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introducción
introducción
Las estructuras están presentes en todo lo que nos rodea. Dan soporte a cualquier producto tecnológico aunque son más evidentes en las grandes construcciones civiles (puentes, edificios, ...). En este tema vamos a aprender:
Qué son las estructuras.
Cuáles son las fuerzas que soportan las estructuras y cómo lo consiguen.
Cómo se construyen.
Algunos tipos de estructuras muy utilizadas en nuestro entorno.
definición de estructura
definición de estructura
Una ESTRUCTURA es un conjunto de elementos de un objeto que le permiten mantener su forma y tamaño sin deformarse cuando actúan fuerzas sobre él.
estructuras naturales
estructuras naturales
Son aquellas que se han formado sin intervención del ser humano. Están presentes en los seres vivos y en sus construcciones o son el resultado de procesos geológicos. Así la concha de un molusco, el nido de un pájaro o una cueva son construcciones naturales.
estructuras artificiales
estructuras artificiales
Son las elaboradas por los seres humanos. Las patas de una mesa, la carcasa de una cámara de fotos o los arcos de un puente son ejemplos de estructuras artificiales.
la función de una estructura es...
la función de una estructura es...
Soportar pesos (las vigas del suelo de la segunda planta soporta el mobiliario del aula y a las personas que hay en el)
Resistir fuerzas externas (la pared de una presa soporta la fuerza del agua contenida en el embalse así como el tejado la nieve caída)
Mantener la forma (las vigas y pilares hacen que las estructuras no se deformen, nunca nos subiríamos a un puente si sobre el mismo notamos que el suelo se flexiona)
Proteger objetos (la carcasa de un monitor o de un ordenador protege los elementos que encontramos dentro, así como los edificios nos protegen a nosotros)
Actividad 1
Actividad 1
Escribe el nombre de tres estructuras naturales que yo no te haya nombrado y cinco artificiales.
Actividad 2
Actividad 2
Identifica la estructura de los siguientes objetos: un bolígrafo, una botella de plástico, una persona, un teléfono móvil y un coche.
cargas y esfuerzos
cargas y esfuerzos
Las estructuras se ven sometidas a fuerzas externas, tales como pesos de objetos situados sobre ellas, su propio peso, la fuerza del viento, del oleaje...etc. Así, la estructura de un edificio habrá de soportar el peso de todos los elementos del edificio (vigas, pilares, ladrillos...), el peso de las personas, los muebles, la fuerza del viento....
Una fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo (efecto estático) o alterar se estado de movimiento o reposo (efecto dinámico)
cargas
cargas
Las fuerzas que actúan sobre una determinada estructura se denominan cargas y pueden ser de dos tipos:
Fijas o permanentes: No varían con el tiempo como el peso del cuerpo.
Variables o sobrecargas: Unas veces actúan sobre el cuerpo y otras no, como las mochilas o el peso de las personas y vehículos que atraviesan un puente
esfuerzos
esfuerzos
Imagina que una persona se tumba en una hamaca y en un banco. ¿Se deforman estas estructuras de la misma manera? ¿Será distinta la carga en el banco si esa persona se sienta que si se tumba? ¿Le afectará de igual manera al banco?
Las cargas que soportan las estructuras generan fuerzas internas en la propia estructura (tensiones), que tienden a deformarlas y/o romperlas. A estas fuerzas internas producidas por las cargas se las llaman esfuerzos.
Actividad 3
Actividad 3
Imagina que estás en lo más alto de la torre Eiffel. Identifica qué cargas son variables y cuáles son fijas.
Las personas que suben a la Torre Eiffel
Los restaurantes de la Torre Eiffel
La nieve que cae sobre la Torre Eiffel en invierno
Los ascensores de la Torre Eiffel
La lluvia que cae sobre la Torre Eiffel
El viento que sopla en lo alto de la Torre Eiffel
Las barras de acero que forman parte de la Torre Eiffel
Actividad 4
Actividad 4
Completa las siguientes frases con la palabra adecuada para que las frases tengan sentido y sean correctas:
a) Un ________________________________ es la tensión interna que experimenta un cuerpo cuando se somete a una o varias fuerzas.
b) Una__________________________ es el conjunto de elementos de un cuerpo destinados a soportar las fuerzas que actúan sobre ella.
c) Las estructuras _______________________ son aquellas creadas por la naturaleza.
d) Las estructuras diseñadas y realizadas por el hombre se llaman __________________________..
e) Una ___________________________ es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de modificar su estado de movimiento o reposo.
f) Las fuerzas externas que actúan sobre una estructura se denominan __________________________
Actividad 5
Actividad 5
Responde a las siguientes preguntas
¿Cómo se llama a todo aquello capaz de deformar un cuerpo o alterar su estado de movimiento?
