tema estructuras 1º eso

Unidad didáctica:

ELABORADO POR: Daniel García

IES Bonifacio Sotos (Casas Ibáñez – Albacete)

TECNOLOGÍAS 1º ESO

ESTRUCTURAS www.danielggtecnologia.blogspot.com PÁGINA 1 DE 9

uede definirse una fuerza como todo aquello que es capaz de deformar un cuerpo (efecto estático)

o de modificar su estado de movimiento o reposo (efecto dinámico). Por ejemplo, cuando pisamos un balón somos capaces de deformarlo (ejemplo de efecto estático de una fuerza) y cuando le damos una patada somos capaces de lanzarlo a una determinada distancia (ejemplo de efecto dinámico).

Cualquier producto tecnológico, por sencillo que sea, ha de disponer de un esqueleto o armazón que le ayude a soportar el efecto de cualquier fuerza (ya sea la ejercida por su propio peso u otras fuerzas externas) y, además, debe ser el encargado de mantener unidos todos sus elementos. Este esqueleto o armazón recibe el nombre de estructura. Las estructuras están presentes en todo lo que nos rodea, pudiéndolas encontrar tanto en los seres vivos como en los objetos creados por el ser humano. Así, suelen clasificarse atendiendo a su origen en: Estructuras naturales: tanto de origen animal

(nidos de aves, presas de castores, colonias de corales, colmenas y avisperos, túneles de topos o ratones, huevos de aves, conchas de moluscos, espinas de los peces...), vegetal (troncos, ramas y raíces de árboles y arbustos,…) o geológico (cuevas, montañas,…).

Estructuras artificiales: creadas por el hombre, como puentes, barcos, edificios, grúas, torres, botellas, latas, carcasas, etc.

ara que una estructura cumpla su cometido, debe cumplir tres condiciones:

① Estabilidad. Alude a la capacidad de una

estructura de mantenerse erguida y no volcar. Está relacionada claramente con el centro de gravedad del objeto. En general, se cumplen las siguientes normas: a) Si la base sobre la que se apoya la estructura es

grande la estructura será estable. Para ampliar la base también puede recurrirse a tirantes o a empotrar la estructura en el suelo. b) 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. c) El centro de gravedad debe situarse dentro de la base. Si no es así, la estructura será INESTABLE, y por lo tanto, automáticamente volcará.

P P

I.INTRODUCCIÓN

Una estructura es el conjunto de elementos de un cuerpo destinados a impedir que se rompa o deforme en exceso, soportando las fuerzas que actúan sobre él.

II. CONDICIONES DE LAS ESTRUCTURAS

Sí vuelca

No vuelca No vuelca



CENTRO DE GRAVEDAD

El centro de gravedad de un objeto es el punto teórico en el que tendría que estar concentrada toda su masa para poder considerarlo, de forma simplificada, como un objeto sin dimensiones (un punto). Así, si quieres mantener en equilibrio una hoja sobre un dedo, debes encontrar su centro de gravedad para que no se incline hacia ningún lado.

② Resistencia. Es la capacidad de una estructura

para, sin romperse:

Soportar pesos: el suyo propio y el de los

elementos que se encuentren sobre la estructura.

Resistir fuerzas externas, como hace la pared de una presa que soporta la fuerza del agua contenida.

La resistencia de una estructura depende del material con que esté construida (el acero, el hormigón, la madera o la piedra tienen distintas resistencias), de la cantidad de material que se use y de la forma que tenga la estructura.

③ Rigidez. Esta condición implica que la estructura

debe ser capaz de: Mantener la forma: evitar las deformaciones en

exceso que pueden llevar a la rotura.

Servir de protección, como en el caso del chasis

de un automóvil, que protege a los pasajeros, o la carcasa de un móvil, que protege a los elementos electrónicos de su interior.

La rigidez se consigue soldando las uniones, dando a las estructuras una forma apropiada (cuanto más canto tenga una viga mayor será su rigidez) y recurriendo a una técnica denominada triangulación, asociada a las estructuras formadas por barras o perfiles (torretas de alta tensión, grúas, puentes,…).

TRIANGULACIÓN Una estructura con forma de polígono distinta al triángulo (por ejemplo un cuadrado, figura A) se deformará al aplicarle una fuerza (figura B). El triángulo es el único polígono que no se deforma cuando se le aplica una fuerza. Por consiguiente, se pueden obtener estructuras rígidas haciendo que los elementos estructurales formen triángulos indeformables (figura C). A esta operación se le denomina triangulación.

