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1 Módulo de Estructuras – Tecnología e Informática
LAS ESTRUCTURAS
Los cuerpos están sometidos a la acción de fuerzas muy variadas, siendo
una fuerza todo aquello capaz de deformar un cuerpo, de ponerlo en
movimiento si está parado o de pararlo si está en movimiento. Si sabemos
que muchas fuerzas actúan constantemente sobre los cuerpos, nos
preguntaremos, ¿qué hace que estos cuerpos no se deformen ni se
rompan? La respuesta está en su estructura.
Las estructuras están presentes
en todo lo que nos rodea. Todos
los cuerpos poseen algún tipo de
estructura. Las estructuras se
encuentran en la naturaleza y
comprenden las conchas de los
moluscos, el esqueleto de los
animales, etc. pero el ser humano
ha sabido construir las suyas para
resolver sus necesidades. Son
más evidentes en las grandes
construcciones civiles como puentes, edificios, etc.
¿Qué tienen en común todas estructuras, si son tan distintas?
1. Están compuestos por elementos simples unidos entre sí.
2. Resisten las fuerzas a las que está sometido sin destruirse.
3. Todas conservan su forma básica.
Todas las estructuras deben de cumplir unas condiciones para funcionar
bien:
2 Módulo de Estructuras – Tecnología e Informática
Estabilidad: han de hacer que el objeto al que pertenecen sea
estable, es decir que no vuelque fácilmente.
Resistencia: Tiene que soportar todos los esfuerzos que actúan
sobre ella sin romperse.
Rigidez: es decir puede sufrir deformaciones pero siempre hasta un
límite que le permita cumplir la función para la que se diseñó.
Algunas definiciones de estructuras
Una estructura es un conjunto de elemento unidos entre sí capaces de
soportar las fuerzas que actúan sobre ella, con el objeto de conservar
su forma.
Una estructura es un conjunto de elementos estáticos (sin posibilidad
de movimiento) unidos entre sí para soportar un conjunto de cargas.
Cargas y tipos de cargas
Las cargas son las fuerzas externas que actúan sobre las estructuras.
Dichas fuerzas son las que causarían la caída de la estructura si no fuese
suficientemente resistente. Los tipos de carga más habituales son:
Los pesos situados sobre las estructuras. Por ejemplo los vehículos
que pasan por un puente o las personas y muebles que descansan
sobre los distintos pisos de un edificio. También puede ser una carga
importante la nieve si se acumula en exceso en una cubierta.
El peso de la propia estructura. En grandes estructuras (por ejemplo
edificios), el propio peso de los materiales que lo componen es una
de las cargas más importantes.
La presión del agua como en el caso de un embalse.
La fuerza del viento sobre superficies grandes.
3 Módulo de Estructuras – Tecnología e Informática
Completa…
Los cuerpos están sometidos a la acción de__________ muy variadas,
siendo una fuerza todo aquello capaz de ____________ un cuerpo, de
ponerlo en movimiento si está parado o de pararlo si está en movimiento.
Si sabemos que muchas fuerzas actúan constantemente sobre los
___________, nos preguntaremos, ¿qué hace que estos cuerpos no se
deformen ni se rompan? La respuesta está en su ______________.
Las ______________ están presentes en todo lo que nos rodea. Todos
los cuerpos poseen algún tipo de estructura. Las estructuras se
encuentran en la _____________ y comprenden las conchas de los
moluscos, el _____________ de los animales, etc. pero el ser humano ha
sabido construir las suyas para resolver sus necesidades. Son más
evidentes en las grandes __________________ civiles como puentes,
edificios, etc.
TIPOS DE ESTRUCTURAS
Estructuras Naturales
Algunas de las estructuras que observamos
a nuestro alrededor son creadas por la
naturaleza y por tanto las denominamos
estructuras naturales. Ejemplos: El
esqueleto de un vertebrado, las
formaciones pétreas, el caparazón de un
animal o la estructura de un árbol.
Actividad 1
4 Módulo de Estructuras – Tecnología e Informática
Estructuras Artificiales
Otras han sido diseñadas y
construidas por el hombre para
satisfacer alguna de sus
necesidades, las llamaremos
estructuras artificiales. Los
ejemplos más usuales de este
tipo de estructuras son los
puentes y edificios, pero las
podemos encontrar en la mayoría de los objetos realizados por el hombre,
por muy sencillos que sean, como es el caso de las patas de un caballete,
las vigas de un edificio, el tubo de un bolígrafo, etc.
Escribe Cuál de las siguientes imágenes son estructuras naturales
o artificiales.
