LAS ESTRUCTURAS. Qué tienen en común todas estructuras, si son tan distintas?

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1 1 Módulo de Estructuras Tecnología e Informática LAS ESTRUCTURAS Los cuerpos están sometidos a la acción de fuerzas muy variadas, siendo una fuerza todo aquello capaz de deformar un cuerpo, de ponerlo en movimiento si está parado o de pararlo si está en movimiento. Si sabemos que muchas fuerzas actúan constantemente sobre los cuerpos, nos preguntaremos, qué hace que estos cuerpos no se deformen ni se rompan? La respuesta está en su estructura. Las estructuras están presentes en todo lo que nos rodea. Todos los cuerpos poseen algún tipo de estructura. Las estructuras se encuentran en la naturaleza y comprenden las conchas de los moluscos, el esqueleto de los animales, etc. pero el ser humano ha sabido construir las suyas para resolver sus necesidades. Son más evidentes en las grandes construcciones civiles como puentes, edificios, etc. Qué tienen en común todas estructuras, si son tan distintas? 1. Están compuestos por elementos simples unidos entre sí. 2. Resisten las fuerzas a las que está sometido sin destruirse. 3. Todas conservan su forma básica. Todas las estructuras deben de cumplir unas condiciones para funcionar bien:

2 2 Módulo de Estructuras Tecnología e Informática Estabilidad: han de hacer que el objeto al que pertenecen sea estable, es decir que no vuelque fácilmente. Resistencia: Tiene que soportar todos los esfuerzos que actúan sobre ella sin romperse. Rigidez: es decir puede sufrir deformaciones pero siempre hasta un límite que le permita cumplir la función para la que se diseñó. Algunas definiciones de estructuras Una estructura es un conjunto de elemento unidos entre sí capaces de soportar las fuerzas que actúan sobre ella, con el objeto de conservar su forma. Una estructura es un conjunto de elementos estáticos (sin posibilidad de movimiento) unidos entre sí para soportar un conjunto de cargas. Cargas y tipos de cargas Las cargas son las fuerzas externas que actúan sobre las estructuras. Dichas fuerzas son las que causarían la caída de la estructura si no fuese suficientemente resistente. Los tipos de carga más habituales son: Los pesos situados sobre las estructuras. Por ejemplo los vehículos que pasan por un puente o las personas y muebles que descansan sobre los distintos pisos de un edificio. También puede ser una carga importante la nieve si se acumula en exceso en una cubierta. El peso de la propia estructura. En grandes estructuras (por ejemplo edificios), el propio peso de los materiales que lo componen es una de las cargas más importantes. La presión del agua como en el caso de un embalse. La fuerza del viento sobre superficies grandes.

3 3 Módulo de Estructuras Tecnología e Informática Actividad 1 Completa Los cuerpos están sometidos a la acción de muy variadas, siendo una fuerza todo aquello capaz de un cuerpo, de ponerlo en movimiento si está parado o de pararlo si está en movimiento. Si sabemos que muchas fuerzas actúan constantemente sobre los, nos preguntaremos, qué hace que estos cuerpos no se deformen ni se rompan? La respuesta está en su. Las están presentes en todo lo que nos rodea. Todos los cuerpos poseen algún tipo de estructura. Las estructuras se encuentran en la y comprenden las conchas de los moluscos, el de los animales, etc. pero el ser humano ha sabido construir las suyas para resolver sus necesidades. Son más evidentes en las grandes civiles como puentes, edificios, etc. TIPOS DE ESTRUCTURAS Estructuras Naturales Algunas de las estructuras que observamos a nuestro alrededor son creadas por la naturaleza y por tanto las denominamos estructuras naturales. Ejemplos: El esqueleto de un vertebrado, las formaciones pétreas, el caparazón de un animal o la estructura de un árbol.

4 4 Módulo de Estructuras Tecnología e Informática Estructuras Artificiales Otras han sido diseñadas y construidas por el hombre para satisfacer alguna de sus necesidades, las llamaremos estructuras artificiales. Los ejemplos más usuales de este tipo de estructuras son los puentes y edificios, pero las podemos encontrar en la mayoría de los objetos realizados por el hombre, por muy sencillos que sean, como es el caso de las patas de un caballete, las vigas de un edificio, el tubo de un bolígrafo, etc. Actividad 2 Escribe Cuál de las siguientes imágenes son estructuras naturales o artificiales.

