Unidad 4. Estructuras. · Estructuras. 1-. Introducción Casi todos los cuerpos poseen algún tipo...

Cuaderno de tecnologías 1º eso __ - __

Unidad 4. Estructuras.

1-. Introducción

Casi todos los cuerpos poseen algún tipo de estructura.

Las estructuras se encuentran en la naturaleza y comprenden desde las conchas de los moluscos hasta el esqueleto de los animales, desde un pequeño grano de arena de la playa hasta las bastas estructuras de una cordillera montañosa…;pero el ser humano ha sabido construir las suyas para resolver sus necesidades, imitando en muchas ocasiones las estructuras que se observan en la naturaleza o creando algunas propias y originales.

Pero… ¿qué tienen todas en común tantas cosas distintas para ser todas estructuras?

1. Están compuestas por elementos simples unidos entre sí

2. Resisten las fuerzas a las que están sometidas sin destruirse

3. Todas conservan su forma básica

Podemos dar una definición inicial y básica de estructura:

Una estructura es un conjunto de elemento unidos entre sí capaces de soportar las fuerzas que actúan sobre ella (cargas), con el objetivo principal de conservar su forma sin deformarse ni perder la estabilidad.

Aunque no siempre una estructura consigue sus objetivos, mira el siguiente ejemplo de un puente colgante, el puente de Tacoma…

https://www.youtube.com/watch?v=SzObC64E2Ag

(Actividades 1 y 2)

UD 4 - Página 1 Colegio Sagrado Corazón de Godella

https://www.youtube.com/watch?v=SzObC64E2Ag


Podemos plantear cinco condiciones que debe cumplir una estructura para considerar que realiza bien su función:

1. Soportar cargas. Es la principal función de toda estructura ya que las fuerzas o cargas siempre están presentes en la naturaleza: la gravedad, el viento, el oleaje, etc. Además debe de soportar su propio peso y el de otros elementos que descansen sobre ella (p.e. en la estructura de un edificio se tiene en cuenta el peso de los materiales del propio edificio y el de los usuarios que lo utilizarán)

2. Mantener la forma. Es fundamental que las estructuras no se deformen, ya que si esto ocurriese, los cuerpos podrían romperse. Es lo que ocurre cuando los esfuerzos son muy grandes. Por ejemplo, en un accidente de coche, la carrocería siempre se deforma o araña dependiendo de la gravedad del impacto.

3. Proteger partes delicadas. Una estructura debe proteger las partes delicadas de los objetos que los poseen. Por ejemplo, el esqueleto protege nuestros órganos internos, la carcasa de un ordenador protege el microprocesador, las tarjetas, etc. Pero hay estructuras que no tienen partes internas que proteger, como los puentes o las grúas.

4. Ser ligeras: Las estructuras deben ser lo más ligeras posibles. Si la estructura fuese muy pesada, podría venirse abajo y, además se derrocharían muchos materiales, se encarecería y sería poco eficaz para cumplir su función.

5. Ser estables: La estructura no puede volcar o perder la estabilidad aunque reciba diferentes cargas, para poder cumplir adecuadamente la función para la que fue diseñada.

(Actividades 3, 4 y 5)

Actividades complementarias

1-. ¿Qué tienen en común casi todas las estructuras?

2-. Enumera cinco estructuras diferentes e indica en cada una de ellas los elementos que las componen y las principales cargas que soportan.



3-. Explica cómo se cumple cada una de las cinco condiciones para que una estructura realice correctamente su función, en el caso de una tienda de campaña.

4-. De la siguiente lista, señalas las estructuras que usarías para soportar pesos, salvar distancias o proteger objetos:

patas de una mesa ……………………………………………………

torre de electricidad ……………………………………………………

teleférico ……………………………………………………

mesa ……………………………………………………

silla ……………………………………………………

caja de embalaje ……………………………………………………

chasis del coche ……………………………………………………

estanterías ……………………………………………………

cartón de huevos ……………………………………………………

columnas ……………………………………………………

puentes ……………………………………………………

casco ……………………………………………………

5-. ¿Qué es la carga de una estructura?



