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ESTRUCTURAS. Para que una estructura sea adecuada debe ser ESTABLE (que no vuelque), RESISTENTE (que no se rompa) y RÍGIDA (que no se deforme).

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ESTRUCTURAS

1. INTRODUCCIÓN

Una FUERZA es toda causa capaz de deformar un cuerpo o modificar su estado de reposo o de movimiento. Para definir una fuerza es necesario definir su intensidad, su dirección y su sentido de actuación. Se representan mediante “flechas”.

Todos los cuerpos tienen una estructura que les permite mantener su forma y no romperse bajo la acción de las fuerzas que actúan sobre ellos.

Una ESTRUCTURA es el conjunto de elementos de un cuerpo que le dan forma y le permitan soportar, sin romperse, las cargas y esfuerzos a los que están sometidos.

Existen estructuras:

 Naturales: Aquellas que son creadas por la naturaleza.

Ej. El esqueleto de los animales vertebrados (da consistencia, rigidez y soporta los órganos y músculos), el nido de un ave, la concha de un crustáceo, una cueva, etc.

 Artificiales: Aquellas que son construidas por el hombre para solucionar los problemas que se le presentan. Ej. Puentes, grúas, edificios, un portaminas....

Para que una estructura sea adecuada debe ser ESTABLE (que no vuelque), RESISTENTE (que no se rompa) y RÍGIDA (que no se deforme).

Estable, es decir, no debe volcar con facilidad. Eso se consigue concentrando el peso en la base, construyéndolas bajas y anchas o utilizando un buen anclaje. Una estructura será más estable cuanto más cerca del suelo esté su centro de gravedad y cuanto mayor sea su base.

Resistente, es decir, debe soportar los esfuerzos a que está sometida sin romperse. La resistencia de una estructura depende del material con que se construye y de la cantidad de material que se use.

Rígida, es decir, que aunque el objeto se deforme levemente al aplicarle una fuerza, esta deformación nunca debe ser tan grande que le impida cumplir su función. La rigidez se consigue soldando las uniones, haciendo triangulaciones, etc.

Las estructuras son necesarias, pues todos los cuerpos están sometidos a la acción de fuerzas que tienden a deformarlos. La principal de estas fuerzas es el peso, que se debe a la atracción que ejerce la Tierra sobre todo los cuerpos.

A las fuerzas que actúan sobre una estructura se les denomina cargas, distinguiendo:

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Cargas fijas: Son aquellas que están siempre (no varían con el paso del tiempo).

Ej. El propio peso de un cuerpo, el peso de los cuerpos que siempre se tiene encima (una farola o una estatua sobre un puente).

Cargas variables: Son aquellas que unas veces afectan y otros no.

Ej. La acción del viento, la de las olas, el peso de la nieve sobre un tejado, el peso de la gente que se encuentra en un edificio, etc.

Las cargas provocan en los cuerpos tensiones internas que varían según la manera en que se aplican y la forma de los objetos. A estas tensiones internas se les denomina esfuerzos.

2. TIPOS DE ESFUERZOS A LOS QUE SE SOMETEN LAS ESTRUCTURAS

Las estructuras están formadas por varias piezas o elementos, de forma que cada uno de ellos contribuye a que no se rompan ni se caigan. Cuando una estructura soporta un peso o una carga, cada una de sus piezas o elementos se ven sometidos a esfuerzos.

Se llama esfuerzo a la tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas. Los principales tipos de esfuerzo son:

TRACCIÓN : Un cuerpo está sometido a tracción cuando sobre él actúan fuerzas que tratan de estirarlo. Estas fuerzas son opuestas y actúan hacia el exterior del cuerpo en la misma dirección y sentidos contrarios.

Ej. La cinta de una persiana, los tirantes de un vestido…

COMPRESIÓN: Una estructura está sometida a compresión cuando sobre ella actúan fuerzas que tratan de comprimirla. Estas fuerzas son opuestas y actúan hacia el interior del cuerpo en la misma dirección y sentidos contrarios.

Ej. Las patas de una mesa, las piernas de las personas, el tronco de un árbol, una columna, los cimientos de una obra, etc.

PANDEO: Es un tipo especial de compresión. Se produce cuando sometemos a compresión a un cuerpo muy largo y de sección muy pequeña con lo cual el objeto

se curva y adquiere forma de arco. PANDEO

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FLEXIÓN: Se produce cuando las fuerzas tratan de doblar el elemento sobre el que están aplicadas. Es un esfuerzo típico de elementos que se apoyan en sus extremos y que tienen un peso encima.

Ej. Las baldas de una estantería, las tablas de un somier, la barra de un ropero.

TORSIÓN: Se produce cuando las fuerzas tratan de retorcer el cuerpo sobre el que actúan. Son fuerzas que intentan hacer girar el cuerpo en sentidos opuestos.

Ej. Una llave cuando se está abriendo una cerradura, un lápiz al que se le saca punta, el eje de un destornillador al apretar un tornillo.

