unidad 4 estructuras alumnos
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ESTRUCTURAS
DEFINICIÓN Son conjuntos de elementos, naturales o no, que debidamente distribuidos
y relacionados entre sí, además de sostenerse a sí mismos, constituyen el soporte de otros sistemas más complejos.
INTRODUCCIÓN Estructuras naturales: como el esqueleto, el tronco de un árbol, los corales marinos, las estalagmitas y estalactitas, etc.
Estructuras artificiales: son todas aquellas que ha construido el hombre. Aquí aparecen algunas.
INTRODUCCIÓN Estructuras móviles: serían todas aquellas que se pueden desplazar, que son articuladas. Como puede ser el esqueleto, un puente levadizo, una bisagra, una
biela, una rueda, etc. Como ejemplo la estructura que sustenta un coche de caballos y un motor de combustión
Estructuras fijas: aquellas que por el contrario no pueden sufrir desplazamientos, o estos son mínimos. Son por ejemplo los pilares, torretas, vigas, puentes.
PROBLEMAS QUE RESUELVEN LAS ESTRUCTURASCon la evolución de los seres humanos, han surgido toda una serie de problemas que se han ido resolviendo con la construcción de múltiples tipos de estructuras. Básicamente las estructuras se construyen para:
Alcanzar alturas en el espacio Torres, postes de luz, grúas, antenas,
Proteger y proporcionar apoyo a los elementos de un conjunto Armaduras, chasis de una máquina, etc.
PROBLEMAS QUE RESUELVEN LAS ESTRUCTURAS Almacenar materiales:
Silos de grano, tinajas de vino, depósitos de gas, envases de cartón, etc.
Cerrar y cubrir espacios Bóvedas, cúpulas, marquesinas, techumbres, etc.
Crear espacios vacíos resistiendo fuerzas externas Canales, presas, piscinas, etc. La pared de una presa soporta el peso del agua contenida en el embalse
Mantener y proporcionar forma: Nuestro esqueleto, por ejemplo, mantiene la forma del cuerpo. Los tubos de una tienda de campaña le dan su forma.
PROBLEMAS QUE RESUELVEN LAS ESTRUCTURASGenerar superficies Carreteras, aeropuertos, campos deportivos, carrocerías de automóviles, fuselajes de aviones, etc.
Salvar accidentes geográficos Puentes y túneles.
TIPOS DE ESTRUCTURAS
En función de los elementos con que están construidas y los elementos que intervienen.
ESFUERZOS MECÁNICOSTECNO 12-18 (ESTRUCTURAS)
www.tecno12-18.com
TRACCIÓN Y COMPRESIÓN La fuerza de tracción tiende a
estirar los elementos sobre los que s ejerce. Dichos elementos suelen ser tensores o tirantes, como los cables que soportan un puente.
La fuerza de 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.
ESFUERZOS MECÁNICOS
ESFUERZOS MECÁNICOS
FLEXIÓN La fuerza de 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.
Si la carga de la estantería es excesiva, esta se arquea y puede llegar a romperse
TORSIÓN
La fuerza de torsión actúa sobre elementos que giran y tiende a retorcer las estructuras. La punta de un destornillador se puede deformar por la acción de esta fuerza.
La fuerza de cortadura o cizallamiento actúa sobre elementos sobre los que se ejercen fuerzas opuestas en planos muy cercanos, y tienden a desgarrar los materiales.
CORTADURA
ESFUERZOS MECÁNICOS
Efectos múltiples (I)
Efectos múltiples (II)
RIGIDEZ EN LAS ESTRUCTURAS. TRIANGULACIÓN
La rigidez es la capacidad de un objeto sólido o elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones o desplazamientos.
Observa que ocurre cuando se aplican fuerzas a una estructura sencilla de 4 lados:
Se deforma
Y a una de 5 lados:
Se deforma
RIGIDEZ EN LAS ESTRUCTURAS. TRIANGULACIÓNEl triángulo es el único polígono que no se deforma cuando actúa sobre él una fuerza. Al
aplicar una fuerza de compresión sobre uno cualquiera de los vértices de un triángulo formado por tres vigas, automáticamente las dos vigas que parten de dicho vértice quedan sometidas a dicha fuerza de compresión, mientras que la tercera quedará sometida a un esfuerzo de tracción.
No se deforma
Por tanto, cualquier otra forma geométrica que adopten los elementos de una estructura no será rígida o estable, hasta que no se triangule.
Volvamos al ejemplo de la estructura de 4 lados, ¿qué deberíamos hacer para convertirla en rígida?
Existen 2 opciones para que no se deforme y se convierta en rígida: • Añadirle una barra o elemento que impide que los ángulos cambien su valor. • Utilizar cartelas o escuadras de unión.
RIGIDEZ EN LAS ESTRUCTURAS. TRIANGULACIÓN
Ejemplos
¿Cómo se construyen las viviendas? FASES DE UNA CONSTRUCCIÓN
1. Se realiza el vaciado del terreno donde se levantará la construcción.Para ello, se utilizan grandes máquinas: excavadoras, apisonadoras, camiones…
2. Después se realiza la cimentación, que consiste en fijar una armadura de acero en la zona vaciada, se llena de hormigón y se espera a que solidifique.
Los pilares y las vigas son el armazón básico de las estructuras en grandes construcciones. Habitualmente se realizan con hormigón armado o acero, aunque en otras épocas se usó mucho la madera
3. Una vez realizada la cimentación, se construyen los pilares o soportes verticales. Consiguiendo las alturas que tenga la estructura.