Más resistente, pero

menos estable

Más material, mayor

resistencia



omo ya hemos dicho, las estructuras se ven sometidas a fuerzas que tienden a deformarlos. La

principal es su propio peso, debido a la fuerza de la gravedad o atracción que ejerce la Tierra sobre todos los cuerpos. Así, la estructura de un edificio habrá de soportar el peso de todos los elementos del edificio (vigas, pilares, ladrillos...), pero también el peso de las personas, los muebles, la fuerza del viento... Las cargas actúan sobre los cuerpos y provocan sobre ellos tensiones internas que tienden a deformarlos o romperlos y que se denominadas esfuerzos. Por ejemplo, imagínate que tu compañero te tira de un dedo de la mano. Tu mano sería la estructura, mientras que la fuerza externa que hace tu compañero para estirar de ti sería la carga. El esfuerzo sería la tensión que notas en el dedo, que te causa cierta molestia. Si tu compañero hiciese mucha fuerza, el esfuerzo que sufrirías podría llegar a doblarte o romperte el dedo. Los tipos de esfuerzos más importantes son: Tracción. Se produce cuando las fuerzas tratan de

estirar el cuerpo sobre el que actúan. Compresión. Este esfuerzo aparece cuando las

fuerzas tratan de aplastar o comprimir un cuerpo.

Flexión. Las fuerzas intentan doblar el cuerpo

sobre el que están aplicadas. Torsión. Las fuerzas tratan de retorcer el cuerpo

sobre el que actúan.

Cizalladura. Las fuerzas tienden a cortar el objeto.

omo ya hemos visto, la misión que ha de cumplir cualquier estructura es la de soportar los

esfuerzos a que se la somete sin romperse ni deformarse en exceso. Para ello, existen una serie de elementos que forman parte de la mayoría de las estructuras y que son los encargados de darle la suficiente resistencia. Los principales son: Cimentación: es el elemento encargado de

soportar y repartir en el suelo todo el peso de la estructura, impidiendo que ésta sufra movimientos importantes. Forman parte de la cimentación las denominadas zapatas.

Pilares: son elementos estructurales en forma de barra que se apoyan verticalmente y cuya función es la de soportar el peso de otras partes de la estructura y transmitirlo a la cimentación. Los pilares, a diferencia de las columnas, tienen sección poligonal (cuadrada, rectangular…). Las columnas son pilares de sección circular.

Vigas: elementos estructurales con forma de barra que se colocan horizontalmente y se apoyan sobre las columnas y pilares.

C

C

III. CARGAS Y ESFUERZOS EN LAS ESTRUCTURAS

Las fuerzas que actúan sobre una estructura se denominan CARGAS.

Se denomina ESFUERZO a la tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas.

IV. ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS



Viguetas: elementos estructurales con forma de barra que se colocan horizontalmente y se apoyan sobre las vigas.

Bovedilla. Bloque de hormigón, cerámica u otro material colocado de forma horizontal entre las viguetas, para formar el suelo de las diferentes plantas de un edificio.

Dintel: viga maciza que se apoya horizontalmente sobre dos soportes verticales y que cierra huecos tales como ventanas y puertas.

Tirantes: elementos constructivos que están

sometidos principalmente a esfuerzos de tracción.

Arco: elemento estructural, de forma curvada,

que salva el espacio entre dos pilares o muros. Está compuesto por piezas llamadas dovelas, y puede adoptar formas curvas diversas. Es muy útil para salvar espacios relativamente grandes con piezas pequeñas, existiendo múltiples tipos de

arco. A la pieza más importante y que permite que no se desmorone el arco aunque sus piezas no estén unidas por ningún aglomerante se le llama “clave” o “pieza angular” (“piedra angular” cuando se trata de un arco construido con ese material).

Bóveda: es un elemento arquitectónico de forma

curva que sirve para cubrir el espacio comprendido entre dos muros o una serie de pilares alineados.

Bovedillas

Puente de Calatrava (Sevilla)



La cúpula o bóveda esférica: es un elemento

arquitectónico que se utiliza para cubrir un espacio de planta circular, cuadrada, poligonal o elíptica.

Contrafuerte: también llamado estribo, es un engrosamiento de un muro, normalmente hacia el exterior, que le permiten resistir empujes.

Perfiles: son barras con distintas secciones (los hay tubulares, angulares, cuadrados,… Con los perfiles se consiguen estructuras más ligeras que soportan grandes pesos con menos cantidad de material. Se utilizan en multitud de estructuras, sobre todo metálicas.

eamos a continuación los principales tipos estructurales que han ido apareciendo a lo largo

de la historia.

