ESTRUCTURAS DEFINICIÓN Son conjuntos de elementos colocados de tal forma que permanecen sin deformarse ni desplomarse soportando las fuerzas o pesos para los que han sido proyectadas. 1
PROBLEMAS QUE RESUELVEN Proteger y dar sustentación a un conjunto: esqueleto, armazones, chasis,... Almacenar materiales: presas, botellas, tetra brik,... Cerrar y cubrir espacios: techumbres, bóvedas, cúpulas,... Salvar accidentes geográficos; Puentes, túneles,... Alcanzar alturas en el espacio: torres, grúas, antenas,... Generar superficies: carreteras, estadios, aeropuertos,... FUERZAS QUE ACTÚAN La primera fuerza que se produce en una estructura incluye el peso propio, además está la sobrecarga que tenga que soportar. Las dos juntas forman la fuerza de acción que ejerce la estructura. La fuerza de reacción necesaria para que la estructura se mantenga ha de resistir toda la de acción. Las estructuras móviles han de soportar fuerzas de inercia, las de almacenamiento soportan presión, empuje del viento, etc Cuando las fuerzas de acción y de reacción son iguales se produce lo que llamamos equilibrio estático. Cuando las fuerzas de acción superan a la reacción se produce el equilibrio dinámico, que es el que tiene lugar en estructuras que se desplazan como los automóviles, bicicletas, etc. 2
POR QUÉ FALLAN? Cuando las fuerzas de acción se hacen superiores a las de reacción, la estructura falla y se hunde. Por qué pasa esto?: A veces por la fatiga elástica causada por la actuación repetida de una fuerza que en principio se resiste. Otras veces por undiseñoouna fabricación defectuosos. O porque las uniones entre las partes son inadecuadas. Otras veces porque se producen situaciones imprevisibles o catastróficas. EL CENTRO DE GRAVEDAD Existe un punto en cada cuerpo en el cual podemos decir que se concentra la fuerza con la que la tierra lo atrae. A ese punto lo llamamos centro de gravedad. Las figuras y los objetos son más estables cuanto más cerca del suelo se halla su centro de gravedad. Además, la perpendicular hasta el suelo trazada por el centro de gravedad ha de caer dentro de la base. 3
ELEMENTOS RESISTENTES Muchos de los elementos que proporcionan resistencia a las estructuras pueden encontrarse en un gran número de ellas. Los pilares son apoyos verticales para las vigas y el resto de la estructura Las vigas son piezas horizontales que soportan cargas apoyadas en dos puntos. Los tirantes o tensores son cables que mantiene sujetos elementos colgantes o verticales Las escuadras son triángulos rectángulos que refuerzan las estructuras ESFUERZOS QUE SOPORTAN TRACCIÓN Y COMPRESIÓN 4
ESFUERZOS QUE SOPORTAN FLEXIÓN CORTE COMPRESÓN LATERAL Compresión lateral ESFUERZOS QUE SOPORTAN TORSIÓN Y PANDEO 5
ESFUERZOS QUE SOPORTAN EFECTOS MÚLTIPLES 1 ESFUERZOS QUE SOPORTAN EFECTOS MÚLTIPLES 2 FLEXIÓN COMPRESIÓN FLEXIÓN FLEXIÓN COMPRESIÓN TRACCIÓN COMPRESIÓN FLEXIÓN TRACCIÓN FLEXIÓN COMPRESIÓN COMPRESIÓN TRACCIÓN 6
LA RESISTENCIA LA FORMA Depende de varios factores. A igual resistencia son mejores las más ligeras, más baratas, las que usan menos materiales y las más fáciles de construir y transportar. El arco es un elemento capaz de distribuir las cargas hacia los laterales, por eso se utiliza para conseguir espacios vacíos y cubiertos. La bóveda es una superficie que emplea una serie de arcos colocados a continuación o cruzados. La esfera tiene la misma propiedad que los arcos, pero es capaz de distribuir las cargas no sólo hacia los laterales, sino en todas las direcciones. LA RESISTENCIA LOS MATERIALES La resistencia de las estructuras depende también en gran medida de los materiales utilizados. En las construcciones antiguas es frecuente encontrar maderas más o menos fuertes. En la actualidad se usan el hormigón, que está formado por cemento grava y arena, el acero, que es un derivado del hierro con carbono y el hormigón armado, que combina hormigón con elementos interiores de acero y metales. Además se usan: aleaciones ligeras, mármoles y otros minerales, fibras, plásticos, etc. 7
LA RESISTENCIA LOS PERFILES Los perfiles se utilizan para conseguir estructuras más ligeras aprovechando que ciertas formas logran soportar grandes pesos y esfuerzos con menos material. ABIERTOS CERRADOS LA RESISTENCIA TRIÁNGULOS Y CERCHAS 8
LA RESISTENCIA CERCHAS Y CELOSÍA LOS PUENTES Los puentes son estructuras que las personas han ido construyendo para superar accidentes geográficos. Según el uso nos podemos encontrar acueductos, viaductos, pasarelas, etc Los de madera son baratos, ligeros y fáciles de construir, pero poco resistentes, por eso casi no se construyen. Los de piedra son muy resistentes, pero muy costosos. Se usaron en la antigüedad por no tener otros materiales Los metálicos permiten diseños muy espectaculares pero son caros de construir y mantener Los de hormigón armado son de montaje rápido y baratos de mantener. Su resistencia es alta 9
LOS PUENTES TIPOS Los puentes adoptan tres tipos según sean los esfuerzos que soportan sus elementos estructurales: Puentes de viga: formados por elementos horizontales o tableros apoyados sobre soportes o pilares Puentes de arco: formados por un elemento curvado que se apoya en soportes o estribos Puentes colgantes: formados por un tablero que se sustenta mediante tirantes sujetos en uno o en dos o más pilares PUENTES FORMAS DE DISMINUIR LA FLECHA DISMINUIR LA LUZ - COLOCAR TIRANTES - AUMENTAR EL CANTO 10
LAS CATEDRALES Las Catedrales son edificios singulares cuyas estructuras distribuyen los esfuerzo de formas artísticas y muy ingeniosas. 11