Download Unidad 3: Estructuras y esfuerzos.

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1. ESTRUCTURAS.
1.1 DEFINICIÓN
Todos los objetos y las construcciones que nos rodean están diseñados para
mantener la estabilidad y el equilibrio frente a las acciones externas, así
como para soportar su propio peso y el de los elementos que contienen.
Todo objeto debe tener una estructura que soporte las fuerzas. Esta
estructura será la más adecuada y, a ser posible, la más sencilla para que
funcione y resulte económica. En ocasiones, la estructura la proporciona un
elemento aislado dentro del objeto, mientras que en otras todo el objeto
es en sí mismo estructura.
Una estructura es un conjunto de elementos unidos entre sí destinados a
soportar los efectos de las fuerzas que actúan sobre él. La estructura
impide, así, que el cuerpo se rompa o se deforme en exceso.
1.2. FUNCIONES DE UNA ESTRUCTURA.
Cualquier estructura que consideremos está diseñada para desempeñar
cuatro funciones básicas:
 Soportar el peso de la propia estructura y el de los objetos que se
encuentran en ella.
 Sostener objetos de forma estable y sin deformaciones excesivas.
 Contener elementos, objetos y personas en su interior.
 Proteger el contenido y la propia estructura de la acción de los
elementos externos.
1.3. TIPOS DE ESTRUCTURAS.
La mayoría de estructuras se pueden clasificar según varios criterios:
 Según su origen: natural o artificial.
 Según el número de elementos: simple o compuesta
 Según su fijación: fija o desmontable.
 Según su forma: masiva, laminar o de carcasa, de armazón.
Las estructuras masivas son estructuras pesadas y macizas que se
construyen acumulando o apilando materiales para soportar pesos y
empujes muy grandes (muros gruesos, pirámides, presas,…).
Las estructuras laminares están formadas por paneles o láminas
delgados y resistentes que forman una especie de caja o carcasa
que protege y contiene objetos y personas (chasis y carrocería de
coches, fuselaje de aviones, cascos de motorista, latas de
conserva,…).
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Las estructuras de armazón están formadas por pieza alargadas
como barras, tubos, pilares, vigas o cables unidos entre sí para
formar una especie de esqueleto o armazón. Según cómo estén
colocados estos elementos, pueden ser: entramadas (sus elementos
forman una malla de piezas verticales y horizontales, como en una
silla o los pilares y vigas de un edificio), trianguladas (construidas
con barras que forman triángulos, como en las torres de red
eléctrica, las grúas o el esqueleto humano) o colgadas (soportan
parte del peso de la construcción mediante cables, como en los
puentes colgantes).
2. ESFUERZOS.
Una estructura está sometida a la acción de numerosas fuerzas. Estas originan
la aparición de distintos tipos de esfuerzos que la estructura debe soportar
para mantenerse equilibrada.
Se denominan esfuerzos a los diferentes tipos de acciones que ejercen las
fuerzas sobre los elementos de una estructura.
Podemos encontrar los siguientes tipos de esfuerzos:
 Tracción. Los esfuerzos de tracción tienden a estirar los elementos que
los han de soportar. Es el tipo de esfuerzo al que está sometido un
cable del que cuelga un peso.
 Compresión. Los esfuerzos de compresión tienden a comprimir o
aplastar los elementos. Es el caso de los pilares o las columnas.
 Flexión. Los esfuerzos de flexión tienden a doblar los elementos. Es el
tipo de esfuerzo que soporta la balda de una estantería o las tablas de
un somier.
 Torsión. Los esfuerzos de torsión tienden a retorcer los elementos. Es
el tipo de esfuerzo al que están sometidos las manivelas, las llaves al
abrir la cerradura o el lápiz al sacarle punta.
 Cizalladura o corte. Los esfuerzos de cizalladura tienden a cortar los
elementos, por ejemplo al romper un papel con las manos.
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Ejemplo de esfuerzos en algunos objetos:
3. ELEMENTOS RESISTENTES
Son los elementos básicos con los que se construye una estructura. Los más
utilizados son:
 Pilares. Son los apoyos verticales sobre los que descansan las vigas y el
resto de la estructura. Están sometidos a esfuerzos de compresión,
debido al peso de los elementos que se apoyan sobre ellos.
 Vigas. Son piezas horizontales con forma de prisma rectangular. Se
apoyan sobre dos puntos y su misión es la de soportar las cargas de la
estructura y transmitirlas a los pilares. Están sometidas a esfuerzos de
flexión en el centro y de cizalladura en los puntos de apoyo sobre los
pilares.
