Tema 2.
Tema 2.
Los Estructuras.
Los Estructuras.
Tecnología.
Tecnología.
2º ESO.
2º ESO.
Tema 2: Las estructuras.
1. Introducción.
Definición de estructura.
Si eres observador y miras a tu alrededor, podrás ver que todo tiene una estructura:
Las construcciones, máquinas y objetos, incluso los animales y vegetales existentes en la naturaleza, tienen una estructura.
¿Te has planteado por qué?
Pues porque están sujetos a la acción de fuerzas, fuerzas o cargas tienen a actuar de diferentes formas sobre las estructuras.
Teniendo en cuenta lo anterior, se define estructura, como un conjunto de elementos dispuestos de tal forma que pueden soportar la acción de las fuerzas o cargas que actúan sobre ellas y que intentan deformarlas.
2. Tipos de estructuras.
Existen muchos tipos de estructuras atendiendo a su clasificación.
a) Si tenemos en cuenta su ORIGEN, distinguimos dos tipos de estructuras:
I. Estructuras naturales. Son estructuras que proporciona la propia naturaleza, por ejemplo, el caparazón de una tortuga, los huesos que forman los esqueletos, el tronco de los árboles…
II.
Estructuras artificiales. Son las creadas por el hombre para una determinada finalidad: un edificio, una silla, un puente, las torres de electricidad…
b) Si tenemos en cuenta la FORMA de las estructuras, la clasificación es mucho más amplia.
I. Estructuras Masivas: Son muy pesadas pues están hechas con materiales que tienen mucha masa, como grandes bloques de piedra, hormigón…
II. Abovedadas: Utilizan las bóvedas, cúpulas y arcos. Debes saber que este tipo de estructura permitieron aumentar notablemente la altura de los edificios como basílicas, catedrales, castillos, etc.
El arco. Debes saber que el arco es un elemento utilizado en arquitectura y que sirve sobre todo para abrir huecos en un muro o por el contrario, cerrar espacios abiertos (cúpulas). En un principio se utilizaba en estructuras subterráneas, como túneles o alcantarillado. Los que le dieron al arco un gran impulso fueron los romanos, que lo incorporaron a sus edificios monumentales.
Un arco tiene tres elementos fundamentales: los estribos, las dovelas y la clave.
III. Estructuras de armazón: Estas estructuras están formadas por piezas alargadas, como barras, tubos, pilares, vigas, travesaños o cables unidos entre sí para formar una especie de esqueleto o armazón. Según la disposición de sus elementos, las clasificamos en: trianguladas, entramadas y colgadas.
Trianguladas: utilizan barras metálicas o de madera unidas de tal manera que formen triángulos entre ellas. Resultan unas estructuras muy resistentes pues el triángulo es una estructura indeformable, y a la vez ligeras.
Estructuras entramadas. Reciben este nombre pues hay dos elementos que se combinan de forma parecida a los hilos de una tela. Esos elementos son los pilares o columnas, que se sitúan verticalmente, y las vigas y viguetas que se colocan horizontalmente.
Estructuras colgantes. La estructura tiene unos elementos que la sostienen que se llaman tirantes. Los tirantes son cables, cuerdas, cadenas o barras que su función es aguantar toda la estructura.
IV. Estructuras neumáticas.. Son aquellas que están llenas de aire a presión y se caracterizan por su ligereza y facilidad de montaje.
V. Estructuras laminares o de carcasa. Se caracterizan porque tienen sobre todo láminas o chapas que sirven como protección
Actividad 1.
Haz tres dibujos o busca tres fotos de estructuras naturales.
Actividad 2.
A continuación se muestran distintas estructuras. . Indica a que tipo pertenecen si tenemos en cuenta su forma. Fíjate bien, pues a veces aparecen varios tipos combinados entre sí.
Actividad 3.
Hay otro tipo de estructuras llamadas Geodésicas. Explica cómo son. Dibújalas o pon imágenes de las mismas.
3. Fuerzas que soportan las estructuras.
En la introducción del tema, se mencionó que una estructura está sujeta a la acción de determinadas fuerzas o cargas. Una fuerza o carga es aquello que tiende a deformar una estructura o alterar su estado de movimiento o reposo.