Actividad 2
5 Módulo de Estructuras – Tecnología e Informática
FUNCIONES DE LAS ESTRUCTURAS.
¿Qué funciones debe cumplir una estructura para que funcione bien?
1. Soportar cargas. Es la principal función de toda estructura ya que las
fuerzas o cargas siempre están presentes en la naturaleza: la
gravedad, el viento, el oleaje, etc.
2. Mantener la forma. Es fundamental que las estructuras no se
deformen, ya que si esto ocurriese, los cuerpos podrían romperse. Es
lo que ocurre cuando los esfuerzos son muy grandes. Por ejemplo, en
un accidente de coche, la carrocería siempre se deforma o araña
dependiendo de la gravedad del impacto.
3. Proteger partes delicadas. Una estructura debe proteger las partes
delicadas de los objetos que los poseen. Por ejemplo, el esqueleto
protege nuestros órganos internos, la carcasa de un ordenador protege
el microprocesador, las tarjetas, etc. Pero hay estructuras que no
tienen partes internas que proteger, como los puentes o las grúas.
4. Ligeras. Las estructuras deben ser lo más ligeras posibles. Si la
estructura fuese muy pesada, podría venirse abajo y, además se
derrocharían muchos materiales.
5. Estable. La estructura no puede volcar o caerse aunque reciba
diferentes cargas.
6 Módulo de Estructuras – Tecnología e Informática
FUERZA
¿Qué es una Fuerza?
Fuerza es todo aquello que puede deformar un cuerpo o moverlo si está
parado (o al revés, pararlo si está moviéndose).
TIPOS DE FUERZAS
Fuerzas externas (CARGAS): son las que actúan sobre la estructura
(viento, peso, terremotos, olas, etc.)
Fuerzas internas (ESFUERZOS): los experimentan los cuerpos cuando
están sometidos a alguna fuerza externa.
Digamos que los esfuerzos son las respuestas que ofrecen las estructuras
cuando hay fuerzas externas actuando sobre ellas (si alguien intenta
empujarte, tú procuras no moverte (resistes). Tu cuerpo está en tensión.
Haces una fuerza para contrarrestar el empujón. Desde luego, no es lo
mismo que alguien te empuje a que no lo haga.
TIPOS DE ESFUERZOS
Al construir una estructura se necesita tanto un diseño adecuado como
unos elementos que sean capaces de soportar las fuerzas, cargas y
acciones a las que esta estructura estará sometida. Los tipos de esfuerzos que deben soportar los diferentes elementos de las
estructuras son:
Tracción: Se produce cuando las fuerzas que actúan sobre un
cuerpo tratan de estirarlo. Las fuerzas que originan este esfuerzo
son opuestas y actúan hacia el exterior del cuerpo, en la misma
dirección y sentidos contrarios. Por ejemplo, cuando se cuelga de
una cadena una lámpara, la cadena queda sometida a un
esfuerzo de tracción, tendiendo
a aumentar su longitud.
7 Módulo de Estructuras – Tecnología e Informática
Compresión: Este tipo de esfuerzo aparece cuando las fuerzas que
actúan sobre el cuerpo tratan de aplastarlo o comprimirlo. Las fuerzas que originan este esfuerzo son opuestas y actúan hacia el interior del
cuerpo en la misma dirección y sentidos contrarios Por ejemplo cuando nos sentamos en una silla, sometemos a las patas a
un esfuerzo de compresión, con lo que tiende a disminuir su altura.
Flexión: Este tipo de esfuerzo aparece cuando las o la fuerza que actúa
sobre un cuerpo hace que este tenga tendencia a doblarse.
Por ejemplo al saltar en la tabla del trampolín de una piscina, la tabla se
flexiona. También se flexiona un panel de una estantería cuando se carga
de libros o la barra donde se cuelgan las perchas en los armarios.
Torsión: Este esfuerzo aparece cuando las fuerzas que actúan sobre un cuerpo, tienden a girarlo o
retorcerlo. Por ejemplo cuando utilizamos un destornillador
para poner un tornillo, estamos sometiendo al destornillador a un esfuerzo de torsión. También
sometemos a una
llave a este esfuerzo cuando la
hacemos girar
8 Módulo de Estructuras – Tecnología e Informática
dentro de la cerradura para abrir o cerrar una puerta.
Cizalladura o Cortante: Se produce cuando se aplican fuerzas
perpendiculares y de sentidos contrarios a un cuerpo, de forma que estas
fuerzas tienden a cortarlo o desgarrarlo.
Por ejemplo al cortar con unas tijeras un papel estamos provocando que unas partículas del papel se desplacen en un sentido y otras en sentido
contrario haciendo que el papel se corte y por tanto se rompa.
