Tema 3. ESTRUCTURAS Tecnología 1º ESO Qué es una estructura? Una estructura está formada por un conjunto de elementos capaces de soportar las fuerzas que actúan sobre ella con el fin de mantener su forma y darle estabilidad. Qué es una fuerza? Una fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de alterar su estado de reposo o de movimiento. Las fuerzas que actúan sobre una estructura se llaman cargas, como por ejemplo el peso de la estructura, el viento, la lluvia, una mochila, etc. Las cargas pueden ser de dos tipos: Cargas fijas: No varían con el paso del tiempo, como el peso y las cosas que tiene siempre encima. Cargas variables: Solo afectan a veces, como el viento, la lluvia, el peso de la gente, etc. ACTIVIDAD 1: Responde a las preguntas: 1. Qué es una estructura? 2. Cómo se llaman las fuerzas que actúan sobre una estructura? 3. Escribe 3 ejemplos de estructuras que conozcas. ACTIVIDAD 2: Completa el siguiente texto: Una estructura está formada por un conjunto de capaces de soportar que actúan sobre ella. Las fuerzas que actúan sobre una estructura se llaman. Por ejemplo, sobre una casa pueden actuar cargas como y. ACTIVIDAD 3: Escribe el nombre de tres cargas variables que actúen sobre estas estructuras: Esqueleto Puente Estantería Árbol ACTIVIDAD 4: Hay 2 oraciones verdaderas y una falsa. Corrige la falsa. V F Sobre las estructuras actúan cargas como el viento o la nieve V F Un puente no es una estructura porque no soporta cargas V F Nuestro esqueleto es una estructura porque soporta nuestro peso 1
1. TIPOS DE ESFUERZOS Cuando sobre una estructura actúa una carga, entonces la estructura responde con otras fuerzas llamadas esfuerzos. Hay cinco tipos de esfuerzos: Esfuerzo de tracción: Se produce en un cuerpo cuando las fuerzas exteriores tienden a estirarlo. Como la goma de un tirachinas o los cables de un puente colgante. Esfuerzo de compresión: Se produce en un cuerpo cuando las fuerzas exteriores tratan de aplastarlo o comprimirlo. Las columnas o las patas de una silla son ejemplos elementos diseñados para resistir esfuerzos de compresión. Esfuerzo de flexión: Un elemento estará sometido a flexión cuando actúen sobre él cargas que tiendan a doblarlo. Por ejemplo las vigas de una estructura o una estantería con libros. Esfuerzo de torsión: Un cuerpo sufre esfuerzos de torsión cuando existen fuerzas que tienden a retorcerlo. Es el caso del esfuerzo que sufre una llave al girarla dentro de la cerradura o de un destornillador. Esfuerzo de cizalladura o de cortadura: Es el esfuerzo al que está sometida a una pieza cuando las fuerzas aplicadas tienden a cortarla o desgarrarla. El ejemplo más claro de cortadura lo representa la acción de cortar con unas tijeras. ACTIVIDAD 5: Sabrías decir cuál es la carga y qué esfuerzo provoca? 1. Si extiendes un brazo y te pones 5 libros CARGA: ESFUERZO: 2. Las patas de una silla cuando nos sentamos CARGA: ESFUERZO: 3. El viento que hace que el árbol se doble CARGA: ESFUERZO: 4. La nieve que cae sobre el tejado y se hunde CARGA: ESFUERZO: 5. El peso del edificio sobre una columna CARGA: ESFUERZO: ACTIVIDAD 6: Qué es el esfuerzo de tracción? ACTIVIDAD 7: Pon tres ejemplos de objetos sometidos a tracción ACTIVIDAD 8: Qué parte de un columpio está sometida a tracción? Y a compresión? Dibújalo. 2
2. Tipos de estructuras Existen dos tipos de estructuras: Naturales: se encuentran en la naturaleza, como el esqueleto, la cáscara de un huevo o el caparazón de una tortuga. Artificiales: son las que construye el ser humano, como los edificios, los coches o un balón. 3. Tipos de estructuras artificiales 3.1 Estructuras masivas. Son macizas, pesadas y muy resistentes. Se emplean materiales que resisten a compresión, como bloques de piedra (Pirámides) u hormigón como en presas y embalses. 3.2 Estructuras entramadas. Están formadas por un conjunto de barras de madera, acero u hormigón que se entrecruzan entre sí. Se utilizan en la construcción de edificios. Los elementos estructurales son: Cimentación: sirve de apoyo y está bajo el suelo. Pilares y columnas: son estructuras verticales y soportan esfuerzos de compresión. Los pilares tienen forma cuadrada y las columnas cilíndrica. Vigas: son barras horizontales que se apoyan entre dos pilares y soportan esfuerzos de flexión. Las viguetas se apoyan entre dos vigas. 3.3 Estructuras trianguladas Están formadas por la unión de muchos triángulos y están hechas con barras de madera o de acero. Las estructuras triangulares son indeformables y se utilizan en grúas, torres de alta tensión, tejados de naves industriales, etc. 3.4 Estructuras colgantes Son estructuras formadas por tirantes, que son cables o barras que soportan esfuerzos de tracción. Se utilizan en los puentes colgantes, con la ventaja de que pueden ser mucho más largos que los convencionales. 3.5 Estructuras laminares Están formadas por láminas que dan forma al objeto, como la carcasa de un móvil o de un televisor. 3.6 Estructuras abovedadas Son aquellas en las que predominan los arcos, las bóvedas y las cúpulas como elementos de sujeción, lo que permite aumentar los espacios de las construcciones. 3
Los arcos son elementos en forma curva que sirven para cubrir un hueco entre dos pilares. Traslada las cargas hacia los extremos, como ocurre en los puentes de piedra Una bóveda es una sucesión de arcos, mientras que la cúpula es una bóveda con forma semiesférica. 4. Estructuras resistentes y estables Lo más importante que tiene que cumplir una estructura es que no se caiga, (equilibrio) y que no se deforme o se rompa. Si una estructura no se cae es porque es estable y entonces, su centro de gravedad cae dentro de la base, como en la figuras A, B y C. La figura D es inestable. Qué es el centro de gravedad? Es el punto de la estructura donde se concentran todas las fuerzas que actúan sobre ella. Se representa por un punto y una flecha vertical que indica la dirección de la fuerza. Una estructura rígida es aquella que no se deforma ni se rompe al aplicar una fuerza. Para hacer que una estructura sea rígida la podemos convertir en triángulos. ACTIVIDAD 9: Qué es lo más importante que debe cumplir una estructura? ACTIVIDAD 10: Cuándo es estable una estructura? ACTIVIDAD 11: Cuándo es rígida una estructura? ACTIVIDAD 12: Añade las barras para que estas estructuras sean rígidas. 4
Cómo podemos mejorar la estabilidad a un objeto? Observa cómo lo hacen. 5. Perfiles Si tuviéramos que hacer las vigas y los pilares macizos pesarían tanto y serían tan caros que no podríamos fabricar grandes estructuras. Por eso se utilizan los perfiles, que son barras de acero o de otros materialescon diferentes formas que permiten hacer estructuras resistentes, ligeras y baratas. Los perfiles pueden ser: abiertos o cerrados. 5