TEMA: ESTRUCTURAS

1º ESO
Departamento de tecnología
TEMA: ESTRUCTURAS
ÍNDICE
1. CONCEPTO Y PROPIEDADES
2. ESTABILIDAD Y CENTRO DE GRAVEDAD
3. ELEMENTOS RESISTENTES
4. CLASES DE ESFUERZOS
5. ESTRUCTURAS RÍGIDAS Y ARTICULADAS
6. TIPOS DE ESTRUCTURAS
7. EJERCICIOS
8. PROYECTOS
1. CONCEPTO Y PROPIEDADES
Una estructura es un elemento o conjunto de elementos unidos entre si con la finalidad de
soportar diferentes tipos de esfuerzos.
Un esfuerzo es la capacidad que tiene una cuerpo para resistir diferentes fuerzas externas.
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Las estructuras han de ser resistentes, ligeras y estables.
Una estructura es resistente cuando no se desmorona ni se vuelca. Además tiene que soportar
diferentes fuerzas (cargas) y su propio peso. La resistencia depende de las propiedades mecánicas
del material y del tipo de esfuerzo que al que se somete.
Interesa que sea ligera para que resista mejor su propio peso y para que cueste menos construirla,
cuantos menos material más barata es la estructura. Por esto uno de los elementos presentes en la
mayoría de las estructuras son las barras o perfiles.
2. ESTABILIDAD Y CENTRO DE GRAVEDAD
Una estructura es estable cuando no cae o vuelca por la acción de las fuerzas que actúan sobre
ella.
La estabilidad de una estructura aumenta.
Cuanto mayor sea la relación entre la superficie de la base y la altura.
Cuanto más bajo se sitúe su centro de gravedad
El centro de gravedad de un cuerpo es el punto de aplicación de la suma de todas las fuerzas que
constituyen el peso del cuerpo.
Para calcular el centro de gravedad de un cuadrado, rectángulo, hexágono y octógono solo tenemos
que unir los vértices mediante una línea y el punto de intersección será el centro de gravedad.
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¿Cómo determinar experimentalmente el centro de gravedad?
1- Se dibuja la silueta del objeto en cartón grueso, se recorta y se cuelga de un clavo del que
también colgará un peso suspendido de un hilo o cuerda y se dibuja la línea que marca el hilo sobre
el cartón.
2- Se repite la operación varias veces colgando la silueta del objeto por otros puntos. El punto de
intersección de las líneas dibujadas marcará la situación del centro de gravedad.
3- ELEMENTOS RESISTENTES
Observando y comparando estructuras, podemos encontrar en la mayoría de ellas algunos elementos
comunes:
Los pilares son los apoyos verticales sobre los cuales descansan las vigas y el resto de la estructura.
Si su sección es circular recibe el nombre de columna.
Columnas Romanas
Pilares puente AVE Madrid
Las vigas son piezas horizontales. Se apoyan sobre dos puntos, y su misión es soportar cargas.
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Los tirantes o tensores son los cables inextensibles y que tienen múltiples funciones dentro de las
estructuras.
Pueden servir para sujetar o colgar vigas, como en el caso de la mayoría de los puentes
modernos
Pueden servir de elemento de sujeción de los elementos verticales de la estructura, como
sucede con los palos de una tienda de campaña o con las antenas de televisión
Las escuadras o cartelas son triángulos rectángulos que se emplean para
reforzar estructuras. Pueden se planas ( para unir una viga con una columna),
en forma de L o en forma de prisma. En los dos últimos casos se emplean para
unir vigas con pilares y también para mantener verticales dichos pilares.
Perfiles
Si nos fijamos en la estructura de una nave industrial o en la de una grúa, observamos que sus
elementos tienen forma de L, forma de T, forma cuadrada pero no hueca...
Para conseguir estructuras más ligeras, se utilizan los perfiles. Doblando los materiales de manera
que tomen ciertas formas, se consigue que soporten grandes pesos con menor cantidad de material.
Los perfiles con forma de L o de V son los menos resistentes. El perfil redondo es el de mayor
resistencia. Los cuatro primeros perfiles son abiertos y los tres últimos cerrados.
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4- CLASES DE ESFUERZOS
Dependiendo de su posición dentro de la estructura y del tipo de fuerzas que actúan sobre
ellos, los elementos o piezas de las estructuras soportan diferentes tipos de esfuerzos. Dichos
esfuerzos pueden ser de:
Tracción, se produce cuando las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a estirarla, alargarla,
tal y como sucede, por ejemplo, con los cables de un puente colgante.
Compresión, ocurre cuando las fuerzas que soporta la pieza tiende a aplastarla, comprimirla,
como en el caso, por ejemplo de los pilares.
Flexión, sucede cuando las fuerzas que actúan sobre la pieza tienden a doblarla, curvarla, como
sucede con las vigas.
Corte o cizalladura, cuando las fuerzas que soporta la pieza tienden a cortarla. Este es el tipo de
esfuerzo de esfuerzo al que están sometidos los puntos de apoyo de las vigas.