¿Cuáles son las principales funciones de una estructura?
¿Qué es un esfuerzo?
¿Cuál es la diferencia entre fuerza y esfuerzo?
tipos de esfuerzos
tipos de esfuerzos
Las cargas producen distintos tipos de esfuerzos en los objetos sobre los que actúan. Estos esfuerzos se clasifican según la deformación que producen: tracción, compresión, torsión, flexión y cortante.
Tracción
Tracción
La fuerza tiende a alargar el objeto. Es el esfuerzo que aparece cuando las cargas actúan en la misma dirección y sentidos opuestos hacia el exterior del objeto.
Ejemplos: cable del que cuelga un peso, tirantes y tensores de un puente, cadenas de un columpio, cable de una tirolina...
compresión
compresión
La fuerza tiende a acortar el objeto. Este esfuerzo aparece cuando las cargas actúan en la misma dirección y sentidos opuestos hacia el interior de un cuerpo.
Ejemplos: tus piernas al estar de pié, patas de una mesa o silla, dovelas de un arco, contrafuertes, arbotantes...
flexión
flexión
La fuerza tiende a curvar o doblar el objeto. Es el esfuerzo al que se ve sometido un elemento de una estructura cuando sobre él actúan dos fuerzas separadas cierta distancia la una de la otra, y a una tercera fuerza entre ellas de sentido contrario. Es por lo tanto una combinación del esfuerzo de compresión y tracción, ya que, al doblarse, una parte de la estructura estará sometida a compresión y otra a tracción.
torsión
torsión
La fuerza tiende a retorcer el objeto, de manera que las secciones contiguas del objeto se deslizan unas sobre otras.
Ejemplos: ejes de un motor, de una rueda, llave al girar la cerradura, punta del destornillador al girarlo, manivela...
cizalladura o cortante
cizalladura o cortante
La fuerza tiende a cortar el objeto. Se produce cuando, en un punto cercano, se aplican fuerzas opuestas en sentido y perpendiculares al elemento. De esa manera una parte de la estructura tiende a deslizarse sobre la otra, haciendo que las partículas del material tiendan a desplazarse las unas sobre las otras.
Ejemplos: las tijeras al cortar, puntos de unión de vigas con pilares, mina del lápiz al escribir, dientes de una sierra al cortar madera, clavo o alcayata del que cuelga un peso...
Actividad 6
Actividad 6
Relaciona mediante flechas los tipos de esfuerzo con el verbo adecuado:
Tracción Retorcer
Compresión Cortar
Flexión Estirar
Torsión Aplastar
Cizalla Doblar
Actividad 7
Actividad 7
Realiza el siguiente crucigrama
HORIZONTALES
2. Esfuerzo al que se somete una estructura cuando las cargas que actúan sobre ella tienden a disminuir su longitud.
3. Conjunto de elementos de un cuerpo destinados a soportar las fuerzas que actúan sobre dicho cuerpo.
6. Esfuerzo al que se somete una estructura cuando sobre ella actúan 2 cargas, separadas la una de la otra cierta distancia, y a una tercera fuerza entre ellas de sentido contrario
8. Esfuerzo al que se somete una estructura cuando las cargas que actúan sobre ella tienden a aumentar su longitud.
9. Tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas.
10. Esfuerzo que aparece sobre elementos alargados sometidos a compresión en el que aparecen desplazamientos transversales a la dirección de la compresión.
11. Esfuerzo al que se somete una estructura cuando las cargas que actúan sobre ella tienden a doblarlo.
12. Fuerza externa que actúan sobre una estructura
VERTICALES
1. Esfuerzo al que se somete una estructura cuando las cargas actúan en la misma dirección y sentidos opuestos, hacia el exterior de la estructura.