2-. Tipos de estructuras

Teniendo en cuenta los elementos que conforman una estructura y la manera en que estas partes intervienen en ella, las estructuras se pueden clasificar en tres tipos: estructuras masivas, estructuras laminares o de carcasa y estructuras de armadura.

Estructuras masivas:

están formadas por superficies amplias y pesadas; suelen ser muy pesadas y para su construcción o formación se emplea gran cantidad de material. Por ejemplo una cueva o una meseta son estructuras masivas naturales, mientras que una presa, una pirámide o los muros de una iglesia antigua son estructuras masivas artificiales.

Estructuras laminares:

son estructuras formadas por láminas o paneles delgados unidos entre sí formando una caja o carcasa que protege y mantiene en su posición a otras piezas, objetos o personas. Por ejemplo la carrocería de un cocheo el fuselaje de un avión serían estructuras laminares artificiales mientras que los caparazones de muchos animales serían ejemplos de estructuras laminares naturales.



Estructuras de armadura: están formadas por piezas alargadas como barras, pilares, cables o tubos unidos entre sí formando una especie de esqueleto resistente. Podemos encontrar distintos tipos según cómo estén dispuestas estas piezas.

Trianguladas, donde la unión entre las piezas siempre forma triángulos, p.e. las torres de la red eléctrica o los soportes de antenas.

Entramadas, las piezas forman una malla con elementos verticales y horizontales, p.e. vigas y columnas de un edificio en construcción o el esqueleto humano.

Colgadas, que utilizan cables y tensores fijados a muros o torres y permiten soportar grandes pesos, p.e. las cubiertas de los estadios o los puentes colgantes.

(Actividad 6)

Actividades complementarias

6-. Relaciona cada estructura con el tipo o tipos al que pertenece:

Pirá

mid

e

Torr

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el

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Puen

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nter

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masiva

laminar

armadura triangulada

armadura entramada



armadura colgada

3-. Las fuerzas que soporta una estructura. Esfuerzos.Una estructura tiene que soportar su propio peso, el de las cargas que sujetan y

también fuerzas exteriores como el viento, las olas, etc. Por eso, cada elemento de una estructura tiene que resistir diversos tipos de fuerzas sin deformarse ni romperse. Los tipos de fuerza más importantes que soportan (esfuerzos) son:

Tracción: Si sobre los extremos de un cuerpo actúan dos fuerzas opuestas que tienden a estirarlo, el cuerpo sufre tracción. Es el tipo de esfuerzo que soportan los tirantes y los tensores.

Compresión: Si sobre los extremos de un cuerpo actúan dos fuerzas opuestas que tienden a comprimirlo, el cuerpo sufre compresión. Es el tipo de esfuerzo que soportan los pilares y los cimientos.

Flexión: Si sobre un cuerpo actúan fuerzas que tienden a doblarlo, el cuerpo sufre flexión. Es el tipo de esfuerzo que soportan las vigas y las cerchas.

Torsión: Si sobre un cuerpo actúan fuerzas que tienden a retorcerlo, el cuerpo sufre torsión. Es el tipo de esfuerzo que soporta una llave girando en una cerradura.

Cortadura o cizalladura: Si sobre un cuerpo actúan fuerzas que tienden a cortarlo o desgarrarlo, el cuerpo sufre cortadura. Es el tipo de esfuerzo que sufre la zona del trampolín de piscina unida a la torre o la zona de unión entre una viga y un pilar.


¿Qué pasa en los puentes colgantes con catenaria?

La catenaria es un cable grueso del que parten los tirantes del puente y que recorre toda la estructura por su parte superior. Descansa sobre pilares y generalmente va sujeta por sus extremos al tablero o suelo del puente.


(Actividades 7)

La catenaria sufre esfuerzos de tracción en toda su longitud, al igual que los tirantes del puente; mientras que los pilares


La catenaria es un cable grueso del que parten los tirantes del puente y que recorre toda la estructura por su parte superior. Descansa sobre pilares y generalmente va sujeta por sus extremos al tablero o suelo del puente.


sufren esfuerzo de compresión al igual que las zapatas o cimientos sobre los que descansan. El tablero o suelo del puente sufre esfuerzo de flexión. Todas las uniones entre los distintos elementos de la estructura sufren esfuerzos de cortadura o cizalladura.


