Estructuras

Tecnología 1º ESO 1

ESTRUCTURAS


ESTRUCTURAS

ESTRUCTURA:Es el conjunto de elementos de un

cuerpo destinados a soportar los efectos de las fuerzas que actúan sobre él. La estructura impide, así, que el cuerpo se rompa o se deforme en exceso.

Todo objeto tiene que tener una estructura que soporte las fuerzas.


ESTRUCTURAS

Existen dos tipos de estructuras:

Estructuras Naturales.Estructuras Artificiales.


ESTRUCTURAS

ESTRUCTURAS NATURALES.

La naturaleza ofrece muchas estructuras elaboradas sin la intervención del ser humano.


ESTRUCTURAS


ESTRUCTURAS

ESTRUCTURAS ARTIFICIALES.Estas estructuras, al contrario de las

naturales, son creadas con la intervención del ser humano.

Éstas tienen formas diferentes, atendiendo a su función y su tipo de fuerza que actúen sobre ellas.


ESTRUCTURAS

Algunos ejemplos de estructuras artificiales son:


ESTRUCTURAS


ESTRUCTURAS

A su vez, las estructuras pueden ser internas. Y normalmente se les llama esqueletos.


ESTRUCTURAS

O pueden ser externas. En este caso se llamarán, si son naturales, conchas, caracolas y caparazones, y si son artificiales carcasas.


ESTRUCTURAS

Las estructuras artificiales están formadas por elementos simples, que en conjunto, proporcionan al diseño la resistencia y rigidez que necesita para soportar todas las cargas a la que estásometida.

Los elementos simples de una estructura son aquellos tramos de la misma en la que se puede subdividir.


ESTRUCTURAS

Los elementos simples a su vez pueden estar formados por uno o por varios de los llamados perfiles.

Un perfil es toda forma comercial en las que se suelen suministrar los materiales para la construcción de las estructuras.


ESTRUCTURAS

• Tipos de perfiles:


FUERZAS

Fuerza.Todo aquello capaz de deformar un

cuerpo (efecto estático) y de alterar su estado de movimiento y reposo (efecto dinámico).

En la naturaleza hay muchos tipos de fuerzas y algunas son:


FUERZAS

FUERZA GRAVITATORIA: Está nos atrae a la Tierra y origina el peso.


FUERZASFUERZA ELECTROMAGNÉTICA:Corresponde a la fuerza de

interacción de todos los cuerpos eléctricamente cargados (repulsión o atracción).

Cuando un conductor eléctrico por el que pasa una corriente eléctrica está sometido a un campo magnético, se observa sobre el una fuerza que es perpendicular a la corriente que circula y al propio campo magnético.


FUERZAS

FUERZA NUCLEAR FUERTE:

Mantiene unidos los componentes de los núcleos atómicos. Es más intensa que la fuerza electromagnética. Los neutrones no poseen carga eléctrica pero están sometidos a la fuerza nuclear fuerte.


CARGAS Y ESFUERZOS

CARGA:Son las fuerzas que actúan sobre una

estructura.Existen dos tipos de cargas:CARGAS FIJAS O PERMANENTES:No varían con el paso del tiempo;

siempre afectan a la estructura de la misma manera. Ejemplo el peso.


CARGAS Y ESFUERZOS

CARGAS VARIABLES:Son aquellas cargas

que aparecen o cambian de valor a lo largo del tiempo. Como ejemplo la lluvia, el viento, la nieve, etc…


CARGAS Y ESFUERZOS

La manera en que las cargas afectan a la estructura depende de varios factores. Los más importantes son la dirección, la intensidad y el punto de aplicación de las fuerzas, así como la forma de la estructura.


CARGAS Y ESFUERZOS

ESFUERZO:Se define como la tensión interna

(efecto de las cargas sobre los cuerpos) que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas.

Ésta tensión varía con la intensidad de la fuerza y su dirección y con la forma del objeto que la soporta.


CARGAS Y ESFUERZOS

Todos los esfuerzos provocan ligeras deformaciones en los cuerpos, aunque muchas veces son imperceptibles.

Los tipos de esfuerzos más comunes son:


CARGAS Y ESFUERZOS

ESFUERZO DE TRACCIÓN:Este esfuerzo consiste en aplicar dos

fuerzas iguales, en la misma dirección y de sentido saliente, de tal forma que el cuerpo tiende a alargarse.


CARGAS Y ESFUERZOS


CARGAS Y ESFUERZOS

ESFUERZO DE COMPRESIÓN:Este esfuerzo consiste en aplicar dos

fuerzas iguales, en la misma dirección y de sentido entrante, de tal forma que el cuerpo tiende a deformarse comprimiéndose.