5 5 Módulo de Estructuras Tecnología e Informática FUNCIONES DE LAS ESTRUCTURAS. Qué funciones debe cumplir una estructura para que funcione bien? 1. Soportar cargas. Es la principal función de toda estructura ya que las fuerzas o cargas siempre están presentes en la naturaleza: la gravedad, el viento, el oleaje, etc. 2. Mantener la forma. Es fundamental que las estructuras no se deformen, ya que si esto ocurriese, los cuerpos podrían romperse. Es lo que ocurre cuando los esfuerzos son muy grandes. Por ejemplo, en un accidente de coche, la carrocería siempre se deforma o araña dependiendo de la gravedad del impacto. 3. Proteger partes delicadas. Una estructura debe proteger las partes delicadas de los objetos que los poseen. Por ejemplo, el esqueleto protege nuestros órganos internos, la carcasa de un ordenador protege el microprocesador, las tarjetas, etc. Pero hay estructuras que no tienen partes internas que proteger, como los puentes o las grúas. 4. Ligeras. Las estructuras deben ser lo más ligeras posibles. Si la estructura fuese muy pesada, podría venirse abajo y, además se derrocharían muchos materiales. 5. Estable. La estructura no puede volcar o caerse aunque reciba diferentes cargas.

6 6 Módulo de Estructuras Tecnología e Informática Qué es una Fuerza? FUERZA Fuerza es todo aquello que puede deformar un cuerpo o moverlo si está parado (o al revés, pararlo si está moviéndose). TIPOS DE FUERZAS Fuerzas externas (CARGAS): son las que actúan sobre la estructura (viento, peso, terremotos, olas, etc.) Fuerzas internas (ESFUERZOS): los experimentan los cuerpos cuando están sometidos a alguna fuerza externa. Digamos que los esfuerzos son las respuestas que ofrecen las estructuras cuando hay fuerzas externas actuando sobre ellas (si alguien intenta empujarte, tú procuras no moverte (resistes). Tu cuerpo está en tensión. Haces una fuerza para contrarrestar el empujón. Desde luego, no es lo mismo que alguien te empuje a que no lo haga. TIPOS DE ESFUERZOS Al construir una estructura se necesita tanto un diseño adecuado como unos elementos que sean capaces de soportar las fuerzas, cargas y acciones a las que esta estructura estará sometida. Los tipos de esfuerzos que deben soportar los diferentes elementos de las estructuras son: Tracción: Se produce cuando las fuerzas que actúan sobre un cuerpo tratan de estirarlo. Las fuerzas que originan este esfuerzo son opuestas y actúan hacia el exterior del cuerpo, en la misma dirección y sentidos contrarios. Por ejemplo, cuando se cuelga de una cadena una lámpara, la cadena queda sometida a un esfuerzo de tracción, tendiendo a aumentar su longitud.

7 7 Módulo de Estructuras Tecnología e Informática Compresión: Este tipo de esfuerzo aparece cuando las fuerzas que actúan sobre el cuerpo tratan de aplastarlo o comprimirlo. Las fuerzas que originan este esfuerzo son opuestas y actúan hacia el interior del cuerpo en la misma dirección y sentidos contrarios Por ejemplo cuando nos sentamos en una silla, sometemos a las patas a un esfuerzo de compresión, con lo que tiende a disminuir su altura. Flexión: Este tipo de esfuerzo aparece cuando las o la fuerza que actúa sobre un cuerpo hace que este tenga tendencia a doblarse. Por ejemplo al saltar en la tabla del trampolín de una piscina, la tabla se flexiona. También se flexiona un panel de una estantería cuando se carga de libros o la barra donde se cuelgan las perchas en los armarios. Torsión: Este esfuerzo aparece cuando las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, tienden a girarlo o retorcerlo. Por ejemplo cuando utilizamos un destornillador para poner un tornillo, estamos sometiendo al destornillador a un esfuerzo de torsión. También sometemos a una llave a este esfuerzo cuando la hacemos girar

8 8 Módulo de Estructuras Tecnología e Informática dentro de la cerradura para abrir o cerrar una puerta. Cizalladura o Cortante: Se produce cuando se aplican fuerzas perpendiculares y de sentidos contrarios a un cuerpo, de forma que estas fuerzas tienden a cortarlo o desgarrarlo. Por ejemplo al cortar con unas tijeras un papel estamos provocando que unas partículas del papel se desplacen en un sentido y otras en sentido contrario haciendo que el papel se corte y por tanto se rompa. Estos son los esfuerzos más importantes a que puede verse sometida una estructura. De su estudio podemos sacar la conclusión que dependiendo de la forma del material de que se compone un cuerpo, este será más sensible a un tipo de esfuerzo que a otro.

