2ºESO (oxford). Tema 4. Estructuras y mecanismos

Tema 4

Estructuras

fuerzas

Una fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo (efecto estático) o alterar su estado de movimiento o reposo (efecto dinámico).

Estructuras

Una estructura es el conjunto de elementos de un cuerpo destinados a soportar las acciones externas para evitar que se rompa o se deforme en exceso.

• Las estructuras naturales son aquellas que se han formado sin la intervención del ser humno. Por ejemplo, la concha de un molusco, una cueva o el nido de un pájaro.

• Las estructuras artificiales son aquellas creadas por el ser humano para atisfacer una necesidad. Pueden ser las patas de una silla o la carcasa de un ordenador.

cargas

Una carga es una fuerza que actúa sobre una estructura, y puede ser fija o móvil. Cargas fijas o permanentes: son aquellas cargas constantes, es decir, que no cambian con el tiempo. Un ejemplo sería el peso de la estructura de un puente o del asfalto que hay sobre él. Cargas variables: son aquellas que cambian a lo largo del tiempo, como por ejemplo, el peso de las personas en un edificio o el tráfico que circua sobre un puente.

Llamamos esfuerzo a la tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas.

Los esfuerzos se clasifican según la deformación que producen y son los siguientes: tracción, compresión, torsión, flexión y cizalla o cortante.

FLEXIÓN

TRACCIÓN

CORTANTE

Trata de seccionar.

Trata dedoblar.

Trata deestirar.

COMPRESIÓN

TORSIÓN

Trata deaplastar.

Trata de retorcer.

estructuras artificiales

Son aquellas estructuras creadas por el hombre con el objetivo de satisfacer una necesidad.

estructuras masivas y adinteladas

Se caracterizan por estar construidas con una gran cantidad de material, sin apenas dejar huevos, colocando bloques de piedra o arcilla unos encima de otros o excavando en la roca. Para abrir ventanas y pasos, se utilizaban dinteles (barra horizontal colocada sobre dos postes verticales con el objetivo de dejar un hueco).

Estructuras abovedadas

Están formadas por arcos y bóvedas que permiten subrir espacios mayores y dejar más hueco en las estructuras. Se debe diferenciar entre bóveda y cúpula. Una bóveda es una forma curva que ciera el espacio entre dos muros y una cúpula es una cubierta de forma semiesférica.

Estructuras trianguladas

Están formadas por barras, normalmente de madera o metálicas. La triangulación, hace que la estructura sea indeformable lo que permite construir estructuras grandes y de mayor longitud.

Estructuras colgantes

Para construirlas se emplean cables de los que cuelga la estructura. Estos cables se denominan tirantes. Cuando se pueden regular estirándolos más o menos, se llaman tensores. Los cables, solo resisten esfuerzos de tensión.

Estructuras entramadas de hormigón armado

El hormigón supuso un gran avance en la construcción ya que toma cualquier forma. Resiste muy bien a compresión y se refuerza con amaduras metálicas que resisten muy bien a tracción.

vigas

forjado

Soportan el peso del forjado.

Se sitúa bajo el suelo.

cimentación

pilares

Soportan la estrutura verticalmente.

Sirve de apoyo para los pilares y evita que se hundan.

estructuras laminares

Están formadas por láminas finas de metal, plástico o materiales compuestos como el hormigón armado. Su resistencia se debe a la curvatura y pliegues que tienen.

estructuras neumáticas

Estas estructuras son desmontables y ligeras por lo que se suelen emplear en construcciones que deben ser transportadas e instaladas de forma rápida y sencilla.

estructuras espaciales y geodésicas

Son estructuras tridimensionales de barras que combinan las propiedades de las estructuras trianguladas y las bóvedas.

condiciones de las estructuras

Para que una estructura funcione correctamente, se deben cumplir unas condiciones de estabilidad, resistencia y rigidez.