4. Esfuerzo al que se somete una estructura cuando las cargas actúan en la misma dirección y sentidos opuestos, hacia el interior de la estructura.
5. Esfuerzo al que se somete una estructura cuando sobre ella actúan cargas que provocan que secciones contiguas de la estructura roten unas con respecto a las otras.
6. Todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de modificar su estado de movimiento o reposo.
7. Esfuerzo al que se somete una estructura cuando sobre ella actúan cargas paralelas, en sentido contrario y muy próximas entre sí.
8. Esfuerzo al que se somete una estructura cuando las cargas que actúan sobre ella tienden a retorcerlo.
Actividad 8
Actividad 8
Indica a qué tipo de esfuerzo se está sometiendo una estructura cuando sobre ella actúan:
a) ____________________________ a) Dos fuerzas separadas la una de la otra cierta distancia y una tercera fuerza de sentido contrario entre las primeras.
b) ____________________________ b) Cargas en la misma dirección y sentidos opuestos, hacia el exterior del objeto.
c) ____________________________ c) Cargas en la misma dirección y sentidos opuestos, hacia el interior de la estructura
d) ____________________________ d) Cargas paralelas, en sentido contrario y muy próximas entre sí.
e) ____________________________ e) Cargas que provocan que secciones contiguas de la estructura roten unas con respecto a las otras.
Actividad 9
Actividad 9
Determina qué tipo de esfuerzos sufre la barra más oscura en cada una de las siguientes situaciones.
Actividad 10
Actividad 10
En cada figura, indica el tipo de esfuerzo que experimenta el elemento estructural indicado:
Actividad 10 - bis
Actividad 10 - bis
En cada figura, indica el tipo de esfuerzo que experimenta el elemento estructural indicado:
propiedades básicas de las estructuras
propiedades básicas de las estructuras
Para que una estructura realice correctamente sus funciones ha de ser: Resistente, rígida y estable
resistencia
resistencia
La resistencia mecánica de una estructura es la capacidad de una estructura de soportar las cargas a las que se ve sometida sin romperse. Dicha resistencia de la estructura depende de:
Tipo de material: acero, hormigón, madera, papel...
Cantidad de material.
Forma de la estructura
¿Sabes que la Torre Eiffel “crece” en verano por dilatación térmica hasta 18 cm y puede oscilar lateralmente hasta 7 cm?.
¿Te has fijado alguna vez en la forma en que se disponen las barras de una grúa, una torre de alta tensión....? Una estructura con forma de polígono distinta al triángulo (por ejemplo un cuadrado, figura A) se deformará al aplicarle una fuerza (figura B) sobre sus vértices. ¿pasará lo mismo en la figura C?
rigidez
rigidez
La rigidez es la capacidad de una estructura de soportar las cargas a las que se ve sometida sin deformarse, o deformándose dentro de unos límites. Está íntimamente relacionada con la forma de la estructura. Así, por ejemplo, cuanto más canto tenga una viga mayor será su rigidez.
El triángulo es el único polígono que no se deforma cuando se le aplica una fuerza en sus vértices.
Por tanto, se puede obtener estructuras rígidas haciendo que los elementos estructurales formen triángulos indeformables (figura C), constituyendo estructuras planas o reticulares. Esta técnica, denominada triangulación, está asociada a aquellas estructuras de barras o perfiles tales como cerchas o armaduras.
Practica la triangulación con el móvil. Apps para Android
Practica la triangulación con el móvil. Apps para Android
Estabilidad
Estabilidad
La estabilidad es la capacidad de una estructura de, al verse sometida a cargas, mantenerse en su posición original sin desmoronarse o caerse; es decir, de no variar su posición.
Hay varios modos de asegurar la estabilidad de una estructura, dos de los cuales parecen obvios: anclar la estructura a un elemento fijo (por ejemplo el suelo o una pared) o colocarle tirantes
Además, la estabilidad está relacionada claramente con el centro de gravedad (o punto virtual en el que podemos representar todo el peso del objeto)
Centro de gravedad
Centro de gravedad
El centro de gravedad de un objeto es el punto teórico en el que consideramos que está concentrada toda su masa para poder estudiarlo, de forma simplificada, como un objeto sin dimensiones (un punto). Es el punto en el que se aplicaría la fuerza de gravedad, como resultante de las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas partículas que componen el cuerpo.