4. Sobre los pilares se apoyan las vigas o soportes horizontales. Éstos forman el entramado principal del edificio.
5. Por último, los forjados y los tableros suponen la base del suelo de los diferentes pisos o de la carretera en los puentes. Se apoyan sobre las vigas.El forjado está compuesto de vigas, viguetas y de piezas que cubren el hueco entre ellas. Todo el conjunto se cubre con una capa de hormigón
ELEMENTOS DE LAS ESTRUCTURAS Dentro de una estructura existen elementos de diferentes tipos:
Cimientos:
o Es el elemento encargado de soportar y repartir en la tierra todo el peso de la estructura.
o Normalmente soporta esfuerzos de compresión.
o Los materiales de los que se compone son hormigón armado, hierro, acero…
Los cimientos pueden ser de varias formas:
o Para estructuras ligeras como naves industriales en forma de zapata.
o Para estructuras pesadas como edificios en forma de losa.
o Para terrenos blandos donde está muy profundo el terreno duro pilotes.
Pilares:
o Es una barra apoyada verticalmente que soporta cargas o el peso de las otras partes de la estructura.
o Se puede denomiar también poste. Cuando presentan forma cilíndrica se llaman columnas.
o El principal esfuerzo que soporta es compresión y pandeo.
o Los materiales de los que está construido son muy diversos: hormigón armado, acero, ladrillos, marmol…
Suelen ser de forma geométrica regular (cuadrada o rectangular) y las columnas suelen ser de sección circular.
ELEMENTOS DE LAS ESTRUCTURAS Vigas:
o Es una pieza o barra horizontal, que soporta la carga de la estrutura y la transmite hacia los pilares.
o Están sometidas a esfuerzos de flexión.
o Los materiales de los que se compone son hormigón armado, acero…
o Las vigas van apoyadas entre dos pilares.
o Las viguetas son pequeñas vigas que van apoyadas o incrustadas entre dos vigas.
Las vigas están constituidas por uno o más perfiles. Los perfiles son las formas comerciales en que se suelen suministrar el acero, la madera y otros materiales. Estos toman diversas formas:
o Perfiles cerrados:
Circular cuadrada triangular
o Perfiles abiertos:
V T U L X H
ELEMENTOS DE LAS ESTRUCTURAS Arcos:
o Es un elemento que se emplea mucho en las estructuras para dar solidez (y salvar distancias).
o Están sometidas a esfuerzos de compresión.
o Los materiales de los que está construido son muy diversos: hormigón, acero, piedra, …
Tensores o tirantes:
o Es un elemento que da rigidez y permite mejorar la resistencia de la estructura.
o Están sometidos principalmente a esfuerzos de tracción.
o Algunos materiales que se usan para fabricarlos son: cuerdas, cables de acero, cadenas, listones de madera.
¿Qué es el hormigón?
CEMENTO
GRAVA
ARENA
AGUA
¿Y el hormigón armado?
EL CENTRO DE GRAVEDAD. ESTABILIDAD Existe un punto en cada cuerpo en el cual podemos decir que se concentra la fuerza con la que la tierra
lo atrae. A ese punto lo llamamos centro de gravedad.
Las figuras y los objetos ganan estabilidad cuanto más cerca del suelo se halla su centro de gravedad. Además, la perpendicular hasta el suelo trazada por el centro de gravedad ha de caer dentro de la base.
Las estructuras bajas y anchas son más estables que las altas y delgadas.
Si se concentra mucha masa en la base, la estructura es más estable.
También se gana estabilidad con un buen anclaje: con tirantes, buenos cimientos, empotrado en el suelo.
¿POR QUÉ FALLAN?
A veces por la fatiga elástica causada por la actuación repetida de una fuerza que en principio se resiste.
A veces, las estructuras fallan y se hunden. ¿Por qué pasa esto?:
Otras veces por un diseño o una fabricación defectuosos . O porque las uniones entre las partes son inadecuadas.
Otras veces porque se producen situaciones imprevisibles o catastróficas.
LOS MÁS GRANDES El edificio más alto del mundo
BURJ KHALIFA, DUBAI Ciudad: Dubai País: Emiratos Árabes Unidos Altura: 828 M Cantidad de Pisos: 160 Habitables Año de Construcción: 21-Sep-2004 - 4-Ene-2010
LOS MÁS GRANDES El puente más largo del mundo
QINGDAO HAIWAN Ciudades: Qingdao y Huangdao (Shanghai)País: China Longitud: 42,5 km Construcción:
Pilares: 5200Carriles: 6 Acero 450.000 T(unas 65 Torres Eiffel)
Tiempo de Construcción: 4 años
LOS MÁS GRANDES El túnel más largo del mundo
SAN GOTARDO (LOS ALPES)Ciudades: Une Zúrich y MilánPaíses: Suiza e Italia Longitud: 57 km Tiempo de Construcción: 14 años
LOS PUENTESLos puentes son estructuras que las personas han ido construyendo para superar accidentes geográficos. Según el uso nos podemos encontrar acueductos, viaductos, pasarelas, etc
Los de madera son baratos, ligeros y fáciles de construir, pero poco resistentes, por eso casi no se
construyen.
Los de piedra son muy resistentes, pero muy costosos. Se usaron en la antigüedad por no tener otros materiales.
Los metálicos permiten diseños muy espectaculares
pero son caros de construir y mantener
Los de hormigón armado son de montaje rápido y baratos de
mantener. Su resistencia es alta
LOS PUENTES TIPOSLos puentes deben soportar su propio peso, el de los vehículos que los cruzan y la acción de agentes externos como lluvia, viento, corrientes de agua… Pueden ser de tres tipos según sean los esfuerzos que soportan sus elementos estructurales:
Puentes de viga: formados por elementos horizontales o tableros apoyados sobre soportes o pilares
Puentes de arco: formados por un elemento curvado que se apoya en soportes o estribos
Puentes colgantes: formados por un tablero que se sustenta mediante tirantes sujetos en uno o en dos o más pilares