V.1. ESTRUCTURAS MASIVAS Y ADINTELADAS. Son estructuras muy pesadas y macizas, construidas con elementos muy gruesos, anchos y resistentes. Las primeras construcciones realizadas por el hombre se obtuvieron excavando en la roca o acumulando materiales sin dejar apenas huecos. Ejemplos claros son las pirámides mayas y egipcias, iglesias escavadas en la roca... Se emplearon dinteles de piedra o madera para las ventanas o pasos libres, como por ejemplo en los templos griegos.

V.2. ESTRUCTURAS ABOVEDADAS. El descubrimiento posterior del arco y la bóveda permitió cubrir cada vez espacios mayores, aumentando los huecos de las estructuras. Con este tipo de estructuras se construyeron edificios realmente grandes, tales como catedrales, panteones, basílicas... Los elementos arquitectónicos de este tipo de estructuras se siguen empleando actualmente.

V

V. TIPOS DE ESTRUCTURAS ARTIFICIALES

Templo griego

Pirámide egipcia



V.3. ESTRUCTURAS ENTRAMADAS. Estructuras constituidas por barras de hormigón o acero unidas de manera rígida formando un emparrillado, donde cada elemento de la estructura tiene un cometido diferente. Son las estructuras empleadas en los edificios de bloques de pisos.

V.4. ESTRUCTURAS TRIANGULADAS. Basadas en el empleo de perfiles, normalmente metálicos, obteniéndose estructuras muy ligeras y resistentes. La técnica principal de construcción es la triangulación. Ejemplos: grúas, andamios, puentes, torretas de alta tensión,...

V.5. ESTRUCTURAS COLGANTES. En este caso las estructuras emplean cables, llamados tirantes (cuando se pueden regular estirándolos o acortándolos se llaman tensores) de los que cuelgan gran parte o el resto de la estructura. Ejemplos: carpas, puentes colgantes, antenas, cubiertas de pabellones, torres...

V.6. ESTRUCTURAS NEUMÁTICAS. Son estructuras desmontables y ligeras que se pueden transportar e instalarmuy rápidamente. El aire interior a presión es quién da la forma a la estructura. Suele utilizarse, por ejemplo, en atracciones infantiles y hospitales de campaña.

V.7. ESTRUCTURAS LAMINARES. Están constituidas por láminas finas de metal, plástico o materiales compuestos que se emplean como carcasas en todo tipo de objetos y en cubiertas onduladas que envuelven y protegen. A pesar de su poco espesor ofrecen una gran resistencia. Ejemplos: chasis del coche, carcasa del ordenador, de un teléfono móvil, etc.

Santa Sofía de Constantinopla

Torre Eiffel en París

Puente Golden Gate, San Francisco, Estados Unidos



1. Completa las frases siguientes:

✔ Una …………………… es el conjunto de elementos de un cuerpo destinados a ……………..… las …………..…… que actúan sobre él, haciendo que no se…………………… ni se ……………….. en exceso.

✔ Las estructuras .......................... son aquellas creadas por la naturaleza.

✔ Las estructuras diseñadas y ……………………….. por el hombre las llamaremos .........................

✔ Una .......................... es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de modificar su estado de movimiento o reposo.

✔ Las fuerzas externas que actúan sobre una estructura se denominan ………………........

✔ Un ......................... es la tensión interna que experimenta un cuerpo cuando se somete a una o varias fuerzas.

✔ Las estructuras que no vuelcan con facilidad se denominan …………………..

✔ Decimos que una estructura es rígida cuando no se …………………………….

✔ Para que una estructura sea …………………., debe soportar sin romperse los ……………………….a los que está sometida. 2. Escribe el nombre de cinco estructuras naturales y

cinco estructuras artificiales.

Naturales Artificiales

3. De la siguiente lista, señala las estructuras que

usarías para soportar pesos, salvar distancias o proteger objetos: torre de ordenador, casco, columnas, estanterías, teleférico, chasis de un coche, cartón de huevos, puente.

Soportar pesos Salvar distancias Proteger

4. ¿Qué es lo primero que se construye en un

edificio? ¿Por qué?

