ESTRUCTURAS
Una estructura es un conjunto de elementos unidos entre sí que garantiza la solidez y la estabilidad a un objeto. Suele relacionarse con la armadura que sirve de soporte para ese determinado objeto. El término proviene del latin structūra.
Todos los cuerpos poseen algún tipo de estructura.
Todos los cuerpos poseen algún tipo de estructura.
Cualquier estructura que consideremos está diseñada para desempeñar una serie de funciones básicas:
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Funciones de las estructuras |
Esfuerzos
El peso que sostienen las estructuras ocasionan el surgimiento de fuerzas internas dentro de la misma estructura, lo que hace que ésta se desproporcione o se rompa. A esta presión deformante generada por las cargas, es a lo que se le llama esfuerzo. Hay 5 tipos de esfuerzos: compresión, tracción, flexión, torsión y cortante.
Compresión |
Tracción |
Torsión |
FlexiónCuando las fuerzas tienden a doblarlo.
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CortanteCuando las fuerzas tienden a cortarlo.
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Fuente: http://platea.pntic.mec.es/dlopez/estructuras/tipos_de_esfuerzos.html
Fuente: https://raultecnologia.wordpress.com/
La cadena estadounidense PBS (Public Broadcasting Service) dispone de numerosos programas educativos muy utilizados por las escuelas y los centros de enseñanza secundaria. Entre ellos, hay uno dedicado al análisis de estructuras. Esta gran colección de laboratorios, actividades y tutoriales interactivos les permite a los niños explorar grandes estructuras y lo que se necesita para construirlas. Investigarán puentes, presas, túneles, rascacielos y cúpulas. La interactividad del sitio es su característica distintiva, con actividades basadas en simulación para explorar fuerzas, probar la resistencia de los materiales, aprender sobre la carga estructural y ver cómo la forma afecta la resistencia. El sitio incluye un "Banco de datos de las maravillas del mundo" para buscar grandes estructuras con características específicas. Una Guía del educador proporciona estándares de contenido, ideas para lecciones y recursos adicionales:
PBS: Building Big
PBS: Building Big
Partes de una estructura |
Pilares y columnas:
Es una barra apoyada verticalmente, cuya función es la de soportar cargas o el peso de otras partes de la estructura. Los principales esfuerzos que soporta son de compresión y pandeo. También se le denomina poste, columna, etc. Los materiales de los que está construido son muy diversos, desde la madera al hormigón armado, pasando por el acero, ladrillos, mármol, etc. Suelen ser de forma geométrica regular (cuadrada o rectangular) y las columnas suelen ser de sección circular. Forjado:
es la estructura horizontal (o con una pequeña inclinación), formada por el conjunto vigas, viguetas, bovedillas, hormigón y solería, que nos sirve de techo (si hay una planta superior), y de suelo. |
Vigas y viguetas:
es una pieza o barra horizontal, con una determinada forma en función del esfuerzo que soporta. Forma parte de los forjados de las construcciones. Están sometidas a esfuerzos de flexión. |
Cimientos:
es el elemento encargado de soportar y repartir en la tierra todo el paso de la estructura, impidiendo que ésta sufra movimientos importantes. Normalmente soporta esfuerzos de compresión. los materiales de los que se compone son hormigón armado, hierro, acero, etc. |
Tirantes:
es un elemento constructivo que está sometido principalmente a esfuerzos de tracción. Otras denominaciones que recibe según las aplicaciones son: riostra, cable, tornapunta y tensor. Algunos materiales que se usan para fabricarlos son cuerdas, cables de acero, cadenas, listones de madera... |
Arcos:
es un elemento que se emplea mucho en las estructuras para dar solidez (y salvar distancias). |
La mayoría de estructuras se puede agrupar en varios tipos básicos: masivas, laminares, entramadas, colgadas y triangulares.