Las cargas más habituales que debe soportar una estructura son:
a) Su propio peso. Todas las estructuras tienen peso y deben soportar su propio peso sin deformarse.
b) Los pesos de los cuerpos que están sobre las estructuras.
c) El efecto de líquidos almacenados, es decir, la presión que ejerce cuando éstos se acumulan.
d) La fuerza de los agentes atmosféricos y naturales.
Si te fijas bien, las fuerzas o cargas, se pueden clasificar en
Estáticas: Son las fuerzas que no varían con el paso del tiempo.
Dinámicas: Son las fuerzas que varían con el paso del tiempo.
Actividad 4.
Indica tres ejemplos de cargas estáticas y tres de cargas dinámicas que puedan actuar sobre una estructura.
4. Tipos de Esfuerzos
Ya hemos dicho que una estructura está sujeta a la acción de una o varias fuerzas o cargas de manera que produce cierto efecto en la estructura. Se llama esfuerzo, a la acción que se produce en la propia estructura y que tiende a contrarrestar el efecto producido por las cargas.
Hay distintos tipos de esfuerzos:
Esfuerzo de tracción. Ocurre cuando aparecen fuerzas que tienen a alargar alguna parte de la estructura.
Esfuerzo de compresión. En este caso, la fuerza tiene a disminuir la longitud del elemento o lo comprime.
Esfuerzo de flexión. La fuerza es perpendicular al elemento de la estructura e intenta doblarlo.
Esfuerzo de torsión. En este caso, la fuerza tiende a retorcer el material.
Esfuerzo de cizalla o cortadura. Son fuerzas que tienden a fragmentar o dividir en dos al elemento.
Vídeo sobre los esfuerzos
https://www.youtube.com/watch?v=_piI8eXhpZ4
Actividad 5.
Nombra 2 ejemplos de acciones sobre alguna estructura u objeto donde aparecen cada tipo de esfuerzos. Recuerda que sobre una misma estructura, pueden aparecer dos o más esfuerzos a la vez.
Actividad 6.
Analiza los esfuerzos a los que está sometido la cinta adhesiva, cuando coges un trozo para pegar algo. Indica la zona dónde se produce el esfuerzo.
Actividad 7.
Señala en la siguiente estructura, los diferentes esfuerzos a los que está sometida.
5. Problemas que resuelven las estructuras.
Las estructuras resuelven los siguientes problemas tecnológicos:
1. Protegen y dan forma a un conjunto, por ejemplo la carcasa y funda de un móvil.
2. También sirven como almacenaje, por ejemplo, una lata de refresco.
3. Cierran y cubren espacios, por ejemplo, un porche.
4. Alcanzar alturas, por ejemplo una torre de alta tensión.
5. Salvar accidentes geográficos, como un túnel.
6. Generan superficies, por ejemplo un campo de fútbol.
6. Condiciones que debe cumplir una estructura.
Para que una estructura cumpla bien su finalidad debe de ser:
1. Rígida. Se considera una estructura rígida, aquella que con la acción de las cargas, no se deforma o lo hace dentro de unos límites establecidos que generalmente son inapreciables.
La rigidez se consigue de las siguientes maneras.
◦ Triangulando: El triángulo es el único polígono que no se deforma cuando actúa sobre él una fuerza. Este concepto se aplica para añadir el mínimo número de barras a una estructura, con la finalidad de formar triángulos dónde antes no existían.
◦ A base de triángulos se fabrican unas vigas, llamadas reticuladas o arriostradas. Se utilizan en construcciones con grandes zonas voladas.
◦ También a base de triángulos
se fabrican las cerchas, que son triángulos triangulados.
◦ Escuadras. Son piezas triangulares que se colocan como refuerzo en las esquinas.
2. Estable. Se dice que una estructura es estable si no vuelca ni se cae.
La estabilidad se consigue aumentar de diferentes maneras:
No estable Estable No estable Estable
Fuerza aplicada
Estructura indeformable
◦ Aumentar la superficie de apoyo.
◦ Bajar el centro de gravedad.
◦ Colocar peso en la base.