CIZALLADURA O CORTADURA: Se produce cuando las fuerzas actúan como los filos de una tijera: muy juntas, una hacia arriba y otra hacia abajo, intentando cortar el objeto.

Ej. Una alcayata de la que cuelga un cuadro, el papel cortado con una guillotina…

En este columpio se han indicado los esfuerzos que soporta cada uno de sus elementos:

Ejercicio: ¿Qué tipo de esfuerzo deben soportar los siguientes elementos?

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a) nuestro brazo b) los tirantes de un puente colgante c) la tapa de un frasco que va a rosca d) un tornillo e)la suela de una bota f) la columna de un edificio g) el asiento de una silla h) las patas de una silla 3. TIPOS DE ESTRUCTURAS

Un objeto debe tener una estructura que será la más adecuada y la mínima para que el objeto se sostenga y resulte económica. Existen distintos tipos de estructuras:

Estructuras MASIVAS

: Son estructuras muy pesadas y macizas, con gran concentración de material.

Están construidas de materiales muy resistentes a la compresión como el granito, el mármol o el hormigón.

Ej. Muros gruesos de algún edificio o de los embalses, los enormes arcos y pilares de los puentes y acueductos romanos, pirámides egipcias, templos griegos...

Estructuras de CARCASA o LAMINARES

: Están constituidas por láminas resistentes y delgadas que envuelven al objeto formando una caja o carcasa que protege y mantiene en su posición al resto de las piezas. Están fabricadas de plásticos rígidos, metales o materiales compuestos.

Ej. La carcasa de un teléfono, de un TV, de una lavadora, de un ordenador, el chasis de un coche, el brick de un zumo, un vaso, etc.

Estructuras TRIANGULADAS

: Están formadas por la unión de barras formando triángulos (único polígono totalmente indeformable).

La triangulación hace que la estructura sea indeformable y adecuada para utilizar en lugar de vigas en cubiertas de grandes luces (cerchas) y para estructuras verticales como las torres de la red eléctrica, las grúas, las plataformas petrolíferas, etc. También se usan en puentes de acero.

Son estructuras ligeras y de gran resistencia. Suelen ser metálicas.

(La triangulación aporta estabilidad y resistencia con el mínimo número de perfiles)

PERFIL: BARRA QUE PUEDE TENER DISTINTAS SECCIONES (CON FORMA DE L, H, U, T, …) LUZ: ESPACIO LIBRE QUE QUEDA ENTRE LOS APOYOS DE UNA VIGA O UNA CERCHA.

Torre alta tensión Grúa Puente Cercha de una nave

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Estructuras COLGANTES

: Son estructuras que soportan parte del peso de la construcción mediante cables denominados tirantes, los cuales se fijan a muros o torres resistentes. Los cables soportan esfuerzos de tracción. Cuando estos cables se pueden regular estirándolos más o menos se le llaman tensores.

Se utilizan para sujetar carpas, puentes, antenas, torres, tiendas de campaña, etc.

Estructuras entramadas

: Están formadas por un entramado de piezas verticales y horizontales, como las patas y travesaños de una silla o los soportes (cimientos y pilares) y vigas de un edificio.

Cada parte de la estructura tiene un cometido distinto.

Estructuras neumáticas: Estructuras llenas de aire que se usan por su facilidad de montaje y su ligereza.

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4. ELEMENTOS BÁSICOS QUE INTERVIENEN EN LAS ESTRUCTURAS DE EDIFICIOS

Los cimientos: Son la base en la que se apoya el resto de la estructura soportando todo el peso de la misma y transmitiéndoselo al terreno.

Puede hacerse con zapatas, con losas o con pilotes. Las zapatas son cubos de hormigón armado que aumentan la superficie de apoyo del pilar. Las losas se usan en edificios de grandes dimensiones y pilotes cuando la edificación se asienta en terrenos blandos.

Pilares: Son estructuras verticales que se encargan de llevar el peso hasta los cimientos. Están sometidos a esfuerzos de compresión. Los pilares circulares se denominan columnas.

Vigas: Son estructuras horizontales con forma de prisma rectangular que se apoyan en los pilares. Están sometidos a flexión.

Para cubrir grandes distancias sin pilares se usan estructuras triangulares denominadas cerchas o celosías (se usan en polideportivos, puentes, naves industriales).

Forjado: Placa que divide la altura total del edificio en plantas. Está formado por el conjunto de vigas, viguetas, bovedillas... La parte superior del forjado constituye el suelo de la planta de arriba y se cubre con baldosas, madera,

etc. La parte inferior constituye el techo de la planta de abajo.

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Los materiales más usados en la construcción de estos elementos son el acero y el hormigón armado. El hormigón es una mezcla de agua, arena, cemento y grava. Si se refuerza con varillas de acero corrugado colocadas a modo de armadura en su interior se denomina hormigón armado.

Referencias

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