Tema 6. Estructuras y esfuerzos.

1.- Estructuras

Es un conjunto de elementos unidos entre sí que garantiza la solidez y la estabilidad a un objeto.

1.1.- Funciones de una estructura

Soportar el peso de la estructura y de los objetos que se encuentran en ella.

Sostener objetos de forma estable y sin qu se deforme.

Contener elementos y personas en su interior.

Proteger el objeto de elementos externos.

1.2.- Tipos de estructuras

Masivas: Formadas por muros macizos capaces de soportar pesos y empujes muy

grandes. Castillos o iglesias medievales, presas embalses

Laminares: Formadas por láminas o paneles resistentes que envuelven el objeto. Coches,

trenes, latas conserva.

De barras: Formadas por barras unidas entre sí. Sillas vigas y columnas edificios.

Colgadas: Soportan el peso de la construcción con cables o tensores. Puente colgante

1.3.- Estructuras de barras: Son las más usadas. Posteas del tendido eléctrico.

Formadas por:

Pilares o soportes: Elementos verticales que soportan el peso de la estructura. Materiales:

Hormigón armado, ladrillos, madera

Vigas: Pieza horizontal que soporta las cargas de la estructura y las transmite hacia los

Soportes: Materiales: madera, hormigón armado, ladrillos.

Escuadras: Elementos que refuerzan soportes y vigas, y aseguran su estabilidad. Materiales:

Acero y madera.

Tirantes: Elementos en forma de cable que se utilizan para tensar o sostener alguna parte de

La estructura. Materiales: acero o materiales plásticos.

1.4.- Esfuerzos:

Es la tensión interna que sufre una estructura sometida a una o varias fuerzas.

Fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo.

Son:

Tracción: El esfuerzo tiende a estirar la pieza. “estirar”, “alargar”. Ej. Cuerda guitarra.

Compresión: el esfuerzo tiende a aplastar la pieza. “comprimir” “aplastar”. Ej. Tornillo

Banco.

Flexión: El esfuerzo tiende a retorcer la pieza. “giro” Ej. Escurrir un trapo

Cizalladura: El esfuerzo tiende a cortar la pieza. “ rozamiento”

1.5.- Equilibrio de una estructura

Estabilidad: Es la propiedad por la cual una estructura se mantiene en equilibrio: no vuelque, ni se caiga.

Centro de gravedad: Es el punto imaginario donde se supone concentrada toda la masa de toda la estructura. La estabilidad depende del centro de gravedad.

Tipos de equilibrio

Estable: Centro de gravedad muy bajo o base muy ancha. Coche: centro de gravedad muy bajo, por lo que es difícil que vuelque.

Inestable: Centro de gravedad muy alto o base muy pequeña. Un libro en una estantería, caería porque su base es muy pequeña.

Indiferente: El centro de gravedad no se modifica aunque el cuerpo se desplace. Los cuerpos quedan inmóviles en la posición final en la que quedan después de desplazarse. Un lápiz sobre la mesa queda en la posición que lo dejamos.

1.6.- Estructuras estables y resistentes: Diferentes soluciones para mejorar la estabilidad:

Triangulación: Estructuras formadas por triángulos unidos entre sí. El triángulo es el único polígono que no se deforma. Se consigue resistencia, manejabilidad y ligereza. Grúas de construcción, torres de alta tensión.

USO DE PERFILES METÁLICOS : se utilizan sobre todo en soportes y vigas. Son barras que tienen distintas dependiendo de los esfuerzos que tengan que soportar. Se consiguen estructuras más ligeras. Son de acero o aluminio.

En L: Se utilizan en estructuras ligeras: estanterías metálicas.

En T: Soportan bien los esfuerzos de flexión. Sobre ellos se apoyan las bovedillas.

En U: Se utilizan como guía para otras estructuras: puertas correderas.

En H: Se emplean pilares o vigas que soportan grandes esfuerzos de compresión y flexión.

Redondos: se utilizan en estructuras visibles y decorativas: sillas.

Cuadrados: Se utilizan es estructuras ligeras y sencillas: ventanas aluminio.

