ESTRUCTURAS

1.- ESTRUCTURAS

Una estructura es el conjunto de elementos de un cuerpo destinados a soportar las acciones externas para evitar que se rompa o deforme en exceso.

Todos los cuerpos poseen algún tipo de estructura.

1.1.- ESTRUCTURAS NATURALES Y ARTIFICIALES:

Estructuras naturales: son aquellas estructuras que se han formado sin intervención del ser humano.Ejemplos: El nido de un pájaro, una cueva, la concha de un molusco…

Estructuras artificiales: son aquellas estructuras creadas por el ser humano para satisfacer sus necesidades.Ejemplos: Una mesa, una silla, una bicicleta, una cámara de fotos, un coche, un barco…

Ejemplos de estructuras naturales

Ejemplos de estructuras artificiales

Más ejemplos de estructuras artificiales

2.- FUERZAS Y CARGASUna fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo (efecto estático) o alterar su estado de movimiento o reposo (efecto dinámico).

Efecto estático

Efecto dinámico

Las fuerzas que actúan sobre una determinada estructura se denominan cargas y pueden ser de dos tipos:

Cargas fijas o permanentes: son aquellas que no varían a lo largo del tiempo, por tanto son cargas constantes.Ejemplos: El peso de la propia estructura, el peso de los elementos que hay siempre sobre ella…

Cargas variables: son aquellas que cambian a lo largo del tiempo.Ejemplos: El peso de las persona en un edificio, el viento que empuja, el peso de la nieve sobre un tejado…

3.- ESFUERZOSLlamamos esfuerzo a la tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas.

Aplica a un bolígrafo las fuerzas correspondientes a cada tipo de esfuerzo. ¿Con qué esfuerzo de los aplicados resultaría más sencillo romperlo? ¿Con cual sería mas difícil?

Podemos clasificar los esfuerzos, según la deformación que producen, en los siguientes: tracción, compresión, flexión, torsión y corte o cizalladura.

1. Compresión2. Tracción3. Flexión4. Compresión5. Flexión6. Tracción7. Corte o

Cizalladura

ESFUERZOS EN UN COLUMPIO

ESFUERZOS EN DOS TIPOS DE PUENTES

4.- ESTRUCTURAS ARTIFICIALES 4.1.- ESTRUCTURAS MASIVAS Y ADINTELADAS

Para abrir ventanas y pasos libres se utilizaban dinteles de piedra o madera. Son ejemplos de estructuras masivas las pirámides mayas o egipcias, y de estructuras adinteladas, los templos griegos de piedra y madera.

4.2.- ESTRUCTURAS ABOVEDADAS

La estructuras abovedadas están formadas por arcos y bóvedas y cúpulas de tal forma que solo aparezca el esfuerzo de compresión. Los romanos emplearon el arco de medio punto, la bóveda de cañón y la cúpula para cubrir basílicas, panteones y catedrales.

Arco medio punto

Arco apuntado Arco de herradura

Arco lobulado

Arcos, bóvedas y cúpulas.

Debido a su forma, las cargas y los pesos que reciben verticalmente se distribuyen hacia los laterales, permitiendo abrir huecos de paso entre pilares (arcos), entre muros (bóvedas) o cubrimientos de edificios (cúpulas). Soportan esfuerzos de compresión.

Bóveda de crucería con arcos apuntados.

Bóveda de cañón con arcos de medio punto.

Bóvedas, contrafuertes y arbotantes.

4.3.- ESTRUCTURAS TRIANGULADAS

Están formadas por barras, normalmente metálicas o de madera. La triangulación hace que sea indeformable, lo que es una buena solución para construir puentes, cubiertas y estructuras verticales como torres y andamios.

Cercha Viga triangulada

4.4.- ESTRUCTURAS COLGANTES

Se utilizan cables, de los que cuelga la estructura y que reciben el nombre de tirantes. Los elementos que permiten regular la tensión de los cables se llaman tensores.

4.5.- ESTRUCTURAS ENTRAMADAS

Son las estructuras que se utilizan en nuestros edificios y casas. El hormigón supuso un gran adelanto en la construcción. Este presenta una buena resistencia a la compresión, y gracias a las barras de acero que forman su armadura soportan esfuerzos de tracción.

