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.

Las estructuras pueden ser masivas como una cueva o una presa. Pero lo normal es que estén formadas por partes, de manera que se forman por la unión de diferentes clases de elementos estructurales debidamente colocadas. De esta forma se construyen puentes, edificios, naves industriales, etc.

Los  principales  elementos  estructurales,  llamados elementos   estructurales  simples o elementos  resistentes, son:

1. Forjado: Es el suelo y el techo de los edificios.

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.

Normalmente,  para  construir  edificios,  puentes,  túneles,  etc.,  suelen  usarse  varios elementos: ladrillos, bloques, cemento, agua, arena, grava, aceros, hormigón, etc.

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:

1.  ¿Qué tienen en común casi todas las estructuras?
2. ¿Por qué decimos que el cuerpo humano es un ejemplo de estructura?.
3. Enumera cinco estructuras diferentes y explica la utilidad de cada una de ellas.
4. 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.