 Tirantes. Son cables inextensibles que se emplean para sujetar o
colgar vigas o para estabilizar los elementos verticales de la
estructura. Tienen que soportar esfuerzos de tracción.
 Escuadras. Son triángulos rectángulos que se emplean para reforzar la
estructura.
 Diagonales. Son barras que unen dos vértices opuestos de un polígono.
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
Arcos. Son elementos con forma curvilínea que se apoyan sobre dos
pilares. Están sometidos a esfuerzos de compresión.
4. CONDICIONES QUE DEBE REUNIR UNA ESTRUCTURA
Para cumplir su función, una estructura debe cumplir dos requisitos:
 Ser estable. Debe mantenerse en equilibrio sin volcarse ni caerse.
La estabilidad de una estructura depende básicamente de dos
factores: la forma (las estructuras bajas y anchas son más estables que
las delgadas y altas) y la distribución de su masa (será más estable si
se concentra mucha masa en la base). Para aumentar la estabilidad de
una estructura puede emplearse, entre otras, las siguientes técnicas:
 Aumentar la superficie de apoyo (coches de fórmula 1)
 Aumentar el peso de la base (canastas de baloncesto)
 Empotrar la estructura en el suelo (farolas)
 Sujetarlas con cables (antenas)
 Ser resistente. Tiene que mantener la forma sin romperse y sin
deformarse permanentemente. La resistencia de las piezas de una
estructura depende del material con el que están hechas y de la forma
o el perfil que adopten. Para mejorar la resistencia podemos emplear:
 la triangulación. Consiste en añadir barras para dividir
los polígonos en triángulos.

perfiles. Un perfil es una barra que tiene una forma
determinada: en U, en L, … Al darles a las barras estas
formas se consiguen estructuras que soportan grandes
esfuerzos empleando mucho menos material del que
sería necesario si se construyeran con barras sólidas.
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5. CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS
En la vida real las estructuras se construyen utilizando los materiales más
adecuados y los recursos necesarios para garantizar su resistencia a los
esfuerzos y su estabilidad.
5.1. CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS MASIVAS.
Requieren el uso de materiales macizos, que pueden ser:
 Naturales. Se extraen de la corteza terrestre, en forma de rocas
compactas (caliza, pizarra, mármol, granito) o materiales disgregados
o áridos (gravas, arena, arcilla,…)
 Transformados. El material transformado más utilizado es el hormigón,
que resulta de mezclar cemento, áridos y agua. Cuando se seca,
adquiere una consistencia parecida a la piedra natural.
5.2. CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS LAMINARES.
Los paneles que forman las estructuras están confeccionados con materiales
muy diversos:
 Cartón y plástico, para estructuras ligeras como los aparatos eléctricos
o los embalajes.
 Madera, para algunas estructuras resistentes, como los muebles o las
estanterías.
 Planchas de acero para trenes, barcos, aviones y automóviles.
 Hormigón en forma de anillos, para los túneles de ferrocarril.
5.3. CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS DE ARMAZÓN
Para obtenerlas se emplean también diversos materiales:
 Madera, para estructuras ligeras como una silla.
 Perfiles metálicos, sobre todo de acero, para sistemas de almacenaje y
edificación.
 Hormigón, para los pilares y vigas de edificios.
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1. Indica
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
la función principal de las siguientes estructuras:
Puente
Coche
Caballete pintor
Candelabro
Carro de compra
Papelera
Cartón de huevos
Casco de motorista
2. Indica
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
el tipo de estructura:
Una noria de feria
Un puente de piedra
Un teléfono móvil
Una jaula para pájaros
Un frigorífico
Una muralla
Una antena colectiva de televisión
Edificio
Carpa de circo
3. Explica qué tipo de esfuerzo se realiza en cada una de las actividades
siguientes:
a. Mover un volante
b. Estirar un muelle
c. Cortar un papel con tijeras
d. Doblar un alambre
e. Aplastar un bote vacío
f. Saltar sobre un trampolín
g. Serrar un listón.
h. Arrastrar el carrito de la compra
i. Atornillar un tirafondo
4. Determina a qué tipo de esfuerzo están sometidos los siguientes elementos:
a. El cable de una grúa
b. El fémur, estando de pie
c. Cimientos de un edificio
d. Vigas de una casa
e. Una llave mientras abrimos una puerta con ella
f. Una alcayata de la que cuelga un cuadro
g. Un tornillo mientras se está atornillando.
h. Las patas de un mueble
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5. Añade el mínimo número de barras posible a estas estructuras para formar
triángulos y conseguir que sean indeformables:
6. Añade el mínimo número de barras posible a estas estructuras con el fin de
hacerlas completamente rígidas:
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