TEMA 3. ESTRUCTURAS
ÍNDICE 1. QUÉ ES UNA ESTRUCTURA? 2. PUNTO DE PARTIDA: LAS FUERZAS 3. CLASIFICACIÓN DE LAS FUERZAS 4. ESTRUCTURAS 5. CONDICIONES DE LAS ESTRUCTURAS 6. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA 7. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 8. ESTRUCTURAS TRIANGULADAS ACTIVIDADES
1. QUÉ ES UNA ESTRUCTURA? ESTRUCTURA (del latín structūra) es la disposición y orden de las partes dentro de un todo. En una estructura son tan importantes los elementos que la componen como su disposición (ubicación, colocación) y el orden en el que se encuentran. Podemos hablar de estructura de casi todas las cosas.
1. QUÉ ES UNA ESTRUCTURA? Por ejemplo, La estructura de una clase serían los alumnos/as, el profesor/a, las sillas, las mesas, la pizarra y también, y muy importante, la forma en que están colocadas. En este tema vamos a centrarnos en las estructuras que tienen como principal objetivo resistir las fuerzas físicas a las que van a estar sometidas.
2. PUNTO DE PARTIDA: LAS FUERZAS Llamamos FUERZA a Toda aquella ACCIÓN capaz de deformar un cuerpo (efecto estático) o alterar el estado de movimiento o reposo (efecto dinámico) Ejemplos en la Naturaleza: Pesos (fuerza de la gravedad) Fuerza del viento Presiones de gases (depósitos) o de líquidos (depósitos, presas, etc.) Fuerzas mecánicas, etc Cuando una fuerza actúa sobre una estructura se llama CARGA
3. CLASIFICACIÓN DE LAS FUERZAS Estas fuerzas o cargas se clasifican según su duración en: Fijas o permanentes: siempre están presentes y la estructura tendrá que soportarlas en todo momento. (Por ejemplo: el peso de un edificio, del cuerpo o de un tronco). Variables o intermitentes: pueden aparecer o desaparecer en función de las condiciones externas a la estructura. (Por ejemplo: la acción del viento, nieve).
3. CLASIFICACIÓN DE LAS FUERZAS Otra clasificación muy importante de las fuerzas es la que las diferencia en función de cómo actúan: Fuerzas estáticas: La variación de la intensidad, lugar o dirección en la que actúa la fuerza no cambia o cambia muy poco en periodos cortos de tiempo. (Por ejemplo: el peso de un edificio, nieve) Fuerzas dinámicas: Las fuerzas que actúan sobre la estructura cambian bruscamente de valor, de lugar de aplicación o de dirección. (Por ejemplo: terremotos, impactos bruscos, etc)
3. CLASIFICACIÓN DE LAS FUERZAS Cómo clasificarías estas fuerzas?
3. CLASIFICACIÓN DE LAS FUERZAS Para conocer el efecto de las fuerzas será muy importante conocer dos cosas: El valor de la fuerza (si es muy grande o muy pequeña) El punto de aplicación (lugar donde esa fuerza se está ejerciendo).
4. ESTRUCTURAS Llamamos ESTRUCTURA a un conjunto de elementos capaces de aguantar fuerzas y transmitirlas a los puntos donde se apoyan sin romperse y sin apenas deformarse. Los diferentes elementos del conjunto trabajan en equipo y cada uno cumple una función determinada. Estructuras naturales Estructuras artificiales
5. CONDICIONES ESTRUCTURAS Las condiciones que debe cumplir una estructura son: A. Estabilidad (que no vuelque) B. Resistencia (que no se rompa) C. Rigidez (que no se deforme)
5. CONDICIONES ESTRUCTURAS A. ESTABILIDAD (QUE NO VUELQUE) Un objeto es tanto más estable cuanto más cerca se encuentra su centro de gravedad del suelo y cuanto mayor es su base
5. CONDICIONES ESTRUCTURAS A. ESTABILIDAD En las estructuras para conseguir estabilidad buscamos centrar las masas y acercarlas al suelo, algunas soluciones para dar estabilidad a una estructura:
5. CONDICIONES ESTRUCTURAS B. RESISTENCIA (QUE NO SE ROMPA) Una estructura es resistente cuando es capaz de aguantar, de soportar, los esfuerzos a los que se ve sometida. ESFUERZOS: Tensiones internas que se experimentan en los cuerpos como resultado de aplicar cargas a las estructuras TIPOS DE ESFUERZOS
TIPOS DE ESFUERZOS 5. CONDICIONES ESTRUCTURAS
TIPOS DE ESFUERZOS 5. CONDICIONES ESTRUCTURAS
5. CONDICIONES ESTRUCTURAS C. RIGIDEZ (QUE NO SE DEFORME) Para conseguir la rigidez de una estructura es muy importante la disposición de sus elementos. Los perfiles deben disponerse formando celdillas triangulares. Para ello se pueden emplear cables, tensores y escuadras. Estructura cuadrangular Se deforma fácilmente Estructura triangular No se deforma
5. CONDICIONES ESTRUCTURAS Tanto la resistencia como la rigidez de una estructura (que no se rompe ni se deforme) dependen del material empleado, de la cantidad de este material que se utilice y cómo se disponga.
6. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA Las estructuras pueden ser masivas como una pirámide o una presa. Pero lo normal es que estén formadas por la unión de diferentes clases de elementos estructurales debidamente colocados. De esta forma se construyen puentes, edificios, naves industriales, etc.
6. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA Veamos ahora los principales elementos estructurales, llamados también elementos estructurales simples o elementos resistentes.
6. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA 1. Cimientos: es el elemento encargado de soportar y repartir por el suelo todo el peso de la estructura. Gracias a la cimentación, el peso total de la estructura no va directamente al el suelo (sin cimientos un edificio podría hundirse como una estructura de palillos levantada sobre mantequilla) y los pilares de la estructura no se clavan en el terreno y se hunden en él.
6. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA 1. Cimientos: Los cimientos funcionan como los zapatos del edificio. En definitiva, con los cimientos evitamos que el edificio se hunda en el terreno y al mismo tiempo logramos que permanezca estable.
6. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA 1. Cimientos Ejemplo de perfil geológico (cómo se disponen las capas de distintos materiales en el subsuelo)
6. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA 1. Cimientos El skyline de Manhattan está condicionada por el tipo de subsuelo que únicamente permite cimentar rascacielos en la zona norte y la sur..
6. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA 2. Pilares: Son los elementos verticales de una estructura y se encargan de soportar el peso de toda la estructura. Por ejemplo las patas de la mesa, los travesaños verticales del marco de la ventana, etc. En un edificio, los pilares soportan el forjado que tienen justo encima, además del peso del resto del edificio. Si los pilares son redondos, se llaman columnas.
6. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA 3. Vigas: Son elementos estructurales que se colocan en posición horizontal, que se apoyan sobre los pilares, destinados a soportar cargas. En un edificio forman parte del forjado. Ejemplos de vigas son, los rieles de las cortinas, los travesaños horizontales de debajo del tablero en el pupitre o en la silla, el marco de la ventana o de la puerta, etc.
6. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA 4. Forjado: Es el suelo y el techo de los edificios. Normalmente está formado por viguetas, que llevan la carga a las vigas, y de ahí pasa por los pilares hasta llegar a la cimentación.
6. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA 5. Arco: es el elemento estructural, de forma curvada, que salva el espacio entre dos pilares o muros. Es muy útil para salvar espacios relativamente grandes. Reparte la carga hacia los lados. Trabaja a compresión
6. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA 6. Tirantes: Elementos estructurales que trabajan a tracción y se colocan para dar rigidez a las estructuras.
6. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA 7. Cerchas: son un caso especial de vigas formada por un conjunto de barras formando una estructura triangular. Se usan normalmente en los techos de las naves industriales.
6. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA 8. Los perfiles: son todos aquellas barras de acero que tienen una forma especial. Se emplean para conseguir estructuras más ligeras que soportan grandes pesos con poca cantidad de material. El nombre del perfil viene dado por la forma de la superficie lateral: I, U, T, L Estos aceros se usan en las vigas, pilares y tirantes.
7. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN MATERIALES: Normalmente suelen usarse elementos cerámicos (ladrillos), hormigón o acero. El hormigón es el material más usado en la construcción. El hormigón es una mezcla de cemento, arena, grava y agua. Si al hormigón se le añade un entramado de acero para hacerlo mas resistente, se lo denomina hormigón armado.
8. ESTRUCTURAS TRIANGULADAS ESTRUCTURAS TRIANGULADAS Si se analiza cualquier estructura formada por la unión de perfiles simples, como las de las grúas de la construcción, algunos puentes, las torres de alta tensión, etc.; vemos que la rigidez de estas estructuras no se debe a lo compacto de su construcción, sino al entramado triangular de su forma. Es decir, su rigidez se basa en la triangulación.
8. ESTRUCTURAS TRIANGULADAS Si piensas en los ejemplos, la estructura cuadrada puede deformarse fácilmente, al igual que la pentagonal. Pero la triangular es muy estable e indeformable. Por eso, las otras formas geométricas se triangulan para darles rigidez.
8. ESTRUCTURAS TRIANGULADAS Es decir, la triangulación hace que las estructuras no se deformen y que sean muy estables.
ACTIVIDADES ACTIVIDADES 1. Qué es una fuerza? 2. Diferencia entre cargas permanentes y variables. Pon dos ejemplos de cada una. 3. Enumera cuatro cargas que puedan actuar sobre un edificio. Di cuáles son fijas y cuáles variables. 4. Qué es una estructura? Qué tres condiciones debe cumplir? 5. Enumera tres estructuras naturales y tres artificiales. 6. Cita los tipos de esfuerzos más comunes, explica cuándo se produce cada uno de ellos, haz un dibujo y pon un ejemplo de cada uno de ellos.
ACTIVIDADES ACTIVIDADES 7. Define elemento estructural. Nombra los mismos. 8. Qué es lo primero que se construye de un edificio? Por qué? 9. En qué se diferencia una viga de un pilar? 10. Qué es el hormigón? Cómo se consigue hormigón armado? Por qué se construyen los edificios de hormigón armado en lugar del hormigón simple? 11. Añade barras a estás estructuras para formar triángulos y conseguir que sean indeformables, es decir, rígidas: