ESTRUCTURAS
Todos los cuerpos
poseen algún tipo de
estructura. Las estructuras se encuentran en la
naturaleza
y comprenden
desde las conchas de los moluscos hasta
los edificios, desde el esqueleto de
los animales …, pero el ser humano ha sabido construir las suyas para
resolver sus
necesidades.
Pero…
¿Qué tienen todas en común
tantas cosas distintas para
ser
todas
estructuras?
1. Están compuestos por elementos simples unidos entre sí.
2. Resisten las fuerzas a
las
que está sometido sin destruirse.
3. Todas conservan su forma básica.
Por eso,
podemos dar una definición de estructura:
Una estructura es un conjunto de elemento unidos entre sí capaces de soportar las fuerzas que actúan sobre ella, con el objeto de conservar su forma.
Las fuerzas que actúan sobre una estructura se denominan cargas y pueden ser de dos tipos: Fijas como el peso propio de un puente, que siempre actúa sobre los cuerpos; o variables,
como
el viento
que no siempre actúa sobre los objetos.
Las estructuras pueden ser naturales (creadas por la naturaleza como el esqueleto, las
cuevas, los barrancos, etc.) o
artificiales
(creadas por el hombre como las viviendas, los
vehículos,
las
carreteras,
los aviones, etc.).
FUNCIONES DE
LAS ESTRUCTURAS
¿Qué
condiciones debe
cumplir
una
estructura para que
funcione
bien?
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.
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. Ligeras: Las estructuras deben ser lo más ligeras posibles. Si la estructura fuese muy pesada,
podría venirse abajo y, además se derrocharían muchos materiales.
5. Estable: La
estructura
no
puede volcar o caerse aunque reciba diferentes cargas.
|
Los principales elementos
estructurales,
llamados
elementos estructurales simples
o elementos
resistentes,
son:
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, las de la silla
(que como ves no son exactamente horizontales),
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.
3. Vigas: Son elementos estructurales que normalmente
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.
4.
Dintel:
Viga
maciza
que
se apoya horizontalmente sobre dos
soportes verticales y que cierra huecos tales como ventanas y puertas.
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.
6 – Tirantes: Con objeto de dar rigidez a las estructuras se dispone de unos elementos simples que se colocan entre las vigas y los pilares. Por ejemplo las tijeras de los andamios (oblicuas), esa barra horizontal donde apoyas los pies en el pupitre, etc.
7 – Tensores: Su misión es parecida a la de los tirantes pero éstos son normalmente cables, como los cables que sostienen
la barra
de
gimnasia, o
sujetan una tienda de
camping, etc.
8- Cerchas que
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. Es decir, es una estructura triangular construida con barras de acero o madera que
forman tejados.
9 - Los perfiles: son todas 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.
10 - 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. 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.
MATERIALES
DE CONSTRUCCIÓN.
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
más
resistente,
se lo denomina
hormigón armado.
Tienes que
tener en cuenta
que durante el fraguado del cemento (el secado)
se
desprende mucho calor y se forman gases
en
el interior
de los elementos
construidos. Si el cemento en este
proceso
no se
refresca (normalmente
con agua), se forman grietas en
la estructura por las que salen los gases y
el
calor. Por eso los albañiles remojan el
cemento, el hormigón y el hormigón
armado mientras fraguan.
LAS FUERZAS QUE SOPORTA UNA ESTRUCTURA.
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 son:
1 – Tracción: Sí 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.
2 – 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.
3 – 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.
4 - 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.
5 - 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.
ACTIVIDADES:
- ¿Qué tienen en común casi todas las estructuras?
- ¿Por qué decimos que el cuerpo humano es un ejemplo de estructura?.
- Enumera cinco estructuras diferentes y explica la utilidad de cada una de ellas.
- Escribe el nombre de cinco estructuras naturales y de cinco artificiales.
5. De la siguiente lista, señalas las estructuras que
usarías para soportar
pesos, salvar
distancias o proteger objetos (patas de una
mesa, torre, pizarra, teleférico, mesa, silla, caja de embalaje, reloj, chasis del coche, estanterías, cartón de huevos, columnas,
puentes,
grúas, casco).
6. Un puente es una estructura que soporta cargas fijas y variables. Indica el tipo de cargas
que soporta los siguientes elementos del Puente:
a) Lámparas de
un puente
b) Vehículos que
pasan el puente
c) El viento que
golpea al puente
d) El asfalto de la carrete
que está sobre el puente
e) La lluvia ___________________
7. ¿Por qué es importante que una
estructura conserve
su forma?.
8. Pon tres ejemplos
de: a) pilares; b) vigas; c)
tirantes.
9. Una grúa de la construcción es una estructura de tipo triangular, móvil y colgante: (ver imagen de
la grúa de la pág. 1 y
pág. 2)
a)
¿Qué tipo de elementos la forman?
b)
Indica la función de cada
uno de sus elementos.
10. ¿Para qué se utilizan los perfiles de
acero en una
estructura? Nombra
dos tipos.
11.
a) ¿Podrías romper
un alambre estirándolo
con tus manos? ¿Por
qué?
b)
¿Y doblándolo varias veces? ¿Por qué?
12.
¿Qué es lo
primero que se construye de un edificio? ¿Por qué?
13.
¿Qué es el hormigón? ¿Para qué
se emplea?
14. ¿Cómo se consigue hormigón armado? ¿Por qué se construyen los edificios de hormigón armado
en
lugar del hormigón simple?
15. ¿Para qué sirven las vigas de una
casa?
16. Los albañiles refrescan con agua las paredes empañetadas con hormigón? ¿Por qué?
17.
Define y pon un ejemplo de
elemento sometido a :
a)
Compresión; b) Tracción, c) Flexión.
COMPRESIÓN
|
TRACCIÓN
|
FLEXIÓN
|
18.
Decir 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 ________
|
Un tobogán
______________
|
La patas de un taburete ____________
|
Punta de un destornillador
|
La tabla de una mesa
|
Llave de una cerradura ___
|
Cimientos de una casa __________________
|
Tapón de rosca
de un bolígrafo _________
|
El cuello de una botella con tapón de rosca ___________
|
La suela de un zapato
__________________
|
Un tornillo ____________
|
Los cables de un puente colgante ___________
|
19. En los dibujos siguientes determina el tipo de esfuerzo al que están sometidos los
elementos señalados.