Estructuras masivas:
Son aquellas que se construyen por acumulación de grandes cantidades de material de forma muy compacta y maciza, sin dejar a penas huecos en ella. Esta acumulación se puede realizar mediante grandes piezas o bloques o mediante material continuo como el hormigón. Estas estructuras soportan las cargas gracias a su gran masa y solidez. Al ser estructuras enormemente pesadas deben de construirse de forma que sean muy estables es decir, con una base más ancha que las partes superiores, puesto que una estructura demasiado alta y esbelta caería por su propio peso. Ejemplos de estructuras masivas:
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Tipos de estructuras |
Estructuras laminares
Son aquellas construidas mediante una capa rígida y fina de un material resistente, como si fuera una especie de cáscara. Éste puede ser un material continuo como el hormigón armado o el acero o estar hecha a base de elementos trabados como ladrillos, mallas o superficies trianguladas y estructuras de membranas. Ejemplos de estructuras laminares
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Estructuras entramadas:
Son las que se construyen mediante la unión rígida de elementos verticales y horizontales formando un armazón o entramado. Son las estructuras de pilares, vigas y forjados, la más habitual en nuestros edificios hoy en día. Según el tipo de material empleado, estas estructuras pueden ser de madera, de hormigón armado, metálicas o mixtas. |
Estructuras colgantes
también llamadas estructuras colgadas, suspendidas o atirantadas son aquellas que poseen elementos estructurales sometidos a tracción como cables tensores o tirantes. Con esto se puede conseguir que una parte de la construcción esté sujeta o colgada desde arriba, y no apoyada desde abajo como sería lo normal. Este tipo de estructuras es habitual verlas en puentes colgantes o pasarelas. También en torres de con una gran esbeltez se emplean cables tensores anclados al terreno para dar mayor estabilidad y que no vuelque. Ejemplos de estructuras colgantes:
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Estructuras trianguladas
Son aquellas construidas a base de barras unidas creando patrones triangulares. Esto es así porque el triángulo es la única figura geométricamente indeformable. Esto quiere decir, que aunque las barras no se unan de forma rígida unas a otras, la estructura triangular es completamente estática y las barras están sometidas únicamente a esfuerzos de tracción o compresión. Con esto se aprovecha al máximo la capacidad resistente del material. Las estructuras triangulares se pueden construir con barras o elementos lineales de cualquier material, lo más común es ver estructuras metálicas aunque las hay de madera y hormigón. Las formas que se pueden construir son muy diversas. Desde elementos planos sencillos como cerchas, hasta grandes estructuras espaciales como la cubierta de un pabellón deportivo. Es muy común encontrar este tipo de estructuras triangulares en puentes, torres eléctricas, grúas… Ejemplos notables de estructuras trianguladas: La torre Eiffel |
Estructuras adinteladas
También llamadas arquitrabadas se construyen mediante dinteles, que son piezas horizontales que se apoyan sobre dos soportes verticales, como pilares o columnas que se denominan jambas. Esto permite que bajo el dintel y entre las dos jambas se configure un hueco en la estructura. Sobre los dinteles suelen ir apoyados otros elementos como cubiertas. El dintel es un elemento sencillo y fácil de construir puesto que solo se necesita un material medianamente resistente y dos puntos de apoyo, de tal manera que con tres elementos se consigue un pórtico. Si se colocan varios de estos elementos unos junto a otros, tendremos varios dinteles sobre los que se puede apoyar un tejado de tal manera que se consigue un espacio cubierto. Con este tipo de estructuras no se pueden crear huecos demasiado grandes porque entonces el dintel se partiría ya que normalmente se hacía en piedra y ésta no resiste bien los esfuerzos de flexión. Debido a esta sencillez técnica, las estructuras adinteladas fueron de las primeras empleadas por el hombre. Algunos ejemplos de estructuras adinteladas:
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Estructuras abovedadas
Son aquellas construidas empleando arcos, bóvedas y cúpulas. Esto permite crear huecos más amplios y en general espacios cubiertos más grandes que con estructuras adinteladas. La importancia del arco radica en que se pueden construir con elementos o piezas más pequeñas llamadas dovelas que pueden ser de piedra o ladrillo y transmiten las cargas que vienen desde arriba mediante esfuerzos de compresión hacia los puntos de apoyo. A diferencia del dintel que son elementos grandes de una pieza y transmite los esfuerzos mediante flexión. Los materiales cerámicos y los pétreos resisten muy bien la compresión pero no tienen a penas resistencia a la flexión. Algunos ejemplos de estructuras abovedadas.
