Estructuras y Mecanismos
Profesor: Eduardo Zurdo
Estructuras
Una estructura es un cuerpo destinado a soportar los efectos de las fuerzas que actúan sobre él.
Para que una estructura se considere adecuada, debe ser:
Resistente: debe aguantar sin romper
Rígida: no debe deformarse demasiado
Estable: no debe volcar.
Fuerzas y esfuerzos
Fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o acelerarlo. Por lo tanto para que haya fuerza, tiene que haber interacción entre dos cuerpos.
Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo, este:
se deforma cuando cambia su forma o su volumen
acelera cuando cambia su velocidad (tanto si aumenta como si disminuye)
cambia la dirección de su movimiento (esto es, la trayectoria no es recta).
UNIDADES
La fuerza (F) es una magnitud y en el S.I. (Sistema Internacional) se mide en Newtons (N). También se puede medir en kilopondios (kp), también llamados kilos de fuerza.
La equivalencia es 1 kp = 9,8 N ≈ 10 N.
EJEMPLOS
Para sostener un cuerpo de 1 kg de masa tengo que hacer una fuerza de 1 kp ≈ 10 N.
Para sostener un cuerpo de 5 kg de masa tengo que hacer una fuerza de 5 kp ≈ 50 N.
Tipos de fuerzas
Las fuerzas pueden ser de dos tipos:
Fuerzas de contacto: debida a dos cuerpos que se tocan
Por ejemplo, la fuerza que hago cuando empujo una caja o el viento cuando empuja un aerogenerador.
Fuerzas a distancia: la fuerza se ejerce entre dos cuerpos que no se tocan directamente
Por ejemplo la fuerza de la gravedad, la fuerza eléctrica o fuerza magnética.
Esfuerzos
Cuando un cuerpo se ve sometido a fuerzas, dicho cuerpo sufre en su interior unas tensiones que llamamos esfuerzos. Los esfuerzos pueden ser:
Tracción
Tiende a estirar los elementos sobre los que se ejerce. Dichos elementos suelen ser tensores o tirantes, como los cables que soportan un puente.
Compresión
Tiende a aplastar los elementos sobre los que se ejerce. Dichos elementos suelen ser soportes, como los pilares de una casa o las patas de una silla.
Flexión
Tiende a doblar las estructuras. Ocurre en elementos apoyados en varios puntos y que soportan peso a lo largo de toda su longitud. Los elementos sobre los que se ejerce son vigas o barras, como un estante para libros o la plataforma de un puente.
Cortadura o cizalla
Actúa sobre elementos en los que se ejercen fuerzas opuestas en planos muy cercanos y tienden a desgarrar los materiales
Torsión
Actúa sobre elementos que giran y tiende a retorcer las estructuras.
La punta de un destornillador hace que el tornillo gire por esta fuerza.
Utilidad de las estructuras
Alcanzar alturas en el espacio: torres, postes de luz, grúas, antenas, etc.
Proporcionar apoyo y proteger otros elementos: armaduras, chasis de una máquina, etc.
Almacenar materiales: silos de grano, tinajas de vino, depósitos de gas, envases de cartón, etc.
Mantener y proporcionar forma: nuestro esqueleto mantiene la forma del cuerpo; los tubos de una tienda de campaña le dan su forma...
Crear espacios vacíos resistencias fuerzas externas: canales, presas, piscinas... soportando el peso del agua contenida.
Cubrir espacios: bóvedas, cúpulas, marquesinas, techumbres, etc.
Generar superficies utilizables: carreteras, aeropuertos, campos deportivos, carrocerías de automóviles, fuselajes de aviones, etc.
Salvar accidentes geográficos: puentes, túneles, etc.
Tipos de estructuras
MASIVAS
Muy pesadas, sólidas y macizas.
Usan gran cantidad de material y normalmente los esfuerzos son a compresión.
Ejemplos: grandes muros, pilares o arcos de los puentes y acueductos.
LAMINARES
También llamadas de carcasa.
Hechas por láminas o paneles resistentes delgados que envuelven al espacio u objeto.
Ejemplos: chasis de un coche o la carcasa de un móvil.
TRIANGULADAS
Formadas por barras que se unen formando triángulos u otras formas geométricas.
Ejemplos: torres de electricidad o puentes metálicos.
ENTRAMADAS
Formadas por elementos horizontales y verticales que trabajan juntos para sostener la estructura.
Ejemplos: pilares y vigas de hormigón de viviendas y edificios, o las patas y travesaños de una silla
COLGADAS
Utilizan cables que se fijan a muros o torres muy resistentes.
Ejemplos: puentes colgantes, lámparas, etc.
NEUMÁTICAS
Contienen aire a presión en su interior.
Ejemplos: balones, castillos hinchables, lanchas hinchables, globos, etc.
ABOVEDADAS
Formadas por arcos, bóvedas o cúpulas.
Ejemplos: catedrales y galerías abovedadas