Por ejemplo, seguro que alguna vez has intentado mantener una escoba en equilibrio sobre los dedos o la palma de la mano. Para conseguirlo, debes ir realizando ligeros movimientos de modo que el centro de gravedad, siempre esté en la perpendicular al suelo, de modo que la escoba no caiga. Igual ocurre con una carpeta, una hoja, la regla graduada, un lápiz... etc.
En general se cumplen las siguientes normas:
Cuanto mayor sea la base sobre la que se apoya, mayor será la estabilidad de la estructura.
Cuanto más abajo se sitúe el centro de gravedad más estable será la estructura. De ese modo se concentra casi toda la masa de la estructura cerca de la base.
El centro de gravedad debe situarse dentro de la base. Sino es así, la estructura será inestable, y por lo tanto, automáticamente volcará.
Resumiendo, podremos aumentar la estabilidad de los objetos de diferentes formas:
Anclándola a un elemento fijo
Colocándole tirantes
Bajando su centro de gravedad.
Ampliando su base.
Actividad 11
Actividad 11
¿Cuál de las dos canastas es más estable? ¿Por qué?
Actividad 12
Actividad 12
¿Por qué una copa es menos estable que un vaso normal con el mismo tamaño de base?
Actividad 13
Actividad 13
¿Qué es más estable, el vaso lleno de agua o vacío? Razona la respuesta.
Actividad 14
Actividad 14
¿En qué posición el objeto mostrado es más estable?. Razona la respuesta.
Actividad 15
Actividad 15
Indicar si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. Corrige las frases que sean falsas; REESCRIBIÉNDOLAS COMPLETAMENTE PARA HACERLAS VERDADERAS.
a) Una estructura es rígida cuando al empujarla no vuelca.
b) Una estructura es estable cuando al aplicar una fuerza no se deforma.
c) Un polígono cerrado de tres lados constituye una estructura resistente.
d) Una estructura es rígida si es capaz de mantenerse en pie, sin volcarse ni caerse.
Actividad 16
Actividad 16
Intenta rigidizar las siguientes estructuras (dibuja lo que creas necesario)
tipos de estructuras
tipos de estructuras
estructuras masivas
estructuras masivas
Son estructuras que se caracterizan por utilizar una gran cantidad de material de construcción, y por tanto de masa, de aquí su nombre. El enorme peso total resultante hace que tengan una gran solidez. Los materiales más usados son: bloques de piedra o arcilla y tierra compactada. Son las estructuras más sencillas, características de las primeras civilizaciones. Las pirámides de Egipto, los templos de la Antigua Grecia, la Gran Muralla China o los Zigurats de Mesopotamia son buenos ejemplos de estructuras masivas. Actualmente se utilizan muy poco ya que, al precisar de gran cantidad de material, normalmente hormigón, resultan caras de construir. Ejemplos actuales son las presas de gravedad, los diques de puertos marítimos o las plataformas de lanzamiento de cohetes.
Estructuras masivas. Elementos arquitectónicos
Estructuras masivas. Elementos arquitectónicos
Los elementos arquitectónicos más característicos de los antiguos edificios que tienen una estructura masiva son:
