ESTRUCTURAS Qué es una estructura? Llamamos estructura a un conjunto de elementos de un cuerpo destinados a soportar los efectos de las fuerzas que actúan sobre él, capaces de aguantar pesos y cargas sin romperse y sin apenas deformarse. También podemos indicar que es toda construcción destinada a soportar su propio peso y la presencia de acciones exteriores (fuerzas, momentos, cargas térmicas, etc.) sin perder las condiciones de funcionalidad para las que fue concebida. OBSERVA Y RECUERDA: La mayoría de los objetos y seres vivos disponen de una estructura que tiene como principal función soportar pesos y cargas sin que se produzca la rotura o deformación excesiva del objeto. Tipos de estructuras: Se pueden realizar muchas clasificaciones de las estructuras, atendiendo a diferentes parámetros: por su origen, movilidad, etc. 1. SEGÚN SU ORIGEN: Estructuras naturales: El esqueleto de un ser vertebrado, formaciones pétreas, el caparazón de animal o la estructura de un árbol, corales marinos, las estalagmitas estalactitas, etc. son algunos ejemplos este tipo de estructura. las un los y de
Estructuras artificiales: Son todas aquellas que han sido diseñadas y construidas por el hombre para satisfacer sus necesidades a lo largo de su evolución. Los ejemplos más usuales de este tipo de estructuras son los puentes, edificios y en la mayoría de los objetos realizados por el hombre. 2. SEGÚN SU UTILIDAD: Estructuras Rígidas: Son aquellas que no se deforman cuando se les somete a diferentes fuerzas (compresión, tensión torsión, etc.) excepto si sus elementos se rompen. Por ejemplo: torres, puentes, monumentos, etc. Estructuras Flexibles Son aquellas en las que cuando se les aplica una fuerza, la estructura se deforma, controladamente, al desplazarse los elementos que la integran, como por ejemplo: una bisagra, un puente levadizo, un pantógrafo, etc. 3. SEGÚN SU FUNCIÓN: Estructuras Móviles Son todas aquellas estructuras articuladas o que cuentan con ruedas para permitir su desplazamiento, Como por ejemplo: un esqueleto, un coche de bebé, un auto, etc. Estructuras Fijas Aquellas que por el contrario, no pueden ni deben permitir desplazamientos, o estos son mínimas. Como por ejemplo: edificios, torretas, puentes, entre otros. Propiedades de las estructuras: A la hora de diseñar o estudiar una estructura, se debe observar origen, su utilidad y su función. Asimismo debe cumplir dos propiedades principales: ser resistente y estable. RESISTENTE + ESTABLE Resistente, para que soporte sin romperse por efecto de las fuerzas a las que se encuentra sometida principalmente a causa de su utilidad y función. Estable, para que se mantenga en equilibrio sin volcarse ni caerse.
Funciones de las estructuras: La estructura que construye el hombre tiene una finalidad determinada, para la que ha sido pensada, diseñada y finalmente construida. Podemos hacer un análisis en función de la necesidad que satisface: Soportar peso: se engloban en este apartado aquellas estructuras cuyo fin principal es el de sostener cualquier otro elemento, son los pilares, las vigas, estanterías, torres, patas de una mesa, etc. Salvar distancias: su principal función es la de esquivar un objeto, permitir el paso por una zona peligrosa o difícil, son los puentes, las grúas, teleféricos, etc. Proteger objetos: cuando son almacenados o transportados, como las cajas de embalajes, los cartones de huevos, cascos, etc. Por ejemplo La forma y rigidez del casco protege la cabeza del motorista. Para dar rigidez a un elemento: son aquellos en que lo que se pretende proteger es el propio objeto, y no otro al que envuelve, por ejemplo en las puertas no macizas el enrejado interior, los cartones, etc. Las estructuras tienen como principal función soportar pesos y cargas sin que se produzca la rotura o deformación excesiva del objeto. Esfuerzos que soportan las estructuras Dependiendo de su posición dentro de la estructura y del tipo de fuerzas que actúan sobre ellos, los elementos o piezas de las estructuras soportan diferentes tipos de esfuerzos. Dichos esfuerzos pueden ser:
