1. ESTRUCTURAS A NUESTRO ALREDEDOR

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1 TEMA 5 ESTRUCTURAS

2 1. ESTRUCTURAS A NUESTRO ALREDEDOR La mayoría de los objetos disponen de una estructura. Las estructuras realizan funciones diversas, como las que se muestran a continuación. - Soportan pesos. Los soportes y las vigas resisten el peso de las diferentes partes de un edificio. - Resisten fuerzas externas. La pared de una presa soporta la presión del agua contenida en el embalse. - Proporcionan la forma. Las barras o tubos de una tienda de campaña le dan su forma. - Sirven de protección. La carcasa de un monitor mantiene aisladas las diferentes piezas y circuitos. Si se tiene en cuenta los elementos con los que están construidas y la manera en la que intervienen, las estructuras se pueden clasificar en: laminares (o de carcasa), masivas y de armazón (o armadura) 1.1. Estructuras laminares o de carcasa Están constituidas por láminas o paneles resistentes y delgados que envuelven al objeto formando una caja o carcasa que protege y mantiene en su posición al resto de las piezas. Este tipo de estructura también sirve para evitar que las personas toquen las partes internas de máquinas y aparatos que pueden ser peligrosos. El chasis y la carrocería de un coche, y la carcasa de una lacadora o de un ordenador son ejemplos de estructuras laminares Estructuras masivas Son estructuras muy pesadas y macizas, formadas por superficies muy anchas y resistentes. Destacan los muros gruesos de lagunos edificios, las bóvedas o los techos de las antiguas iglesias de piedra y acueductos romanos Estructuras de armazón Están formadas por piezas alargadas como barras, tubos, pilares, vigas, travesaños o cables unidos entre si para formar una especie de esqueleto o armazón. Según la disposición de sus elementos pueden ser: Trianguladas. Se caracterizan por la unión de barras formando triángulos. Se pueden ver en las torres de la red eléctrica o en los soportes para las antenas. Entramadas. Forman una malla o entramado de piezas verticales y horizontales, como las patas de una silla o los soportes y las vigas de un edificio. Colgadas. Soportan parte del peso de la construcción mediante cables que se fijan a muros o a torres muy resistentes, como en el caso de los puentes colgantes. Las construcciones, las máquinas y muchos de los objetos que utilizamos necesitan de una estructura o esqueleto que sujete y soporte las partes o piezas que los componen.

3 2. ELEMENTOS RESISTENTES Las estructuras están formadas por varias piezas o elementos. Cada uno de ellos contribuye a evitar que la estructura se rompa o se caiga. Cuando una estructura soporta un peso o una carga, cada una de sus piezas o elementos se ven sometidos a esfuerzos. Tipos de esfuerzos Los tipos de esfuerzos a los que se pueden ver sometidos las estructuras son los siguientes: Tracción. Provoca el estiramiento de algunas de las piezas de la estructura. Compresión. Lo soportan aquellos elementos que tienden a ser aplastados. Flexión. Se produce cuando los pesos o las cargas tienden a doblar las piezas. Cortadura o Cizalla. Se produce cuando las cargas tienden a desgarrar o cortar las piezas. Torsión. La experimentan aquellas piezas que tienden a ser retorcidas. Elementos de una estructura Cada uno de los elementos de una estructura suele comportarse o trabajar de un manera determinada dependiendo de su forma y de su finalidad dentro de la estructura. Algunos de los más comunes son: Elementos verticales. Soportan esfuerzos de compresión como los muros o las patas de los muebles. Otros elementos como los muros de contención de tierras o los de las presas reciben empujes laterales que les producen esfuerzos de flexión. Elementos horizontales. Al apoyarse en sus extremos y recibir la carga en toda su longuitud se ven sometidos a esfuerzos de flexión. Esto ocurre en las vigas de las casas y en las baldas de los muebles. Estos elementos además soportan esfuerzos de cortadura. Arcos. Debido a su forma los pesos o las cargas que soportan en su parte superior se didtribuyen hacia los extremos laterales, soportando cada una de sus piezas esfuerzos de compresión. Tirantes. Suelen ser cables o barras cuya misión es soportar esfuerzos de tracción. 3.RESISTIR SIN DEFORMARSE Una de las condiciones principales que debe cumplir una estructura es la de soportar los pesos y las cargas que actúan sobre ella sin romperse ni deformarse. Para conseguirlo se deben elegir los materiales y la forma apropiados para cada uno de sus elementos o piezas.