1. Gruesos muros de piedra que soportan un gran peso encima (muros de carga).
2. Columnas de piedra de gran diámetro. Las columnas son pilares (barras verticales) de sección circular.
3. Dinteles (ver foto).
Los edificios masivos, como los templos egipcios o griegos, tenían una limitación importante: no se podía crear una gran sala interior vacía, debía estar llena de columnas. Para construir las cubiertas (los tejados) utilizaban bloques de piedra horizontales llamados dinteles (el equivalente de las vigas actuales). Pero no es posible construir dinteles muy largos, ya que la piedra se resquebraja, de forma que el espacio entre muros o entre columnas no puede ser muy grande. La única manera de crear un espacio interior de grandes dimensiones era poniendo un gran número de columnas muy cercanas entre sí (lo que recibe el nombre de sala hipóstila). Finalmente, para cubrir el edificio, encima de los dinteles se colocaban losas de piedra o vigas de madera recubiertas de tejas cerámicas
Estructuras abovedadas. El arco
Estructuras abovedadas. El arco
Los ingenieros de la antigüedad eran buenos observadores de la naturaleza. Sabían que los arcos naturales, como el de la izquierda, eran capaces de soportar un peso enorme transmitiendo la carga a dos puntos de la base que podían estar muy separados. Utilizando su ingenio, consiguieron recrear los arcos naturales uniendo pequeños bloques de arcilla o de piedra en forma de cuña, como el de la foto de la derecha. El arco fue un gran invento: permitía construir espacios interiores, o aberturas en los muros (puertas, ventanas...), sin utilizar dinteles, que eran muy difíciles y caros de obtener y manipular por su gran volumen y peso. Además, conforme la técnica fue mejorando, se consiguieron arcos de gran tamaño, que permitían construir espacios interiores de grandes dimensiones sin columnas intermedias.
Aunque el arco se empezó a utilizar en las primeras civilizaciones de Mesopotamia y del valle del Indo, fueron los antiguos romanos quienes perfeccionaron su técnica constructiva y lo utilizaron en grandes construcciones por primera vez. A partir de la civilización romana, el arco se convierte en un elemento arquitectónico de gran importancia.
Para levantar un arco es necesario construir un armazón de madera que nos permita ir colocando las piezas (piedras o ladrillos) mientras que el arco no se sostiene por sí mismo. La Última pieza que se coloca es la del centro, que recibe el nombre de clave. Una vez colocada la clave, el arco se sostiene por sí mismo y podría retirarse el armazón de madera. El espacio entre los dos extremos del arco se denomina luz.
Estructuras abovedadas. bóveda y cúpula
Estructuras abovedadas. bóveda y cúpula
A partir del arco se obtienen otros dos elementos arquitectónicos típicos de las estructuras abovedadas: la bóveda y la cúpula. Una bóveda es el resultado de proyectar un arco a lo largo de una línea. Una cúpula es el resultado de hacer girar un arco alrededor de un eje central. Las estructuras formadas por arcos, bóvedas y cúpulas permiten crear espacios interiores de grandes dimensiones sin columnas intermedias.
En la actualidad, tanto el arco, como la bóveda y la cúpula, son elementos arquitectónicos muy usados, especialmente en puentes, pabellones deportivos, estaciones de tren, túneles, etc., aunque se emplean técnicas constructivas y materiales modernos (como el acero y el hormigón armado).
Contrafuerte: elemento constructivo vertical usado para transmitir las cargas transversales de bóvedas y arcos a la cimentación. Pueden encontrarse adosados a un muro o separados de estos.
Arbotante: elemento estructural exterior con forma de medio arco que recoge la presión en el arranque de la bóveda y la transmite a un contrafuerte. Muy usados en la arquitectura gótica, normalmente incluyen un canal que conduce el agua de lluvia de la cubierta a las gárgolas.
Pináculo: Remate piramidal o cónico de los contrafuertes que sirve como contrapeso al empuje del arbotante sobre el contrafuerte. Por consiguiente, los pináculos refuerzan el contrafuerte y le ayudan a recoger el peso de las bóvedas. El empleo de pináculos ricamente decorados en las edificaciones góticas acentuaba la sensación de verticalidad de los templos.
Estructuras entramadas.
Estructuras entramadas.
Son estructuras formadas por barras verticales (pilares) y horizontales (vigas). Los pilares y las vigas se unen entre sí de forma rígida para conseguir formas tridimensionales. Los modernos edificios de bloques de viviendas y de oficinas son estructuras entramadas.
Los materiales más utilizados en las estructuras entramadas son el acero, el hormigón armado y, en menor medida, la madera
Viguetas y bovedillas
Viguetas y bovedillas
Entre los pilares se colocan vigas de acero o de hormigón armado. Encima de las vigas se colocan otras vigas más pequeñas, las viguetas. En el espacio que hay entre dos viguetas se encajan unas piezas cerámicas llamadas bovedillas. Sobre las bovedillas se coloca una capa de hormigón armado, llamada capa de compresión. Al conjunto formado por vigas, viguetas, bovedillas y capa de compresión, lo que sería el suelo o el techo de un piso, se le llama forjado.