CARGAS Y ESFUERZOS


CARGAS Y ESFUERZOS

ESFUERZO DE FLEXIÓN:Este esfuerzo se compone de tres fuerzas. Dos

están separadas, una de la otra cierta distancia, con la misma dirección y sentido, y de una tercera situada entre las dos anteriores, de la misma dirección y de sentido contrario a las fuerzas anteriormente descriptas


CARGAS Y ESFUERZOS


CARGAS Y ESFUERZOS

ESFUERZO DE TORSIÓN:En este esfuerzo las fuerzas tratan de

retorcer el elemento sobre el que actúan. Son dos fuerzas iguales pero de sentidos opuestos.


CARGAS Y ESFUERZOS


CARGAS Y ESFUERZOS

ESFUERZO DE CIZALLADURA O CORTANTE:En este tipo de esfuerzo actúan dos fuerzas iguales

y de sentido contrario, muy próximas entre si, con el objetivo de romper el cuerpo en dos partes. Se produce al apoyar un objeto en el canto de una mesa y golpearlo cerca del mismo. Cuando actúa los filos de una tijera.


CARGAS Y ESFUERZOS


CARGAS Y ESFUERZOS

Esfuerzo de pandeo:Es un tipo de esfuerzo propio de aquellos objetos que son muy

delgados y muy largos. Es una mezcla entre el esfuerzo de compresión y el esfuerzo de flexión. Consiste en que el objeto que es muy delgado y muy largo se comprime, se comba como si estuviera sometido a un esfuerzo de flexión.


CARGAS Y ESFUERZOS


CONDICIONES DE LAS ESTRUCTURAS

Para que una estructura funcione bien necesita cumplir tres funciones:

ESTABILIDADRESISTENCIARIGIDEZ



ESTABILIDAD:Es la capacidad de una estructura de

que se mantenga erguida y no vuelque. Para ello, su centro de gravedad tiene que estar centrado sobre su base. Cuanto más centrado y más cercano al suelo esté el centro de gravedad más estable será la estructura.



El centro de gravedad de un cuerpo es el punto donde se aplica el peso de dicho cuerpo.

Todos los cuerpos, naturales o artificiales tienen su centro de gravedad.



Para que una estructura sea estable lo ideal sería que su centro de gravedad este centrado respecto a su base y lo más bajo posible.

Pero no siempre es posible. En estos casos se emplea otros métodos para obtenerla o aumentarla. Son los siguientes:



Empotramiento:Consiste en clavar

o anclar parte de la estructura en el suelo.



Aumento de la Base:La base debe ser

proporcionalmente más grande que la altura de la estructura.



Base Lastrada:Cuando el centro de

gravedad está fuera de la base o está muy lejos de la ella, se coloca contrapesos en aquellas partes de la estructura que favorecen la estabilidad.



Empleo de cables:

En estructuras esbeltas, es decir, son muy altas y con muy poca base, se emplea cables para sujetar la estructura al suelo.



RESISTENCIA:Es la capacidad de la estructura de soportar

la cargas a la que está sometida sin romperse.

La resistencia depende de las piezas de que este fabricada, de la forma de cada una de ellas, del material empleado y de la cantidad del mismo. De la posición que ocupa en el conjunto y de los esfuerzos que tiene que soportar.



RIGIDEZ:Es la capacidad de un cuerpo o estructura

de deformarse levemente siempre y cuando no impida realizar la función para la que esta diseñado.

La rigidez se consigue cuando la estructura tiene una forma apropiada, los elementos simples de la estructura están firmemente unidos y estos están formando triangulaciones.



Una triangulación es la unión de elementos simples de una estructura, como barras o placas formando triángulos.

La figura geométrica más sencilla es el triangulo, puesto que es el de menor número de lados tiene, por tanto es más estable y es indeformable.

Cuanto más lados tenga una figura geométrica más complicada es de construir y más fácil de deformar.


TIPOS DE ESTRUCTURAS

Los tipos de estructuras son:

- ESTRUCTURAS MASIVAS Y ADINTELADAS.- ESTRUCTURAS ABOVEDADAS.- ESTRUCTURAS ENTRAMADAS.- ESTRUCTURAS TRIANGULADAS.- ESTRUCTURAS COLGANTES.- ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS.- ESTRUCTURAS LAMINARES.- ESTRUCTURAS GEODÉSICAS.


ESTRUCTURAS MASIVAS Y ADINTELADAS

Las primeras estructuras se obtuvieron excavando en la roca o acumulando materiales sin dejar apenas hueco. A veces para las ventanas y puertas se utilizaban dinteles y se dejaban pasos libres.


ESTRUCTURAS ABOVEDADAS

Con el paso del tiempo se descubrió el arco y la bóveda. Debido a su forma, los arcos y las bóvedas resisten esfuerzos de compresión y son autoportantes (se sujetan sin necesidad de argamasa o cemento entre sus partes).

Con estas estructuras se construyeron edificios grandiosos como las basílicas, los panteones y catedrales.

