [fuente:Little]. El objetivo del juego es simple:comienzas con una pila de 54 bloques, tres bloques de ancho, 18 niveles de altura. Cada nivel de bloques debe ser perpendicular al nivel debajo de él. Cada jugador debe quitar un bloque de cerca de la parte inferior de la torre y colocarlo en la parte superior usando solo una mano a la vez. Finalmente, la torre se vuelve peligrosamente inestable. Si eres el que finalmente lo derriba, tú pierdes.
Jenga fue inventada por Leslie Scott, ciudadano británico nacido y criado en Kenia y Tanzania. (Jenga significa "construir" en swahili). Scott jugó el juego con su familia en África durante años; finalmente dejó un trabajo con Intel para lanzar Jenga en una feria de juguetes de 1983, donde se convirtió en un fenómeno de juego instantáneo [fuente:Little].
Parte del encanto de Jenga es su sencillez; nada más que bloques de madera y gravedad. Pero incluso este simple juego puede enseñarnos mucho sobre el mundo más complejo de la ingeniería estructural. Edificios después de todo, son vulnerables a las mismas fuerzas que pueden derribar una torre Jenga:fuerzas como cargas, tensión, compresión, torsión y más. Un golpe accidental de la mesa de juego es una excelente versión a escala de un terremoto catastrófico.
Comencemos nuestra exploración de la ingeniería estructural de Jenga con un vistazo a las cargas.
Uno de los principios más importantes de la ingeniería estructural es cargando . ¿Has oído hablar de un muro de carga? Por lo general, es una pared interna (como la que divide la cocina y la sala de estar) que también sirve como columna que sostiene el segundo piso o el techo. Si quita un muro de carga, es posible que la estructura no pueda soportar su propio peso, y eso significa problemas.
En Jenga, no se cortan dos bloques de madera exactamente a las mismas dimensiones, lo que significa que los bloques descansan unos sobre otros de manera desigual [fuente:Smith]. Uno de los principales trucos de Jenga es localizar las piezas "sueltas", que son más fáciles de quitar sin perturbar la integridad de la torre. Si una pieza está suelta, entonces sabrá que no puede soportar cargas.
Entonces, ¿qué nos enseña esto sobre la ingeniería estructural? Al diseñar un edificio, Los ingenieros deben considerar camino de carga desde la parte superior del edificio hasta los cimientos. Cada nivel de la estructura necesita soportar las fuerzas aplicadas hacia abajo desde los niveles superiores. Hay tres tipos de cargas que ocurren en un edificio:
Los ingenieros deben realizar cálculos cuidadosos para asegurarse de que los muros de carga, techos y techos pueden soportar muertos, cargas vivas e incluso dinámicas, particularmente cuando se construye en zonas sísmicamente activas.
El siguiente principio importante que Jenga enseña sobre ingeniería estructural es la importancia de una base.
Del mismo modo que necesitas encontrar la superficie perfecta para jugar a Jenga, Los ingenieros estructurales deben considerar las superficies sobre las que eligen construir. Imágenes de Richard Elliott / Getty Cada familia tiene su superficie favorita para jugar a Jenga. La endeble mesa de juego está fuera de discusión porque el más mínimo golpe de un codo errante hará que su torre se caiga. La robusta mesa de la cocina es una opción sólida, porque no suena tan fácilmente como la mesa de juego, pero nada mejor que un buen piso de madera. No puedes golpearlo de lado es bastante plano y la única amenaza para la estabilidad es el ocasional bebé o mascota que gatea.
Los ingenieros estructurales también deben considerar la superficie sobre la que están construyendo su estructura. Si deja caer un edificio de 15 pisos sobre suelo suelto, la estructura puede asentarse de manera desigual, provocando grietas en las paredes o incluso un derrumbe. Incluso si un edificio está construido sobre roca sólida, un terremoto podría empujarlo hacia los lados, haciendo que se deslice por la calle unos metros, aplastando cualquier cosa a su paso. Por eso todos los edificios modernos pequeños y altos por igual, están construidos sobre cimientos.