◦ Utilizar tirantes.
◦ Empotrar la base en el suelo.
◦ Utilizar escuadras en la base.
A veces, en una estructura puede aparecer más de uno de estos elementos para aumentar la estabilidad.
3. Resistente. Una estructura es resistente, si aguanta el esfuerzo de las cargas sin romperse.
La resistencia se mejora haciendo una buena selección de los materiales y también de su forma o perfil.
4. Ligera. Debe ser lo más ligera posible, así se ahorra en materiales (será más barata) y tendrá menos cargas fijas (su propio peso).
Para hacer una estructura ligera a veces sólo hay que cambiar la forma del material. Hay materiales que con sólo cambiar su forma o perfil, se consiguen elementos estructurales más ligeros y que aguantan más peso.
7. Elementos resistentes de una estructura.
Observando y comparando estructuras, podemos encontrar en la mayoría de ellas algunos elementos comunes:
• Cimentos y zapatas. Los cimientos en una estructura son los elementos encargados de fijar la estructura al suelo y soportar y repartir el peso de la estructura en el terreno, impidiendo que sufra movimientos de importancia. Suelen estar sometidos a esfuerzos de compresión, y están formados por hormigón armado en la inmensa mayoría de los casos.
Estos elementos no se ven, pues quedan enterrados bajo tierra.
• Pilares y columnas. Son elementos que se colocan verticalmente, y cuya función es la de soportar el peso de otras partes de la estructura. El esfuerzo que suelen soportar es el de compresión. Se pueden construir de diferentes materiales como madera, de acero, de hormigón armado, de mármol, etc.
• Vigas y Viguetas. Son elementos que se colocan de forma horizontal, y tienen una sección determinada, en función de los esfuerzos a los que estarán sometidas. Dichos esfuerzos suelen ser fundamentalmente de flexión. Estos elementos son fundamentales en los forjados (plantas) de las estructuras.
• Forjados. Son estructuras horizontales formados por varios elementos, como las viguetas, bovedillas, hormigón y solerías, que sirven de techo en una planta, y de suelo en otra.
• Tirantes. Son elementos sometidos fundamentalmente a esfuerzos de tracción, y que se utilizan para asegurar determinadas estructuras.
Actividad 8.
Determina qué tipo de esfuerzo soporta cada objeto. En el caso de que haya más de uno, indícalo también.
a. El cable de una grúa cuando suspende un peso.
b. La suela de los zapatos cuando andamos.
c. Los pedales de la bicicletas cuando andas sobre ella.
d. Abrir un tarro de mermelada.
e. Una alcayata de la que se cuelga un cuadro.
f. La columna de una catedral.
g. Clavar un clavo con un martillo.
h. La bisagra de una puerta.
Actividad 9.
Las siguientes estructuras no son estables. Introduce el mínimo número de barras para conseguir la estabilidad.
Actividad 10.
Sobre las siguientes estructuras se aplican unas fuerzas. Indica qué barras se comprimen, cuáles se traccionan y cuáles se flexionan.
Actividad 11.
En un puente se observa:
-Que tiene farolas
- Que circulan una gran cantidad de vehículos.
- Que están soplando fuertes rachas de viento.
- Que tiene unas barandillas antivuelco para los vehículos.
- Que está nevando.
Indica si esas fuerzas que actúan sobre el puente son estáticas o dinámicas.
Actividad 12.
Considera de nuevo el puente anterior. Indica tres cargas estáticas y tres dinámicas diferentes a las anteriores.
Actividad 13.
Realiza un pequeño trabajo en el que diferencies pilar, columna y pilastra.
Actividad 14.
A continuación se muestran objeto inestables. Indica, al menos dos formas de aumentar la estabilidad en ellos.
A continuación tienes unos vídeos dónde puedes ver los conceptos aprendidos en el tema:
https://www.youtube.com/watch?v=6YyaGs-d2jo https://www.youtube.com/watch?v=doE86nuOWZ0
https://www.youtube.com/watch?v=e4JQccYtBKU https://www.youtube.com/watch?v=fSsIJ_je3Sw https://www.youtube.com/watch?v=Sy_QBG61xJ8
