Tema 5

Estructuras

todos los cuerpos tienen una estructura, armazón o esqueleto que soporta o protege el resto de sus elementos. Su misión es soportar las cargas y demás fueras que actúan sobre el cuerpo y tieden a deformarlo.

                                

Para conseguirlo,  para que la estructura resista y no se rompa, no vuelque  o se desmorone, sus elementos deben de tener la forma y la disposición adecuadas. Tanto una como otra, así como los materiales con los que se construyen estos elementos, dependerán de la utilidad que se le quiera dar a la estructura: almacenar materiales, salvar accidentes geográficos, levantar cargas, etc.

 

 

 

 

 

 

 

1-Qué son las estructuras.

1.1 Definición de estructura.

La mayoría de los cuerpos están formados por piezas. Algunas  piezas sirven de apoyo o de proctección a las demás. Si no existiera esa proctección, el cuerpo de deformaría, se rompería o se vendría abajo.

Llamamos estructura al conjunto de las partes de un cuerpo de lo sustentan, lo protegen y le dan consistencia.

1.2 Tipos de estructuras.

Hay muchos tipos de estructuras y distintos criterios para clasificarlas. Por ejemplo, podemos agruparlas por su forma, por la función que desempeñan, por los elementos que se emplean para construirlas, etc.

Según su forma, pueden distinguirse los siguientes tipos de estructuras:

· Masivas: Estructuras pesadas y macizas.Se construyen acumulando o apilando materiales.Se construyen acumulando o apilando materiales.

· Abovedadas: Emplean arco y bóveda lo que permite cubrir espacios mayores y aumentar los huecos de la estructura, con la correspondiente reducción del peso.

· Laminadas: Formadas por láminas o paneles delgados y resistentes que forman una especie de caja o carcasa que protege y mentiene en su posición al resto de las piezas.

· De armazón: Formada por piezas alargadas, como tubos, vigas, travesaños, etc.

1.3 Estructuras de armazón.

Las estructuras de armazón, según cómo estén colocados sus elementos, pueden ser:

· Entramadas:Sus elementos forman una malla de piezas verticales y horizontales.

· Triangulares: Construidas con barras que forman triángulos.

· Cogadas: Soportan parte del peso de la construcción mediante cables, que se fijan a muros o torres muy resistentes.

2-Cargas y esfuerzos.

2.1 Fuerzas que actúan sobre las estructuras.

Las fuerzas que soportan una estructura se denominan cargas. Estas cargas pueden ser fijas o variables.

· Las cargas fijas no varían con el paso del tiempo y siempre afectan a la estructura de la misma manera.

· Las cargas variables cambian con el tiempo, unas veces actúan y otras no, y no siempre tienen la misma magnitud.

2.2 Esfuerzos.

Debido a las cargas que soportan, las estructuras están sometidas a esfuerzos.

Según cuál sea su forma, su posición dentro de la estructura y el tipo de cargas que actúan sobre ellos, los elementos o piezas de las estructuras pueden soportar uno o varios de los siguientes esfuerzos:

· Tracción: Las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a estirarla.

· Compresión: Las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a aplastarla.

· Frexión o pandeo: Las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a doblarla.

· Torsión: Las fuerzas que actúansobre la pieza tienden a retorcerla.

· Corte o cizalladura: Las fuerzas que soporta la pieza tienden a cortarla.

Análisis de esfuerzos.

Puente de arco: Tanto el arcocomo los pilares están sometidos a esfuerzos de compresión que se transmite hasta el suelo.

Punte de viga: La fuerza que se transmite a través de los pilares es vertical y hacia abajo, de manera que los pilares se ven sometidos a esfuerzos de compresión.

Puente colgante: Los cables y tirantes están sometidos a esfuerzos de tracción. Las torres o pilares que soportan los cables están sometidos a esfuerzos de compresión.

Silla: El tablero está sometido a flexión, como si fuera el suelo de una vivienda. Las patas a compresión; es decir, tieneden a encogerse.

 

 

 

 

3-Elementos resistentes.

