TEMA 4
¿Qué estructuras conoces?
4.1 ¿Qué es una estructura? 4.2 ¿Para qué se utilizan? 4.3 Esfuerzos.
4.4 Tipos de estructuras 4.5.Elementos estructurales 4.6 Triangulación
4.7 Estabilidad y centro de gravedad 4.8 ¿Por qué fallan?
4.9 Ampliación: cómo se construye un edificio y puentes
4.1 ¿Qué es una estructura?
Son conjuntos de elementos que soportan fuerzas y las transmiten a los puntos donde se apoyan. Son colocados de tal forma que permanecen sin deformarse ni desplomarse (resistentes y estables), soportando las fuerzas para los que han sido proyectadas.
Hoy en día, muchas estructuras se construyen con criterios estéticos, aparte de los funcionales y de seguridad, consiguiéndose obras de singular belleza, como esta del arquitecto valenciano Santiago Calatrava ( www.calatrava.com ).
Las estructuras están
4.2. ¿Para qué se utilizan?
Con la evolución de los seres humanos, han surgido toda una serie de problemas que se han ido resolviendo con la construcción de múltiples tipos de estructuras. Básicamente las estructuras se construyen para:
A) Alcanzar alturas en el espacio: Torres, postes de luz, grúas, antenas,
C)Almacenar materiales: Silos de grano, tinajas de vino, depósitos de gas, envases de cartón...
F) Cubrir espacios Bóvedas, cúpulas, marquesinas, techumbres, etc.
E)Crear espacios vacíos resistiendo fuerzas
externas Canales, presas, piscinas, etc. La pared de una presa soporta el peso del agua contenida en el embalse
G)Generar superficies utilizables Carreteras, aeropuertos, campos deportivos, carrocerías de automóviles, fuselajes de aviones, etc.
4.3 Características
Las estructuras deben ser resistentes y estables
4.4 ESFUERZOS. TIPOS DE ESFUERZOS
Las estructuras deben resistir distintas fuerzas
Cuando una estructura soporta un peso o una carga, cada una de sus piezas o elementos se ven sometidos a esfuerzos.
Un esfuerzo es la reacción que se produce en el objeto ante la acción de fuerzas externas
Fuerza
Esfuerzo interno La primera fuerza que se produce en
una estructura incluye el peso propio, además está la sobrecarga
que tenga que soportar.
Tipos de esfuerzos
1. El esfuerzo de
TRACCIÓN tiende a estirar los elementos sobre los que s ejerce. Dichos elementos suelen ser tensores o tirantes, como los cables que
soportan un puente.
2. El esfuerzo de COMPRESIÓN tiende a aplastar los
3. El esfuerzo de FLEXIÓN tiende a doblar las estructuras. Ocurre en elementos apoyados en varios puntos y que soportan peso a lo largo de toda su longitud. Los elementos sobre los que se ejerce son vigas o barras, como un estante para libros o la
5. El esfuerzo de TORSIÓN actúa sobre elementos que giran y tiende a retorcer las estructuras. La punta de un destornillador se puede
deformar por la acción de esta fuerza.
4. El esfuerzo de
CORTADURA O CIZALLADURA actúa sobre elementos sobre los que se ejercen fuerzas opuestas en planos muy cercanos, y tienden a
desgarrar, cortar y
separar los materiales.
6. El PANDEO consiste en una flexión
A B
C
Imagen Estructura Esfuerzo
A Cable Tracción
B Moto Compresión
C Viento de tienda Tracción
D
E
Imagen Estructura Esfuerzo
D Columna Compresión
E Puente Flexión
Imagen Estructura Esfuerzo
F Tuerca Torsión
G Remache Cizalla
Fijate ahora en los esfuerzos en cada uno de las partes señaladas de la grúa y el viaducto
Tirantes Base Working arm Pilar cables Base cables cables cables cables cables cables cables Working arm cables cables Working arm cables cables Base Working arm cables cables Base Working arm cables cables Base Working arm cables cables Base Viga cables
Viga cables Base Pilar Weight
Compresión
Compresión
flexión
3.4.Tipos de
estructuras
4.5. Elementos estructurales
Son los elementos más comunes en una estructura:
• Cimientos • Columnas • Muros • vigas
Cimientos son la base de todos los edificios. Están situados bajo tierra y suelen ser de hormigón armado(mezcla de arena,
Vigas son barras horizontales que reciben esfuerzos de flexión
Columnas son barras verticales que reciben esfuerzos de compresión
Muros son paredes verticales que pueden soportar esfuerzos a compresión o
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). La clave del éxito en las formas resistentes está en repartir la carga, repartiendo el esfuerzo
Tirantes: cables o barras que
soportan tracción. En
El triangulo es la única forma geométrica que no se deforma bajo la acción de fuerzas en distintos ángulos.
Las estructuras triangulares son
resistentes, ligeras y fáciles de construir.
La Triangulación transforma formas geométricas en una combinación de triángulos, haciéndolas indeformables.
Existe un punto en cada cuerpo en el cual podemos decir que se concentra la fuerza con la que la tierra lo atrae. A ese punto lo llamamos centro de gravedad.
4.7 Estabilidad y centro de gravedad
Las figuras y los objetos ganan estabilidad cuanto más cerca del
Las estructuras bajas y anchas son más estables que las altas y delgadas.
También se gana estabildad con un buen anclaje: con tirantes, buenos cimientos,
empotrado en el suelo (sobre todo si no se distribuye el
peso de forma
regular
Si se concentra mucha masa en la
base, la
Con tirantes, se refuerza la base
Empotrando en el suelo
4.8¿Por qué fallan las estructuras?
A veces por la fatiga elástica causada por la actuación repetida de una fuerza que en principio se resiste.
A veces, las estructuras fallan y se hunden. ¿Por qué pasa esto?:
Otras veces por un diseño o una fabricación defectuosos . O porque las uniones entre las partes son inadecuadas.
4.9. Amplilación: los puentes
Los puentes son estructuras que las personas han ido construyendo para superar accidentes geográficos. Según el uso nos podemos encontrar acueductos, viaductos, pasarelas, etc
Los de madera son baratos, ligeros y fáciles de construir, pero poco resistentes, por eso casi no se construyen.
Los de piedra son muy resistentes, pero muy costosos. Se usaron en la antigüedad por no tener otros
materiales.
Los metálicos permiten diseños muy espectaculares pero son caros de construir y mantener
Tipos de puentes
Los puentes deben soportar su propio peso, el de los vehículos que los cruzan y la acción de agentes externos como lluvia, viento, corrientes de agua… Pueden ser de tres tipos según sean los esfuerzos que soportan sus elementos estructurales:
Puentes de viga: formados por elementos horizontales o tableros apoyados sobre soportes o pilares
Puentes de arco: formados por un elemento curvado que se apoya en soportes o estribos
Puentes: formas de disminuir la flecha