De tensión, cuando las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a estirarla, tal y como sucede, por ejemplo, con los cables de un puente colgante. De compresión, cuando las fuerzas que soporta la pieza tienden a aplastarla, como es el caso, por ejemplo, de los pilares. Cuando nos sentamos en una silla, sometemos a las patas a un esfuerzo de Tensión Compresión compresión, con lo que tiende a disminuir su altura. De flexión, cuando las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a doblarla, como sucede con las vigas. 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. Flexión a. De corte o cizalladura, cuando las fuerzas que soporta la a. De corte o cizalladura pieza tienden a cortarla. Este es el tipo de esfuerzo al que están sometidos los puntos de apoyo de las vigas. Al cortar con unas tijeras un papel estamos provocando que unas partículas tiendan a deslizarse sobre otras. b. De torsión, cuando las fuerzas que soporta la pieza b. De Torsión tienden a retorcerla. Este es el caso de los ejes, los cigüeñales y las manivelas. Elementos de las estructuras. La resistencia de una estructura no depende solamente de las propiedades del material con el que está elaborada, sino también de la disposición del conjunto de elementos resistentes que la forman. En cualquier estructura podemos encontrar uno o varios de los siguientes elementos: Los pilares: Son los apoyos verticales sobre los cuales descansan las vigas y el resto de la estructura. Estos elementos soportan el peso de la propia estructura y el peso de los elementos que se cargan o apoyan sobre ellos. También se le denomina poste, columna, larguero, etc. Los materiales con los que se construyen pueden ser: madera, acero, aluminio, hormigón armado, ladrillos, mármol, etc. Suelen ser de forma geométrica regular (cuadrada, rectangular, circular)
Las vigas: Son piezas horizontales. Se apoyan sobre dos puntos, y su misión es la de soportar cargas. Son elementos colocados normalmente en posición horizontal que soportan la carga de la estructura y la transmiten hacia los pilares. Los tirantes o tensores: Son cables inextensibles (fabricados de cuerdas, cables de acero, cadenas, listones de madera) que está sometida principalmente a esfuerzos de tracción y que tienen múltiples funciones dentro de las estructuras: a) Pueden servir para sujetar o colgar vigas, como es el caso de la mayoría de los puentes modernos. b) Pueden servir de elementos de sujeción de los elementos verticales de la estructura, como sucede con los palos de una tienda de campaña o con las antenas de televisión. Los Arcos: Forma geométrica muy utilizada a lo largo de la historia como solución arquitectónica. Permite trasmitir las cargas que soporta hacia los elementos que sustentan la estructura. Las escuadras: Son triángulos rectángulos que se emplean para reforzar estructuras. Pueden ser planas (para unir una viga con una columna), en forma de L o en forma de prisma. En estos dos últimos casos se emplean para unir vigas con pilares y también para mantener verticales dichos pilares. Los Triángulos: Puede demostrarse, de forma experimental, que el triángulo es la forma geométrica más estable, al no deformarse al actuar sobre él fuerzas externas. Esta es la razón por la que se utiliza la triangulación para aportar mayor rigidez a las estructuras. En caso contrario nos encontraremos con una estructura flexible. Estructuras rígidas Estructuras flexibles
En ocasiones la colocación de una simple escuadra otorga a la estructura la rigidez y resistencia que necesita. Las vemos en construcciones industriales, grúas, gradas metálicas, postes eléctricos, etc. En las siguientes fotografías puedes observar algunos ejemplos comunes de utilización de estructuras triangulares: Tubos: Otro tipo de elementos que presentan gran resistencia son los tubos o estructuras tubulares. Su geometría cilíndrica permite un reparto equitativo de las cargas sobre sus paredes. Una de sus principales aplicaciones es la construcción de canalizaciones. Muros: Son elementos que soportan los esfuerzos en toda su longitud, de forma que reparten las cargas. Los materiales de los que están construidos son variados: piedra, ladrillos, madera, cartón, etc.