Una fundación tiene un par de propósitos clave. Primeramente, transfiere la carga de la estructura al suelo. (Hablamos de cargas en la última página). Cuanto más alto y pesado es un edificio, cuanta más carga se impulsa hacia abajo. Si el edificio se asienta plano sobre la superficie, entonces los elementos más bajos de la estructura tendrían que soportar la carga combinada de todo lo que está por encima de ellos. Pero con una base diseñada adecuadamente, la carga de toda la estructura pasa a través de los elementos más bajos y se dispersa en la tierra debajo.
Los cimientos también sirven para anclar físicamente la estructura al suelo. Este es un papel crucial en edificios muy altos. Imagínese tratando de equilibrar una vara de una yarda en un extremo. Es posible que pueda sacarlo en una superficie extremadamente plana, pero incluso una exhalación la derribaría. Pero, ¿qué pasa si sacas el palo de la yarda hacia atrás y clavas un extremo en el suelo unos centímetros? Ahora puedes tocarlo o incluso patearlo, y no se volcará. Un cimiento entierra una parte del edificio en el suelo, dándole mayor estabilidad frente a cambios dinámicos de carga.
Para edificios altos construidos sobre suelos sueltos o arena, los ingenieros clavan pilas de acero en las profundidades de la tierra hasta que llegan al lecho de roca. Luego, construyen una base de hormigón armado alrededor de las pilas de acero para crear un ancla firme sobre la que construir.
A continuación, veremos qué pueden enseñarnos los bloques de madera Jenga sobre los materiales de construcción.
En ingeniería estructural, Hay dos fuerzas básicas que actúan en cualquier elemento estructural:compresión y tensión. Compresión es la fuerza que se aplica cuando se empujan dos objetos juntos. Piense en una pila de piedras pesadas. La fuerza que aplasta la piedra del fondo es la compresión. Tensión es la fuerza que se aplica cuando se tira o se estira un objeto. Un buen ejemplo es la superficie de un trampolín. Cuando alguien salta al trampolín, el material se estira.
Los ingenieros hablan de la Fuerza de Tensión de materiales. Ésta es la fuerza máxima que se puede aplicar a un material sin separarlo. Los haces de cables de acero tienen una resistencia a la tracción increíblemente alta, por eso se utilizan en los puentes colgantes más largos y pesados del mundo. Incluso un solo cable de acero de solo 1 centímetro de diámetro puede soportar el peso de dos elefantes adultos [fuente:Yes Mag].
Ahora pensemos en una estructura típica de Jenga. Si quita la pieza central en una fila, luego crea dos estructuras simples de vigas y columnas a cada lado de la torre. Una viga colocada sobre dos columnas experimenta compresión y tensión al mismo tiempo. El peso que se apoya en la parte superior de la viga la comprime hacia adentro, hacia el centro de la viga. Y aunque no puedas verlo a simple vista, la parte inferior de la viga se estira hacia afuera.
Imagínese si la viga estuviera hecha de goma. El peso lo estiraría en forma de "U". Es por eso que el caucho es un material de construcción tan pésimo. Los ingenieros estructurales eligen (y en ocasiones diseñan) materiales con las mejores características de compresión y tensión para el trabajo. La piedra es excelente bajo compresión, pero notablemente fácil de separar. Es por eso que un arco de piedra dura mucho más que una viga de piedra. El hormigón armado es un material de construcción ideal, porque el hormigón le da resistencia a la compresión y las varillas de acero empotradas le dan resistencia a la tracción.
Las torres Jenga no son lo suficientemente altas o pesadas como para aplicar una compresión o tensión seria en las piezas de madera, por lo que hay muy poca preocupación por dividir una viga. Pero en proyectos de construcción reales, Los ingenieros deben considerar cuidadosamente las fortalezas y debilidades de cada elemento.
Ahora te explicamos por qué siempre es mejor dejar dos soportes en la parte inferior de la torre Jenga.
Mantener esta torre tambaleante en posición vertical implica mucho más que mera suerte. Personal / Getty Images Los jugadores experimentados de Jenga saben que la forma más rápida de caer de una torre es quitar las dos piezas exteriores de la fila inferior. dejando toda la estructura en equilibrio sobre un solo bloque de madera estrecho. Con un solo soporte en la parte inferior, cada golpe y empujón de la torre se magnifica, haciendo que se balancee precariamente de un lado a otro. Pero, ¿cuáles son exactamente las fuerzas que actúan sobre una estructura con un soporte tan estrecho? ¿Y qué los hace tan peligrosos?