Actualmente esta técnica se utiliza solo en edificios pequeños. En edificios más grandes los forjados se hacen mediante losas de hormigón
Hormigón armado
Hormigón armado
El hormigón es una mezcla de cemento, arena, grava y agua. Cuando el hormigón se seca, forma una masa sólida parecida a la piedra. El hormigón es muy resistente a los esfuerzos de compresión (soporta muy bien peso encima), pero no es muy resistente al de tracción (no soporta bien que lo estiren o que lo flexionen, se acaba rompiendo). Para aumentar su resistencia a todo tipo de esfuerzos, se ponen en el interior barras de acero (que soporta bien la tracción), formando lo que se llama hormigón armado, que es el material más usado en las construcciones modernas. El conjunto de barras de acero se denomina armadura.
Cimentación
Cimentación
El peso de una construcción es soportado por el terreno donde se asienta. Si es de roca resistente se podría construir directamente, pero lo más habitual es que el terreno sea blando, por lo que es necesario construir unos cimientos para evitar que la construcción Se hunda en el suelo y se agriete. Los dos tipos de cimientos más usados son el de zapatas y el de losa.
Cimentación mediante losa.
Se trata de un gran bloque continuo de hormigón armado que cubre toda la superficie del edificio.
Cimentación mediante zapatas.
Son prismas rectangulares de hormigón armado que sirven de base para los pilares
Losas y columnas
Losas y columnas
Encima de los cimientos se construye la estructura. En los edificios de cierto tamaño ya no se hacen los forjados mediante vigas, viguetas y bovedillas, sino que se construye una losa continua que integra en una sola unidad estos tres elementos y que permite construir más rápido.
Cerramientos, cubierta y acabados
Cerramientos, cubierta y acabados
Una vez acabada la estructura, se construye la cubierta (el tejado) y los cerramientos (las paredes exteriores del edificio). Finalmente se hacen los interiores y los acabados exteriores.
Antiguamente un mismo material hacía varias funciones a la vez. Los muros de ladrillo, por ejemplo, hacían de estructura, de cerramientos y de acabados. En la arquitectura moderna se separan muy bien las diferentes funciones del edificio. Esto permite seleccionar los mejores materiales para cada función (hormigón armado para la estructura, ladrillos y aislantes para los cerramientos, etc.) y distribuir el trabajo la obra entre profesionales especializados.
estructuras trianguladas
estructuras trianguladas
Son estructuras de barras, metálicas o de madera, que se unen formando triángulos. El triángulo es la única figura geométrica que no se deforma cuando está sometido a un esfuerzo. En la imagen puedes ver que si se presiona una estructura de barras con forma cuadrada se deforma fácilmente, tomando la forma de un romboide, en cambio, una estructura triangular mantiene su forma. Un ejemplo de este tipo de estructuras son las grúas torre. Su función es levantar cargas pesadas y moverlas de un sitio a otro. Deben ser resistentes, rígidas y ligeras (para facilitar su transporte). La mejor manera de construirlas es mediante una estructura triangulada.
Las estructuras trianguladas pueden ser muy sencillas, como el cuadro de una bici, formado por solo tres triángulos, o muy complejas, como la Torre Eiffel de París, formada por miles de triángulos. Para construir los triángulos se utilizan perfiles. Son las barras que tienen una sección (un perfil) constante. Los más comunes son los que tienen sección en forma de L, de T, de H, de U, de círculo y de cuadrado. El cuadro de la bici, por ejemplo, es un perfil circular. Si en lugar de perfiles se utilizaran barras macizas, el coste de la estructura y las cargas que tendrían que soportar los elementos de apoyo serían mucho mayores.
Existen muchos otros ejemplos de estructuras trianguladas. Algunos de ellos son las torres de alta tensión, los andamios que se utilizan en la construcción, las plataformas petrolíferas, los estadios deportivos, las cubiertas de naves industriales, los soportes que sostienen el sistema de luces y sonido en los conciertos, y algunos puentes, como el de la imagen.