Tanto las bóvedas como las cúpulas son elementos arquitectónicos que se siguen empleando en la actualidad.


ESTRUCTURAS ABOVEDADAS

Tipos de arcos:

apuntado


ESTRUCTURAS ENTRAMADAS

Son las que se utilizan en nuestros edificios. Están formados por barras de hormigón o acero unidas de manera rígida formando un emparrillado.

Cada parte de la estructura tiene un cometido diferente. Son los siguientes:



Pilar:Un pilar es un elemento vertical (o

ligeramente inclinado) sustentante exento de una estructura, destinado a recibir cargas verticales para transmitirlas a la cimentación y que, a diferencia de la columna, tiene sección poligonal. Lo más frecuente es que sea cuadrado o rectangular, pero puede ser también octogonal, aunque por priorizar su capacidad portante, se proyecta con libertad de formas. Trabaja a compresión.



Columna:Una columna es una pieza arquitectónica

vertical y de forma alargada que sirve, en general, para sostener el peso de la estructura, aunque también puede tener fines decorativos. De ordinario, su sección es circular; cuando es cuadrangular suele denominarse pilar, o pilastra si está adosada a un muro. Trabaja a compresión.



Viga:Una viga es una pieza arquitectónica

horizontal, con forma de prisma rectangular, que soportan esfuerzos de flexión. En ella se apoya otros elementos que componen el forjado.



Vigueta:La vigueta es una viga de menor

tamaño, por tanto es una pieza horizontal que trabaja a flexión. Suele tener sección o perfil de doble T. Junto a la bovedilla forma parte del forjado.



Bovedilla:Es una pieza de

cerámica hueca que junto a la vigueta se emplea en fabricación de los forjados.



La cimentación es un elemento intermedio de la estructura que tiene como misión trasladar el peso total y las cargas verticales a la superficie de contacto. Funciona a modo de zapatos del edificio.

Existen tres tipos de elementos de una cimentación, son:



Zapata:Es un cubo o prisma rectangular de

hormigón que aumenta la superficie de apoyo del pilar. Trabaja a compresión y transmite todas las cargas de la estructura o del edificio al suelo.

Losa:Es la unión de un conjunto de zapatas

formando una placa de hormigón, apoyada sobre el terreno, que sirve de cimentación que reparte el peso y las cargas del edificio sobre toda la superficie de apoyo.



Pilote:Se denomina pilote a un elemento

constructivo utilizado para cimentación de obras, que permite trasladar las cargas hasta un estrato resistente del suelo, cuando este se encuentra a una profundidad grande.


ESTRUCTURAS TRIANGULADAS

Se trata de estructuras de barras, normalmente metálicas o de madera. Se suelen utilizar en cubiertas de luces y también en estructuras verticales. Son muy ligeras y presentan gran versatilidad y resistencia.

Las barras soportan esfuerzos de tracción, como de compresión. Tiene diferentes tipos de perfil. Normalmente el perfil es en forma de T, H o U.


ESTRUCTURAS TRIANGULADAS


ESTRUCTURAS COLGANTES

Este tipo de estructuras basan su funcionamiento en el empleo de cables y en algunos casos barras cilíndricas. Estos cables se llaman tirantes. Los cables a diferencia de las barras solo resisten esfuerzos de tracción, pero tienen la ventaja de adaptar su forma a la carga. Suelen ser de acero.



Las barras pueden ser de forma cilíndrica de sección maciza, no hueca.

Pueden trabajar tanto a tracción como a compresión. Normalmente son de acero, pero pueden ser de otro material como la madera.



Cuántos estos solo resisten a esfuerzos de tracción se llaman tensores. Si además tiene tienen que soportar esfuerzos de compresión se les llama tirantes.



• Ejemplo de estructura colgante.



Elementos de un puente colgante: -Tablero: Es por donde circula los

peatones y los vehículos.- Pilares- Zapatas.- Tensores y tirantes.


ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS

Son estructuras que emplean como elementos resistentes sacos de material elástico y hermético, lleno de gas, normalmente aire a presión. Son ligeras y desmontables. Como ejemplo tenemos los neumáticos de los automóviles y camiones, las carpas climatizadas, las atracciones infantiles, etc...


ESTRUCTURAS LAMINARES

Son estructuras formadas por unas láminas finas de metal, plástico o materiales compuestos. Ofrecen una gran resistencia debido a su curvatura. Se emplean como carcasas de todo tipo de objetos y en cubiertas onduladas, como por ejemplo las carrocerías de los automóviles y los fuselajes de los aviones.


ESTRUCTURAS GEODÉSICAS

Se trata de estructuras trianguladas tridimensionales que combinan las propiedades de las bóvedas con las de las estructuras de barras. De este modo, pueden cubrir grandes luces y crear grandes curvas.


ESTRUCTURAS GEODÉSICAS


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