5. Relaciona mediante flechas los tipos de esfuerzo con la opción adecuada:

Tracción Retorcer

Compresión Cortar

Flexión Estirar

Torsión Aplastar

Cizalladura Doblar

6. ¿Cuál de las dos canastas es más estable? ¿Por

qué? 7. Indica qué tipo de esfuerzo soporta o debe

soportar cada uno de los siguientes elementos: - Cable que soporta la lámpara del techo: - Las patas de un taburete: - Un tobogán: - La punta de un destornillador: - La tabla de una mesa: - Llave al abrir una cerradura: - Cimientos de una casa: - Cable entre una lancha y un esquiador

acuático: - Cuello de una botella con tapón de rosca: - Una viga: - Un pilar: - Un tornillo: - El asiento de una silla: - Soportes de la baca de un coche: - Unión entre los postes de una portería de

fútbol y el larguero: - El pomo de una puerta: - Los cables de un puente colgante: - La unión entre una viga y un pilar:

ACTIVIDADES SOBRE ESTRUCTURAS



8. ¿En qué se diferencia una viga de un pilar? 9. Indica sobre los elementos señalados a qué

esfuerzo están sometidos.

10. ¿Qué ocurrirá si presionas en el vértice señalado

por la flecha en las siguientes figuras? Dibuja sobre las propias figuras lo que añadirías para que no se deformaran.

11. Di si las siguientes afirmaciones son verdaderas o

falsa. Razona tu respuesta en cada caso: a) Las estructuras de barras trianguladas suelen ser de piedra. b) El esqueleto humano está sometido básicamente al esfuerzo de compresión. c) El acero es un material estructural propio de las estructuras masivas. d) Los tirantes sólo se utilizan para dar estabilidad a las estructuras. e) Sólo los edificios y los puentes son estructuras resistentes debido a su tamaño. f) La carcasa de los electrodomésticos sirve para esconder sus piezas internas.

12. ¿En qué consiste la técnica de la triangulación?

¿En qué tipo de estructuras se usa esta técnica?

13. ¿Por qué se mueve una estantería como la de la

figura? ¿Qué harías para evitarlo?

14. Piensa y responde:

- ¿Se puede conseguir que una estructura sea resistente aunque el material con el que se ha construido no sea especialmente resistente? Pon un ejemplo.

- ¿Todas las estructuras se sostienen solas durante su construcción? Pon un ejemplo para apoyar tu respuesta.

15. Indica a qué elemento estructural se refieren

estas definiciones: a) Elemento encargado de soportar y repartir en el

suelo todo el peso de una estructura: b) Elemento estructural, de forma curvada, que salva

el espacio entre dos pilares: c) 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:

d) Pilar con sección circular: e) Barras, normalmente metálicas, de distintas

secciones, que se emplean para conseguir estructuras ligeras que soportan grandes pesos con poca cantidad de material:

f) Elemento estructural con forma de barra que se coloca horizontalmente y se apoya sobre las columnas y pilares:

g) Engrosamiento de un muro, usado para transmitir las cargas transversales a la cimentación:

h) Viga maciza que se apoya horizontalmente y que cierra los huecos tales como puertas y ventanas:



16. Las tres torres del dibujo tienen la misma altura,

pero su forma es diferente. Razona cuál es la más estable de todas y cuál la más inestable.

17. Explica por qué una copa es menos estable que un

vaso normal con el mismo tamaño de base.

18. Identifica en la siguiente figura los elementos estructurales marcados:

19. Indica el tipo de estructura de los siguientes objetos o construcciones: a) Lápiz b) Stonehenge c) El edificio del instituto. d) Andamio e) Bolígrafo f) La iglesia del pueblo. g) Puente Golden Gate de San Francisco h) Un castillo hinchable.

20. Cuando una estructura no vuelca se dice que es.....

✗ Resistente ✗ Rígida ✗ Estable

21. Cuando una estructura al aplicar la carga no se

deforma se dice que es...

✗ Resistente ✗ Rígida ✗ Estable

22. Una estructura se hace más estable cuando (señala las respuestas correctas):

✗ se triangula.

✗ se ensancha su base.

✗ se le colocan tirantes.

✗ se baja su centro de gravedad.

23. Una estructura se hace más rígida cuando (señala las respuestas correctas):

✗ se triangula.

✗ se ensancha su base.

✗ se le colocan tirantes.

✗ se baja su centro de gravedad.

24. Completa con las palabras de abajo, para que el texto tenga sentido: pilares, masivas, abovedadas, arcos, entrecruzan

“Son estructuras _______________ aquellas en las que predomina una gran concentración de material; y son estructuras __________________ aquellas en las que es frecuente la presencia de _____________ y cúpulas. Las estructuras entramadas son estructuras formadas por ___________ de madera, hormigón o acero que se ___________________ entre sí.

25. Indica el tipo de estructura en cada caso:

tema estructuras 1º eso

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