Cerchas:
Cerchas:
composición de barras rectas unidas entre sí en sus extremos formando triángulos planos o pirámides tridimensionales para constituir un armazón rígido reticular. Se diseñan de modo que sean capaces de soportar cargas aplicadas sobre las uniones (llamadas nodos). Todos los elementos trabajan a tracción o compresión sin la presencia de flexión y cizalla. Son una de las principales estructuras usadas en ingeniería, por su rigidez y poco peso.
Estructuras colgantes o atirantadas
Estructuras colgantes o atirantadas
En este tipo de estructuras una parte de las cargas son soportadas por cables, a los que también se llama tirantes. Los tirantes siempre trabajan a tracción, es decir, están sometidos a fuerzas que tienden a estirarlos. El ejemplo más conocido de este tipo de estructuras son los puentes colgantes. Están formados por torres resistentes y anclajes masivos de hormigón entre los que se instalan cables de acero, los cables principales. De los cables principales cuelgan tirantes que sostienen el tablero, la plataforma por donde circulan los vehículos.
Los puentes colgantes son muy útiles cuando es difícil encontrar apoyos donde construir cimientos resistentes. Con muy pocos puntos de soporte, pocas torres, pueden salvar grandes distancias.
Este tipo de puentes acostumbran a ser piezas de ingeniería de gran belleza, como el que puedes ver en la foto. Se trata del puente 25 de Abril, en Lisboa, que permite atravesar el estuario del río Tajo a automóviles y trenes.
En esta foto se muestra un detalle del puente colgante 25 de Abril. Puedes ver cómo el tablero está sostenido por tirantes verticales que penden de los cables principales.
Además de los puentes, otros ejemplos frecuentes de estructuras atirantadas son las carpas de circo, las tiendas de campaña y las antenas de telecomunicaciones. Estos ejemplos tienen una estructura común, compuesta por una barra vertical (el mástil) que se mantiene erguida gracias a unos tirantes que tiran de ella.
estructuras laminares
estructuras laminares
Están formadas por láminas delgadas. Los materiales más usados en este tipo de estructuras son la chapa de acero y el plástico. Para conseguir que una lámina delgada sea rígida es necesario plegarla, o darle forma en el proceso de fabricación, con el objetivo de crear piezas tridimensionales resistentes a las fuerzas exteriores. Mediante este procedimiento se consiguen estructuras muy ligeras, ya que la estructura es también el cerramiento. Son adecuadas para objetos no muy grande.
Estructuras neumáticas
Estructuras neumáticas
Se construyen uniendo tubos o sacos de plástico flexible que se inflan con aire a presión. Se utilizan en atracciones para niños, piscinas, embarcaciones pequeñas y carpas. Son desmontables y ligeras, lo que permite transportarlas e instalarlas rápidamente en un nuevo emplazamiento. Se utilizan también en la construcción de "airbags" para el aterrizaje de sondas planetarias, como el rover Mars Pathfinder",que aterrizó en el planeta Marte en 1997.
Actividad 17
Actividad 17
Indica a qué elemento estructural se refiere de estas definiciones:
a) Viga maciza que se apoya horizontalmente y que cierra vanos (puertas y ventanas).
b) Elemento encargado de soportar y repartir en el suelo todo el peso de una estructura, impidiendo que ésta sufra movimientos importantes.
c) Elemento de forma curvada, que trabaja a compresión, y que se emplea para salvar el espacio entre dos pilares.
d) Elemento estructural en forma de barra que se apoya verticalmente, cuya función es soportar el peso de otras partes de la estructura y de transmitirla a la cimentación.
e) Elemento estructural con forma de barra que se coloca horizontalmente y se apoya sobre las vigas.
f) Elemento de soporte vertical y alargado, de sección más o menos circular, que sirve para decorar y soportar otros elementos estructurales, transmitiendo los empujes hacia la cimentación.
g) Barra, normalmente metálica, de distintas secciones que se emplean para conseguir estructuras más ligeras que soportan grandes pesos con poca cantidad de material.