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Estructuras hinchables
También conocidas como inflables o neumáticas son un tipo muy particular puesto que se construyen gracias a membranas flexibles y resistentes que se inflan a mucha presión con lo que se consigue una considerable rigidez y sobre todo ligereza. Estas estructuras normalmente suelen ir acompañadas de cables tensores para dar mayor estabilidad y firmeza al conjunto. Se emplean habitualmente en construcciones efímeras como pabellones desmontables para ferias y eventos. Aunque también se pueden emplear en aplicaciones bastante útiles como la construcción de un hospital de emergencia. La principal ventaja que tienen es su rapidez de instalación y el hecho de que son desmontables. Otro ejemplo común de estructuras neumáticas son las de las lanchas o embarcaciones tipo zodiac. |
Triangulación
La triangulación de las estructuras consiste en buscar que su diseño geométrico esté basado en la unión de triángulos, formando así una estructura geométricamente indeformable.
El triángulo es el único polígono que no se deforma cuando se le aplica una fuerza. El resto de formas poligonales que pueden tener las estructuras no son rígidas por definición hasta que se triangulan o se asegura la rigidez con los materiales escogidos y las uniones correctas. La triangulación permite la indeformabilidad geométrica; no necesariamente la mecánica. Para que resista mecánicamente la estructura de este tipo, además de triangular debemos asegurarnos que el material que forma los lados o barras de los triángulos, así como su sección transversal sean los adecuados.
Las estructuras de armazón trianguladas (puentes, grúas o cubiertas de edificios cerchas), basan su rigidez antes las cargas gracias a la triangulación de sus elementos.
Para conseguir la rigidez de una estructura (que no se deforme), los perfiles deben disponerse formando celdillas triangulares. Para ello se pueden emplear cables, tensores y escuadras.
Las estructuras de armazón trianguladas (puentes, grúas o cubiertas de edificios cerchas), basan su rigidez antes las cargas gracias a la triangulación de sus elementos.
Para conseguir la rigidez de una estructura (que no se deforme), los perfiles deben disponerse formando celdillas triangulares. Para ello se pueden emplear cables, tensores y escuadras.
La triangulación permite, mediante barras rígidas con uniones articuladas, diseñar elementos estructurales complejos que con otro sistema sería muy difícil realizar. Son las cerchas, grandes vigas ligeras, apuntalamientos. La triangulación en las tres dimensiones del espacio permite cubrir grandes superficies como la de los pabellones mediante unidades básicas trianguladas como, por ejemplo, el tetraedro.
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Fuente: ttps://www.edu.xunta.gal
Curiosidades
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Diario de Aprendizaje
Busca información sobre cuatro puentes colgantes, atirantados o triangulados que existan en el mundo y haz un resumen en el que aparezca:
- Lugar en el que se encuentra
- Año de construcción
- Foto o dibujo del puente.
- Rotula en el dibujo o en la foto los elementos constructivos más importantes.
Los puentes deben ser estables, rígidos y resistentes para no colapsar y, así, evitar su derrumbe. Valora y responde:
- ¿Dónde se darán en el puente los esfuerzos de flexión, compresión y tracción que debe superar?
- ¿Estarán presentes también los esfuerzos de torsión y cizalladura?¿Dónde?
- Investiga acerca de puentes que se hallan derrumbado y sobre los factores que contribuyeron a ello
- Razona sobre la siguiente afirmación: "Incluso los puentes mas fuertes y mejor diseñados necesitan mantenimiento"
ACTIVIDADES
Vamos a jugar a construir puentes que resistan el peso de un coche.
Cuando hayas superado el nivel en el que estás jugando, haz una captura de la pantalla y me la envías en un correo electrónico.
Cuando hayas superado el nivel en el que estás jugando, haz una captura de la pantalla y me la envías en un correo electrónico.
La actividad de esta unidad va a consistir en hacer un Scketchnote sobre todo lo que hemos visto, mediante dibujos y esquemas intentando utilizar lo mínimo posible las palabras.