9 9 Módulo de Estructuras Tecnología e Informática Actividad 3 1. En la siguiente tabla, escribe el nombre del tipo de esfuerzo según el efecto que produce y realiza el dibujo que lo representa. Esfuerzo Efecto que producen Dibujo Las fuerzas tratan de estirar el cuerpo (y éste tiende a alargarse). Las fuerzas tratan de aplastar o comprimir el cuerpo (éste tiende a acortarse). Las fuerzas tratan de doblar el cuerpo (normalmente debido al peso), al estar dicho cuerpo apoyado sobre sus extremos. Las fuerzas que tratan de retorcer el cuerpo (debido al giro). Dos fuerzas actúan en sentidos opuestos sobre la misma sección del cuerpo (como las

10 10 Módulo de Estructuras Tecnología e Informática tijeras), tratando de cortarlo. 2. Escribe el esfuerzo que aparece representado en cada imagen. Pilares (Columnas): Son los elementos verticales de una estructura y se encargan de soportar el peso del forjado. Los pilares están sometidos a esfuerzos de compresión. Si los pilares son cilíndricos se llaman columnas y si son cuadrados se llaman pilastras. Las pilastras están pegadas a las paredes. Elementos de las Estructuras

11 11 Módulo de Estructuras Tecnología e Informática Vigas: Son los elementos horizontales de una estructura con forma de prisma rectangular. Las vigas están sometidas a esfuerzos de flexión. Las vigas soportan el peso del forjado. Las barras que forman parte del forjado se llaman viguetas y se llaman así porque son vigas pequeñas. Las vigas se colocan siempre sobre dos pilares. Entre las viguetas se colocan unos bloques llamados bovedillas. Forjado: Es el suelo y el techo de los edificios. Aunque sólo veamos en el suelo las baldosas, bajo ellas hay una estructura llamada forjado que está formada por barras y relleno de hormigón. Cimentación: El peso total de la estructura no va directamente hasta el suelo (si fuese así, se hundiría como una estructura de palillos levantada sobre mantequilla). La cimentación se emplea para que los pilares de la estructura no se claven en el terreno y se hunda en él. Funciona como los zapatos del edificio. Fundamentalmente adoptan la forma de zapatas (dados anchos) o losas de hormigón armado para repartir toda la carga en el terreno.

12 12 Módulo de Estructuras Tecnología e Informática 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, etc. Arcos, Bóvedas y Cúpulas Estos elementos trabajan a compresión. Su principal finalidad es la de cubrir un espacio, entre dos muros en el caso de las bóvedas o entre 4 o más en el de las cúpulas. Arcos: es un elemento que se emplea mucho en las estructuras para dar solidez (y salvar distancias). Soportan esfuerzos de compresión.

13 13 Módulo de Estructuras Tecnología e Informática Bóvedas: es un elemento constructivo superficial, generalmente elaborado en mampostería o fábrica, en el que sus piezas y componentes trabajan a compresión. Cúpulas: La cúpula (también conocida como «domo») es un elemento arquitectónico que se utiliza para cubrir un espacio de planta circular, cuadrada, poligonal o elíptica, mediante arcos de perfil semicircular, parabólico u ovoide, rotados respecto de un punto central de simetría.

14 14 Módulo de Estructuras Tecnología e Informática 1. Completa Actividad 4 a. Los tirantes del puente de la imagen soportan fuerzas de. b. Las columnas o Pilares soportan esfuerzos de. c. Las vigas soportan esfuerzos de. d. Las Cúpulas también se conocen con el nombre de. e. Los tirantes soportan esfuerzos de. f. Las bóvedas, el arco y la cúpula soportan esfuerzos de. Nombre del Estudiante: Grado Curso Periodo 3 Unidad Temática: Las Estructuras