h) Elemento arquitectónico que se emplea para cubrir el un espacio de planta circular, cuadrada, poligonal o elíptica.
i) Elemento que trabajan a flexión, y va colocado entre dos pilares en una estructura entramada.
j) Remate piramidal o cónico de un contrafuerte, característico de la arquitectura gótica que sirve como contrapeso al empuje transversal del arbotante, aumentando la estabilidad del contrafuerte.
m)Elemento estructural alargado, normalmente cables de acero, que está sometido principalmente a esfuerzos de tracción.
n) Elemento estructural con forma de barra que se coloca horizontalmente y se apoya sobre las columnas y pilares.
o) Elemento estructural vertical, por lo general, unido a un muro para reforzarlo o contrarrestar los empujes de una bóveda o arco.
p) Elemento arquitectónico de forma curva, que sirve para cubrir el espacio comprendido entre dos muros.
q) Elemento estructural, de forma curvada que trabaja a compresión y está formado por dovelas
r) Bóveda engendrada por la rotación de un arco que cubre una superficie redonda, cuadrada, poligonal o elíptica.
t) Pieza, normalmente de cerámica, que en el forjado va colocada entre viguetas.
u) Elemento estructural, que forma parte de la estructura horizontal de un edificio, y es el responsable de soportar y transmitir las sobrecargas al resto de la estructura.
Actividad 18
Actividad 18
Indica que tipo de estructura es
Actividad 19
Actividad 19
Indica que elemento estructural aparece representado en cada figura:
Actividad 20
Actividad 20
Indica a que elemento estructural se refiere de estas definiciones, colocando el número a la izquierda de cada definición:
Elemento estructural, de forma curvada, que salva el espacio entre dos pilares.
Elemento estructural con forma de barra que se coloca horizontalmente y se apoya sobre las vigas.
Elemento estructural exterior con forma de medio arco que recoge la presión en el arranque de la bóveda y la transmite a un contrafuerte, adosado al muro de una nave lateral.
Elemento estructural en forma de barra que se apoya verticalmente, cuya función es soportar el peso de otras partes de la estructura y de transmitirla a la cimentación.
Pilares con sección más o menos circular.
Piezas con forma de cuña que conforman un arco.
Elemento estructural, que forma parte de la estructura horizontal de un edificio, y es el responsable de soportar y transmitir las sobrecargas al resto de la estructura.
Elemento arquitectónico de forma curva, que sirve para cubrir el espacio comprendido entre dos muros o una serie de pilares alineados.
Barra, normalmente metálica, de distintas secciones que se emplean para conseguir estructuras más ligeras que soportan grandes pesos con poca cantidad de material
Elemento arquitectónico que se emplea para cubrir un espacio de planta circular, cuadrada, poligonal o eliptica.
Engrosamiento de un muro, usado para transmitir las cargas transversales a la cimentación.
Elemento alargado que está sometido principalmente a esfuerzos de tracción.
Remate piramidal o cónico de un contrafuerte, caracteristico de la arquitectura gótica que sirve como contrapeso al empuje transversal del arbotante, aumentando la estabilidad del contrafuerte.
Viga maciza que se apoya horizontalmente y que cierra ventanas. huecos tales como puertas o ventanas
Elemento que trabajan a flexión, y va colocado entre dos pilares en una estructura entramada.
1. Contrafuerte
2. Arco
3. Bóveda
4. Viga
5. Vigueta
6. Pináculo
7. Arbotante
8. Columna
9. Dintel
10.Pilar
11.Forjado
12.Dovelas
13.Cúpula
14.Tirante
15.Perfil
Actividad 21
Actividad 21
Identifica en la imagen los elementos estructurales marcados:
Actividad 22
Actividad 22
Relaciona cada una de los siguientes elementos constructivos con el tipo de esfuerzo que soporta:
a) Arbotante
b) Viga en su parte central
c) Dovelas de un arco
d) Punto de apoyo de un pilar
e) El hormigón en una estructura entramada.
f) La armadura del hormigón armado
g) Tablero de un puente
h) Cimentos de un edificio
i) Pilares de un puente
j) Contrafuerte
k) Punto de apoyo de una viga
l) Tirante
m)Dintel (en su parte central)
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