3.1 Los elementos resistentes.

Son los elementos básicos con los que construye una estructura. Los más utilizados son:

· Pilares: Apoyos verticales sobre los que descansan las vigas y el resto de la estructura. Soportan esfuerzos de compresión.

· Vigas: Piezas horizontales con forma de prisa rectangular. Están sometidas a esfuerzos de flexión y de cizallaen los puntos de apoyo sobre los pilares.

· Tirantes: Cables inextensibles que se emplea para sujetar o colgar vigas o para estabilizar los elemntos verticales de la estructura. Tienen que soportar esfuerzos de tracción.

· Escuadras: Triángulos rectángulos que se emplea para reforzar la estructura.

· Diagonales: Barras que unen dos vértices opuestos de un polígono.

· Arcos: Elementos con forma curvilínia que se apoyan sobre dos pilares. Están sometidos a esfuerzos de compresión.

3.2 Otros elementos resistentes.

· Dinteles: Elementos horizontales que salvan un espacio libre entre dos apoyos. Se emplea para abrir huecos en los muros para crear ventanas y puertas.

· Contrafuertes: Pilares que se colocan adosados a los muros reforzados y aguantar su empuje.

· Bóvedas: Estructuras curvas que se apoyan en muros, pilares o columnas. Se engendran mediante la repetición de arcos.

· Cúpulas: Bóvedas semiesféricas que se utulizan como cubiertas y ejercen el mismo empuje en todas las direcciones.

· Membranas:  Cumplen la misma función que los pilares.

· Placas o losas: Distribuyen las cargas por toda su superficie, mediante flexión.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4-Construcción de estructuras estables.

4.1 Problemas que resuelven las estructuras.

Entre otros usos, las estructuras se construyen para:

· Proteger y proporcionar apoyo a los elementos de un conjunto. Esqueletos, armaduras, chasis y caparazones.

· Salvar accidentes geográficos.

Puentes y túneles.

· Generar siperficies.

Pistas de aterrizaje, carreteras y campos deportivos.

· Cerrar y cubrir espacio.  

Techumbres, marsinas, bóvedas y cúpula.

· Almacenar materiales.

Presas, piscinas, botellas,envases de cartón.

· Alcanzar alturas en el espacio.

Torres, antenas, postes y grúas.

4.2 Condiciones que debe reunir una estructura.

Para cumplir su función, una estructura debe cumplir dos requisitos:

· Ser estable: Se debe mantener el equilibrio, sin volcarse ni caerse.

· Ser resistente: Tienen que mantener la forma, sin romperse y sin deformarse permanentemente.

4.3 El centro de gravedad y la estabilidad.

El centro de gravedad de un cuerpo es un punto imaginario enel que podemos considerar que se concentra todo el peso del cuerpo.

 

 

 

 

 

 

5-Construcción de estructuras resistentes.

5.1   Cálculo de estructuras.

Los elementos con los que se construye una estructura deberían ser macizos, para que aguanten bastante peso.

Cuantos más elementos macizos contenga, tanto más aumentará su peso.

El calculo de estructuras consiste en conseguir la mayor resistencia de una estructura utilizando para ello la menor cantidad posible de material.

5.2 De qué depende la resistencia de una estructura.

La resistencia de una estructura depende del material con el que se ha construido, de la cantidad de material que se ha utilizado y de la forma que se le ha dado a la estructura.

5.3 Estructuras de barras.

Muchas estructura se construyen uniendo barras para formar un armazón o entramado que servirá de soporte al resto de la estructura.

5.4 Triangulación.

Para evitar que un polígono se deforme, se añaden barras que lo dividan en triángulos.

Una estructura triangulada está formada por barras unidas formando triángulos. Estas estructuras pueden resistir grandes esfuerzos y resultar, al mismo tiempo,bastante ligeras.

5.5 Perfiles.

Un perfil es una barra que tiene una forma determinada. Tienen distintas secciones.

Cada sección es adecuada para soportar un cierto tipo de esfuerzo.

Al darle a las barras estas formas, se consiguen estructuras que soportan grandes esfuerzos empleando mucho menos material del que sería necesario si se construyeran con barras sólidas.