Torsión, se produce cuando las fuerzas que soporta la pieza tiende a retorcerla o girarla. Es el
caso de cualquier eje, los cigüeñales y manivelas.
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5- ESTRUCTURAS RÍGIDAS Y ARTICULADAS
Si se construye un triángulo con tres pletinas agujereadas uniendo sus extremos con tornillos
y tuercas, se puede observar que, al aplicar una fuerza en cualquiera de sus vértices, la estructura no
se deforma. El triángulo es, por tanto, una estructura rígida.
Una estructura rígida es aquella que, al someterla a diferentes esfuerzos, no se puede
deformar son que se produzca la rotura de alguno de sus elementos.
Del mismo modo, si se construye un cuadrilátero con cuatro pletinas, al aplicar una fuerza
en cualquiera de sus vértices, se deforma la estructura. El cuadrilátero es una estructura que se
puede articular por sus vértices.
Una estructura articulada es la que se deforma por medio del desplazamiento de sus
elementos al aplicarse una fuerza.
Para hacer que la estructura del cuadrilátero se convierta en una estructura rígida, basta con
unir los vértices correspondientes a los extremos de una de sus diagonales con una quinta pletina.
Observando atentamente el cuadrilátero, resulta sencillo darse cuanta de que al colocar el tirante en
una de sus diagonales se ha transformado en dos triángulos que tienen un lado común, el que forna
su diagonal.
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Las estructuras de polígonos de más de cuatro lados son estructuras articuladas que se
pueden convertir en estructuras rígidas colocando barras en las diagonales que unen sus vértices o
escuadras de sus ángulos.
Las estructuras de triángulos proporcionan rigidez a grandes estructuras, como puentes, las
grúas o las torres metálicas. De manera similar, para conseguir mayor rigidez en estanterías
metálicas desmontables se emplean escuadras planas triangulares en los ángulos de unión de sus
elementos.
6. TIPOS DE ESTRUCTURAS
Según los elementos que componen las estructuras las podemos clasificar en:
Masivas: Emplean elementos muy pesados: piedras, arcillas, maderas, y apenas tienen huecos. Los
elementos que las componen trabajan a compresión.
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Arcos, Bóvedas y Cúpulas: Sus elementos trabajan a compresión. Su finalidad es la de cubrir un
espacio, entre dos muros en el caso de las bóvedas o entre 4 o más en el caso de las cúpulas.
Entramadas: Combinan elementos como las vigas, pilares y columnas. De madera, acero y
hormigón
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Trianguladas: A menudo nos encontramos estructuras que se hayan formadas por un conjunto de
perfiles agrupados geométricamente formando una red de triángulos, son denominadas cerchas. Las
vemos en las construcciones industriales, grúas, gradas metálicas, postes eléctricos...
Colgadas: Sus principales elementos son cables y tensores
Laminares: Están formadas por láminas o planchas, como la carrocería de un coche o el fuselaje
de un avión.
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7.
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EJERCICIOS
1- ¿Qué es una estructura y que finalidad tiene? Busca cinco ejemplo dentro de clase.
2- Explica las tres características que tienen que tener las estructuras
3- ¿Cuando aumenta la estabilidad de las estructuras? Dibuja dos ejemplos
4- Calcula el centro de gravedad de las siguientes figuras:
5- Explica como calcularías el centro de gravedad de un polígono irregular.
6- Define los siguientes elementos resistentes y realiza un dibujo de cada uno.
Pilar:
Columna:
Viga:
Tirantes o tensores:
Escuadra o Cartela:
Perfiles:
7- Señala todos los elementos resistentes que tienen las siguientes estructuras;
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8- Realiza los dibujos de los diferentes perfiles que existen.
9 - ¿Qué diferencia hay entre una estructura rígida y otra articulada? Pon dos ejemplos de cada uno.
10- Di si las siguientes estructuras son rígidas o articulas y en el caso que fueran articuladas
conviértelas en estructuras rígidas.
11- Nombra y define los siguientes tipos de esfuerzos. Pon dos ejemplos de cada uno.
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12- Di qué tipo de esfuerzo están sometidos los siguientes elementos:
Un gancho colgado
de la pared
La pata de una silla
La cuerda de un
globo
El eje de pedal de
una bicicleta
La cadena de una
bicicleta
Un tirante
Un bastón
Un gancho colgado
del techo
La punta de un
bolígrafo
Un tablón de un
andamio
El pomo de una
puerta
Un destornillador
apretando un
tornillo
Una goma de pelo
en una coleta
Unas tijeras
cortando papel
Una viga
La correa de una
persiana
Una columna
Abrir un tapón de
rosca
El remache que une
dos eslabones en la
cadena de una
bicicleta
Abrir un tapón de
rosca
13- Investiga que es el pandeo. Busca dos elemento que estén sometidos a pandeo.
14- Indica el tipo de estructura:
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