Estos son los esfuerzos más importantes a que puede verse sometida una estructura. De su estudio podemos sacar la conclusión que dependiendo
de la forma del material de que se compone un cuerpo, este será más sensible a un tipo de esfuerzo que a otro.
9 Módulo de Estructuras – Tecnología e Informática
1. En la siguiente tabla, escribe el nombre del tipo de esfuerzo
según el efecto que produce y realiza el dibujo que lo
representa.
Esfuerzo Efecto que
producen Dibujo
Las fuerzas tratan de
estirar el cuerpo (y éste
tiende a alargarse).
Las fuerzas tratan de
aplastar o comprimir el
cuerpo (éste tiende a
acortarse).
Las fuerzas tratan de
doblar el cuerpo
(normalmente debido al
peso), al estar dicho
cuerpo apoyado sobre
sus extremos.
Las fuerzas que tratan de
retorcer el cuerpo
(debido al giro).
Dos fuerzas actúan en
sentidos opuestos sobre
la misma sección del
cuerpo (como las
Actividad 3
10 Módulo de Estructuras – Tecnología e Informática
2. Escribe el esfuerzo que aparece representado en cada imagen.
Elementos de las Estructuras
Pilares (Columnas): Son los
elementos verticales de una
estructura y se encargan de
soportar el peso del forjado.
Los pilares están sometidos
a esfuerzos de compresión. Si los
pilares son cilíndricos se llaman
columnas y si son cuadrados se
llaman pilastras. Las pilastras
están pegadas a las paredes.
tijeras), tratando de
cortarlo.
11 Módulo de Estructuras – Tecnología e Informática
Vigas: Son los
elementos horizontales de una
estructura con forma de prisma
rectangular. Las vigas están sometidas
a esfuerzos de flexión. Las vigas
soportan el peso del forjado. Las barras
que forman parte del forjado se llaman
viguetas y se llaman así porque son
vigas pequeñas. Las vigas se colocan
siempre sobre dos pilares. Entre las
viguetas se colocan unos bloques
llamados bovedillas.
Forjado: Es el suelo y el techo de los
edificios. Aunque sólo veamos en el
suelo las baldosas, bajo ellas hay una
estructura llamada forjado que está
formada por barras y relleno de
hormigón.
Cimentación: El peso total de la estructura no va directamente hasta el
suelo (si fuese así, se hundiría como una estructura de palillos levantada
sobre mantequilla). La cimentación se emplea para que los pilares de la
estructura no se claven en el terreno y se hunda en él. Funciona como
los zapatos del edificio. Fundamentalmente adoptan la forma de zapatas
(dados anchos) o losas de hormigón armado para repartir toda la carga
en el terreno.
12 Módulo de Estructuras – Tecnología e Informática
Tirantes: es un elemento
constructivo que está sometido
principalmente a
esfuerzos de tracción. Otras
denominaciones que recibe
según las aplicaciones son:
riostra, cable, tornapunta y
tensor. Algunos materiales que
se usan para fabricarlos son
cuerdas, cables de acero,
cadenas, listones de madera,
etc.
Arcos, Bóvedas y Cúpulas
Estos elementos trabajan a compresión. Su principal finalidad es la de
cubrir un espacio, entre dos muros en el caso de las bóvedas o entre 4 o
más en el de las cúpulas.
Arcos: es un elemento que se emplea mucho en las estructuras para dar
solidez (y salvar distancias). Soportan esfuerzos de compresión.
13 Módulo de Estructuras – Tecnología e Informática
Bóvedas: es un elemento constructivo superficial, generalmente
elaborado en mampostería o fábrica, en el que sus piezas y
componentes trabajan a compresión.
Cúpulas: La cúpula (también conocida como «domo») es un
elemento arquitectónico que se utiliza para cubrir un espacio de
planta circular, cuadrada, poligonal o elíptica, mediante arcos de perfil
semicircular, parabólico u ovoide, rotados respecto de un punto central
de simetría.
14 Módulo de Estructuras – Tecnología e Informática
1. Completa
a. Los tirantes del puente de la imagen soportan fuerzas de
_______________________.
b. Las columnas o Pilares soportan esfuerzos de
_____________________.
c. Las vigas soportan esfuerzos de ___________________________.
d. Las Cúpulas también se conocen con el nombre de _____________.
e. Los tirantes soportan esfuerzos de _________________________.
f. Las bóvedas, el arco y la cúpula soportan esfuerzos de
_________________________.
Nombre del Estudiante: _______________________________________
Grado _____ Curso _____ Periodo 3°
Unidad Temática: Las Estructuras
Actividad 4