Actividades complementarias _____

7-. Indica el tipo de esfuerzo que soporta cada uno de los elementos del siguiente columpio

1-……………………………………………………………………

2-……………………………………………………………………

3-……………………………………………………………………

4-……………………………………………………………………

5-……………………………………………………………………

6-……………………………………………………………………

8-. Relaciona con flechas cada elemento estructural con el esfuerzo que soporta:

Viga

Tirante Compresión

Tensor Flexión

Columna y pilar Flexión

Cimientos Tracción

Cercha

9-. Indica que tipo de esfuerzo soporta o debe soportar cada uno de los elementos (Opciones: compresión, torsión, flexión, cortadura, tracción)

• El cable que soporta la lámpara de un techo_________________________



• La patas de un taburete___________________

• Un tobogán ________________________

• Punta de un destornillador_____________

• La tabla de una mesa _______________

• Llave en una cerradura _______________

• Cimientos de una casa ______________

• La cuerda que hay entre una lancha y un esquiador acuático _______________

• El cuello de una botella con tapón de rosca ___________________________

• El asiento de una silla ______________

• Tapón de rosca de un bolígrafo ________

• Unión que hay entre los postes y el larguero de una portería de fútbol ____________

• Perchero colgado de una pared ________

• Un gancho colgado del techo __________

• El pomo de una puerta _______________

• Los cables de un puente colgante ______

• La unión que existe entre una viga y un pilar ___________________

4-. Elementos de las estructuras.Como hemos indicado al principio de este tema y en la definición de estructura, en

cualquiera de ellas podemos encontrar elementos simples que la componen, son los llamados elementos estructurales simples o elementos resistentes. Cada uno de estos elementos suele comportarse de una manera determinada dependiendo de su forma y de la finalidad para la que fue diseñado dentro de la estructura. Los elementos resistentes más comunes de una estructura se pueden clasificar en:

• elementos verticales, como muros, pilares o columnas, cimientos, forjados generalmente soportan el peso de la construcción o de la estructura. Los esfuerzos a los que suelen estar sometidos son esfuerzos de compresión y a veces también esfuerzos de flexión, como en el muro de contención de una presa que recibe la carga lateral del empuje de agua que contiene.

• elementos horizontales , que se apoyan por sus extremos y soportan la carga a lo largo de ellos. Están sometidos a esfuerzos de flexión además de esfuerzos de cizalladura en las zonas de unión.



Ejemplos de elementos horizontales son las vigas en la estructura de un edificio o los dinteles para cerrar los huecos de puertas o ventanas.

• arcos, debido a su forma los esfuerzos que se reciben en la parte superior se distribuyen hacia los laterales y cada una de estas piezas soporta una parte menor del esfuerzo de compresión inicial. Por ejemplo los puentes romanos con arco.

• tirantes , barras delgadas o cables que suelen soportar esfuerzos de tracción, al mantenerse tensos y estirados colocados entre las vigas y/o pilares de la estructura que sustentan. Por ejemplo los tensores en una tienda de campaña o las tijeras de los andamios.

(Actividades 10 y 11)


10-. Relaciona mediante flechas los elementos estructurales con los objetos donde suelen utilizarse:

Elemento Objeto

Arco Tienda de campaña

Travesero Puente romano

Tirante Edificio

Viga Presa

Muro de contención Cama

11-. Escribe la definición de elemento estructural; nombra los elementos estructurales simples que encuentras en el columpio del ejercicio 7.



5-. 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. Triangular una estructura consiste en añadirle barras y perfiles hasta que toda ella esté formada por un conjunto de triángulos que le permitirá tener una gran rigidez y resistencia a deformarse.

Si te fijas 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.

Es decir, la triangulación hace que las estructuras no se deformen y que sean muy estables.



12-. La _______________________ consiste en formar triángulos con barras en una estructura para que no _______ _________________.

13-. Añade barras a estás estructuras para formar triángulos y conseguir que sean indeformables, es decir, rígidas: (dibuja con un bolígrafo que no sea negro)



14-. a) ¿Por qué se mueve una estantería como la de la figura?

b) ¿Qué harías para evitarlo?

Anotaciones


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