4 Por ejemplo, para las carcasas se utilizan plásticos rígidos y chapas de acero y aluminio. Las estructuras de los muebles, sin embargo, suelen ser de madera o de tubos de acero. Los materiales Los materiales tienen que ser resistentes y rígidos y se eligen unos u otros según el tipo de esfuerzos que tengan que soportar. En las grandes estructuras se utilizan el acero, la piedra, la madera o el hormigón armado, mientras que en pequeñas estructuras de aparatos o muebles se recurre al aluminio y a los plásticos rígidos. Los materiales principales utilizados en la construcción de estructuras son el acero y el hormigón armado. Pueden utilizarse como materiales predominantes en la estructura o pueden usarse conjuntamente (construcción mixta). Cada uno tiene sus ventajas e inconvenientes que se pueden resumir así: -El hormigón resiste el fuego y la humedad mejor que el acero. -El hormigón no resiste la tracción, el acero si. -El hormigón tiene antes el límite de rotura. No es apropiado para edificaciones de gran altura. -El hormigón es un material frágil, mientras que el acero es dúctil. El hormigón armado Es un material que comenzó a emplearse a finales del siglo XIX. Se elabora partiendo de una masa de agua, cemento, arena y grava, con la que se cubre una armadura de barras de acero. Para ello se vierte el hormigón en un molde o encofrado que se prepara previamente para darle la forma deseada. La gran resistencia de este material, que suele emplearse en la construcción, se basa en que aúna la gran resistencia a la tracción del acero con la gran resistencia a la compresión del hormigón La forma La forma o perfil que tiene cada una de las piezas de una estructura resulta tan importante como el material con el que está hecha, ya que según la forma, un mismo elemento puede tener una resistencia distinta. Si observamos las vigas y los pilares de un edificio o las barras de una estructura triangulada, observaremos que su perfil tiene forma de I,H,L,T... Con ello se consigue mayor resistencia a la vez que resulta más ligeros al no ser macizos.

5 La resistencia de las piezas de una estructura depende del material con el que estén hechas y de la forma o el perfil que adopten. 4. ASEGURAR LA ESTABILIDAD Además de no romperse ni deformarse, otra de las condiciones que debe cumplir cualquier estructura es la de mantenerse en pie y no caer o volcar como consecuencia de las fuerzas o empujes que actúen sobre ella. Para ello se deben diseñar estructuras con una buena estabilidad. Estructuras estables La estabilidad de una estructura depende de tres factores: La forma. Las estructuras bajas y anchas son más estables que las delgadas y altas. La distribución de su masa. Si se concentra mucha masa en la base la estructura es más estable. La manera de apoyarse. También se gana estabilidad con un buen anclaje: empotrándola en el suelo,sujetándola con tirantes, etc.. A pesar de todo, si la intensidad y la dirección de las fuerzas que actúan sobre la estructura son muy desfavorables pueden ocasionarel vuelco,como ocurre en épocas de huracanes o grandes vendavales. Las estructuras deben ser estables para impedir su vuelco o caída. Estpo se consigue dándoles una forma apropiada o utilizando diferentes métodos de anclaje. Estabilidad y centro de gravedad La tierra atrae a todos los cuerpos situados en ella con la fuerza de la gravedad. En cada cuerpo esta fuerza se concentra en un punto llamado centro de gravedad (c.d.g.) La estabilidad de una estructura o un cuerpo depende de la posición de su centro de gravedad con respecto a su base de apoyo. Si desde el centro de gravedad del cuerpo se traza una línea vertical y esta queda dentro de la base, el cuerpo se mantendrá en pie, y si queda fuera de la base, el cuerpo se caerá. Por esta razón los cuerpos anchos y bajos resultan más estables, ya que en ellos es más fácil que la vertical trazada desde su centro de gravedad quede siempre dentro de la base.

6 Un cuerpo será tanto más estable cuanto más bajo se encuentre su centro de gravedad y más ancha sea su base. 5. CÓMO SE CONSTRUYEN LAS ESTRUCTURAS La forma de construir una estructura depende de distintos factores: el tipo de material que se utilice, el tamaño de las piezas y la forma en la que estas quieren unirse. Por ejemplo, debido a su gran tamaño, las estructuras de las grandes construcciones como los edificios, los puentes o las torres, se suelen realizar en el mismo sitio donde van a ir situadas. Este tipo de estructuras están constituídas por: -Los cimientos. Son la base sobre la que se apoya el resto de la estructura. Se encuentran enterradas a una cierta profundidad y sirven de anclaje o empotramiento a la construcción. -Los pilares y las vigas. Forman el armazón básico de estas estructuras y se realizan con hormigón armado o con piezas de acero. Para cubrir grandes distancias como en los puentes o en las cubiertas de los polideportivos, se recurre a vigas en forma de celosía, con barras triangulares o cruzadas que se atornillan o se sueldan. - Los forjados y los tableros. Constituyen la base del suelo de los diferentes pisos o de la carretera en los puentes. Se construyen apoyándolos sobre las vigas y los soportes.