Elementos estructurales y esfuerzos que soporta cada uno de ellos:

1. Cimentación: Para evitar que los pilares se claven en el terreno, se apoyan en la cimentación, que funciona como los “zapatos” del edificio.

Zapata

Losa

Pilotes

2. Pilares: las vigas se apoyan sobre los pilares y les transmiten el peso. Los pilares son estructuras verticales y se encargan de transmitir el peso a la cimentación. Elementos verticales y están sometidos a esfuerzos de compresión.

3. Vigas: el forjado transmite nuestro peso a las vigas, que son elementos horizontales, y estas a los pilares. Elementos horizontales y están sometidas a esfuerzos de flexión.4. Viguetas: son pequeñas vigas, se apoyan en las vigas y les transmiten las cargas del forjado. Elementos horizontales y están sometidas a esfuerzos de flexión.

5. Forjado: Bajo el suelo que pisamos hay una estructura horizontal llamada forjado, constituida por viguetas, bovedillas, malla de acero y hormigón.

4.6.- ESTRUCTURAS LAMINARES

Están formadas por láminas finas de metal, plástico o materiales compuestos, como el hormigón armado. Deben su resistencia a la curvatura o pliegues que presentan.Se emplean como carcasas de todo tipo de objetos y en cubiertas onduladas.

4.7.- ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS

Las estructuras neumáticas son desmontables y ligeras, por ello, se utilizan en construcciones que deben ser transportadas e instaladas de forma rápida y sencilla.Se emplean como hospitales de campaña, atracciones infantiles, lanchas neumáticas...

4.8.- ESTRUCTURAS GEODÉSICAS

Son estructuras tridimensionales de barras que combinan las propiedades de las bóvedas con las de las estructuras trianguladas.

De esta forma pueden crear curvas y cubrir grandes luces.

5.- CONDICIONES DE LAS ESTRUCTURAS

Una estructura debe cumplir varias condiciones para funcionar correctamente, las tres básicas son: Estabilidad: debe mantenerse erguida y no volcar. Para ello, su centro de gravedad ha de estar centrado sobre su base. Cuanto más centrado y más cercano al suelo se encuentre, más estable será la estructura. Resistencia: tiene que soportar las tensiones a que está sometida sin romperse. La resistencia de una estructura depende de su forma y del material con el que esté construida. Rigidez: aunque todos los objetos se deforman levemente al aplicarles una fuerza, esta deformación nunca debe ser tan grande que impida al objeto cumplir su función.

5.1.- ¿Cómo se consigue que una estructura sea estable, resistente y poco deformable.

Estabilidad: para conseguir que una estructura se estable se puede recurrir a las siguientes soluciones:

En el momento en que el centro de gravedad de una estructura se sale de su base, esta volcará y no será estable.

Resistencia: depende del material con que se construya la estructura, de la cantidad del mismo que se emplee y de la forma que tenga la estructura:

Cada elemento de la estructura debe ser capaz de soportar el esfuerzo al que está sometido sin romperse.

Los materiales más resistentes por este orden son: el acero, piedra, hormigón, madera, plástico, hilo, cartón y papel.

Rigidez: se consigue mediante uniones rígidas, dando a la estructura una forma apropiada y haciendo triangulaciones.

Consideramos estas estructura formada por barras. Las barras están unidas por tornillos en sus extremos formando un cuadrado y un pentágono.

¿Pensáis que se deformaran?

¿Qué ocurrirá al aplicarles la fuerza indicada?

La estructuras se deformaran.

¿Qué ocurrirá al aplicar la fuerza indicada?La estructura no puede girar en torno a los clavos, y mantiene la forma.

Consideremos ahora una estructura con forma de triángulo

El triángulo es el único polígono indeformable.

Partimos de una estructura inestable. Añadiendo cuatro barras diagonales estabilizamos el sistema.

Triangulaciones

Los perfiles se utilizan para conseguir estructuras más ligeras aprovechando que ciertas formas logran soportar grandes pesos y esfuerzos con menos material.