Sistemas para aumentar la estabilidad:

Fijarlas al suelo: vías ferrocarril Sujetarlas mediante tensores o escuadras: torre de Collserola ( Barcelona) Colocarles peso en la base: grúas de construcción. Ponerles una base muy ancha.: los trípodes

2.- Construcción de estructuras

2.1.- Construcción de estructuras masivas

Requieren el uso de materiales macizos que pueden ser:

NATURALES

Rocas compactas: Piedra caliza, pizarra, mármol y granitos.

Materiales disgregados (áridos): Cantos rodados, gravas, gravillas, arena, arcilla.

TRANSFORMADOS

Hormigón: mezcla de cemento, áridos y agua +ciertos aditivos. Cuando se seca, adquiere consistencia parecida a la piedra natural.

Hormigón en masa: para levantar muros de carga y de contención.

Hormigón ciclópeo: Hormigón en masa al que se añaden piedras para rellenar y reducir el consumo de material.

2.2.- Construcción de estructuras laminares

Los paneles que forman las estructuras laminares están confeccionados con:

Cartón y plástico: Se usa en estructuras ligeras que no han de soportar grandes esfuerzos. Carcasas de aparatos electrónicos, embalajes.Madera: Es capaz de soportar mayores esfuerzos de comprensión: muebles, estanterías.Planchas de acero: Son resistentes y soportan todo tipo de esfuerzos. Trenes, barcos, automóviles.Hormigón: En forma de anillos o dovelas prefabricados. Túneles de líneas ferrocarril.

Para unir los elementos estructurales entre sí se emplean procedimientos muy diversos:

Cartón y plástico: Se une mediante pegado o encoladoMadera: se une mediante el clavado y el ensambladoPlanchas de acero: Se unen con atornillado o soldadura.Las dovelas de hormigón: Se unen con cemento y otros aglomerantes

2.3.- Construcción de estructuras de barras

Para obtenerla s e emplean diversos materiales como:

La madera en estructuras ligeras que han de soportar pequeños esfuerzos: sillaLos perfiles metálicos: Sobre todo acero que permite estructuras muy altas y bastante ligeras: en sistemas de almacenaje y edificaciónEl hormigón armado: Es hormigón reforzado con barras de acero. Se utiliza en las columnas de los edificios e infraestructuras de transportes (carreteras) porque soporta bien los esfuerzos de comprensión.El hormigón pretensado es aquel en el que se introducen alambres o cables de acero, tensados. Se utiliza en vigas y viguetas. Soporta bien los esfuerzos de flexión.

2.4.- Construcción de estructuras colgadas

Dependiendo de su naturaleza se utilizan:

Barras rígidas: Se emplean en estructuras que han de permanecer inmóviles . Los sistemas de anclaje han de garantizar su solidez. Puentes colgantes.Cables y tensores: Se emplean cuando las estructuras son móviles o han de tener elasticidad. Andamios colgados en fachadas de edificios.

2.5.- Estructuras singulares:

El Palau Sant Jordi.

Es la instalación deportiva que se construyó en Barcelona para los Juegos Olímpicos de 1992.

Su cubierta está formada por un entramado de barras de acero unidas entre sí por esferas metálicas. Fue montada a ras de suelo y después elevada a su posición definitiva.

La pasarela del voluntariado.

Esta estructura colgada tiene un mástil de 75 m de altura, inclinado 30º del que parten tirantes que sustentan tableros, algunos de ellos en curva.

Salva el río Ebro para conectar dos barrios de Zaragoza. Se inauguró en el 2008 por la Exposición Universal que se celebró en Zaragoza.

Las cuatro torres.

Es un conjunto de torres de cuatro rascacielos situados en el Paseo de la Castellana. Su construcción finalizó en el 2008.

Uno de ellos con 250 m de altura es el edificio más alto de España. En la parte superior de uno hay un jardín.

El Palacio de las Artes Reina Sofía.

Forma parte del complejo de la Ciudad de las Artes y las Ciencias en Valencia. Es obra del arquitecto Santiago Calatrava.

Destaca la bóveda superior en voladizo solo con dos puntos de apoyo: uno en el extremo posterior y otro en su parte superior.