Los ingenieros estructurales no hablan de mantener un edificio "equilibrado". Hablan de mantener equilibrio rotacional . Imagine un edificio alto como un brazo de palanca largo con la mayor parte del brazo sobre el suelo y una sección más pequeña (los cimientos) debajo del suelo. El punto donde el edificio se encuentra con el suelo es el punto de apoyo de la palanca. Ahora imagine que el edificio se inclina ligeramente hacia la derecha o hacia la izquierda. En lugar de simplemente caerse, puede pensar que gira alrededor del punto de apoyo. Los ingenieros y los físicos tienen dos nombres para esta fuerza de rotación:el momento o esfuerzo de torsión .
Un principio básico de la ingeniería estructural es que cuanto más largo sea el brazo de palanca (o más alejado del fulcro), cuanto mayor sea el momento. Para disminuir el momento de un edificio muy alto, necesitas construir soportes amplios. Cuanto más anchos sean los soportes, cuanto menor sea el momento. Para entender esto intente pararse con los pies bien separados y pídale a un amigo que intente empujarlo hacia un lado. Requiere mucha fuerza. Junta los talones e intenta lo mismo. Tu amigo apenas tiene que tocarte y te vuelcas. Una estructura con una base amplia y agradable es intrínsecamente más estable que un edificio con una base estrecha.
Para la última lección de ingeniería estructural aprendida de Jenga, hablaremos de terremotos.
La torre Jenga más alta registrada tenía 40 niveles, alcanzado utilizando el conjunto original de Jenga diseñado por la propia Leslie Scott [fuente:Museo de la Infancia]. La mayoría de los jugadores tienen suerte si pueden obtener más de 30 niveles antes de que todo se derrumbe. La razón por la que la torre se vuelve cada vez más inestable a medida que crece se debe a la distribución desigual del peso. Cuando se ubica demasiado peso en la parte superior de la estructura, comienza a actuar como un péndulo inverso, balanceándose hacia adelante y hacia atrás en su estrecha conexión a la tierra [fuente:FEMA]. En Jenga, el resultado es una limpieza de dos minutos. En la vida real, tendrías una catástrofe.
Cuando los ingenieros estructurales eligen construir en una región sísmicamente activa, necesitan considerar los efectos de las vibraciones laterales en su edificio. Cuando las ondas sísmicas recorren la tierra, empujan los edificios hacia arriba y hacia abajo y hacia adelante y hacia atrás. Los golpes hacia arriba y hacia abajo no son tan peligrosos como los movimientos laterales, que es más probable que conduzcan al colapso [fuente:Asociación de Gobiernos del Área de la Bahía].
Estas vibraciones de lado a lado se experimentan de manera diferente a diferentes distancias del suelo. Cuanto más alto subes por un edificio, cuanto más pronunciadas son las vibraciones. Cuando agregas peso a la ecuación, los efectos pueden ser desastrosos. Según el texto seminal, "¿Por qué se derrumban los edificios? "Las fuerzas sísmicas crecen en proporción al peso de la estructura y al cuadrado de su altura [fuente:Levy].
Una estructura pesada en la parte superior vibra con un tiempo mucho más largo. período - el tiempo que se tarda en recorrer una vibración completa - que en un edificio de fondo pesado. Un período más largo también significa un mayor desplazamiento físico. Tomemos el ejemplo de un edificio de dos pisos. Cuando golpea un terremoto, el edificio se balancea 2 pulgadas (51 milímetros) fuera del centro. Cuando agrega peso a la parte superior del mismo edificio (incluso si es algo simple como un techo de tejas pesadas), la oscilación aumenta a 76 milímetros (3 pulgadas) fuera del centro [fuente:Asociación de Gobiernos del Área de la Bahía].
Esperamos que hayas aprendido algunas cosas sobre por qué caen los edificios y qué puedes hacer para finalmente vencer a tu hermana en Jenga. Para obtener mucha más información sobre juegos familiares y ciencia cotidiana, pase a los enlaces de la página siguiente.