estabilidad

Para que una estructura sea estable, se deben aplicar estas soluciones:

• Aumentar el tamaño de su base.
• Empotrar la parte inferior en el suelo.
• Centrar el peso de la estructura en la parte baja.
• Atirantar la estructura para evitar que vuelque.

resistencia

Depende del material con el que se construya la estructura, de la forma que tenga cada parte y los esfuerzos a los que esté sometida. Todos los materiales tienen una tensión de rotura. Esta tensión es la máxima fuerza que pueden aguantar sin romperse. El orden de resistencia, de mayor a menos de los materiales más comunes sería: acero, piedra, hormigón, madera, plástico, hilo, cartón y papel.

rigidez

Para dar rigidez a una estructura y evitar que se deforme, se debe tener en cuenta: La forma de los elementos debe decidirse en función del esfuerzo que soportan: compresión (elementos gruesos), tracción (sección grande) y flexión (bordes grandes). Las uniones, deben ser rígidas, para ello, se entrelazan la estructura o se añaden elementos de unión. La triangulación evita deformaciones en las estructuras de barras. Además, se pueden añadir cables.

elementos estructurales

pilar y columna

Elementos verticales que soportan el peso de la estructura que está por encima de ellos.

• Pilares: cuadrados o rectangulares.

• Columnas: cilíndricas.

• Pilastras: son columnas o pilares adosados a un muro.

Viga, vigueta y dintel

Son elementos horizontales lineales y salvan el espacio entre dos apoyos.

• Las vigas de apoyan entre pilares.

• Las viguetas se sitúan dentro del forjado (suelo).

• Los dinteles salvan el espacio entre columnas o abren el espacio para ventanas y puertas.

Son elementos curvos, de dos o tres dimensiones, que sirven para cubrir el espacio entre dos muros o columnas. Están formados por piezas llamadas dovelas. La pieza superior del arco, se denomina clave y mientras se construye, se emplea una estructura auxiliar llamada cimbra.

Arcos y bóvedas

arbotantes y contrafuertes

Sostienen el peso de los arcos y las bóvedas.

• Los arbotantes son elementos exteriores.

• Los contrafuertes están empotrados en el muro.

muros de carga y contención

Son elementos verticales que transmiten los esfuerzos al terreno. Los muros de carga resisten a compresión y suelen estar hechos de piedra o ladrillo. Los muros de contención soportan flexión y se construyen de hormigón armado.

forjado

Es un elemento horizontal que se extiende en dos direcciones y transmite las cargas que soporta la estructura.

capa superior de hormigón armado

bovedillas

Viguetas

Hace que todo el forjado sea compacto.

Subren el espacio entre las viguetas.

Llevan el peso del forjado.

basamento, zapata, losa y pilote

Se encargan de repartir los esfuerzos de la estructura al terreno para que no se hunda. Al conjunto de estos elementos se les llama cimentación. Basamento: elemento interior de la estructura. Zapatas: prismas situados bajo los pilares. Losa de cimentación: se sitúa en la superficie del terreno y sirve de apoyo a la estructura. Pilotes: son columnas que se sitúan a mucha profundidad para apoyar la estructura en suelo más firme.

Son elementos lineales que resisten esfueros de tracción y que normalmente están hechos de acero.

tirantes y tensores

mecanismos

Los mecanismos son un conjunto de elementos cuyo objetivo es permitirnos realizar ciertos trabajos de manera más fácil y con menos esfuerzo. Además, nos permiten modificar la velocidad y el tipo de movimiento que vamos a realizar.

palancas

palancagrado 1

palanca grado 3

palancagrado 2

Identifica los tipos de palancas

poleas

POLEA SIMPLE F=R

POLEA MÓVIL F=R/2

polipastos

POLIPASTO EXPONENCIAL F=R/2N

POLIPASTO HORIZONTAL F=R/(2xN)

Ruedas y engranajes

RUEDAS DE FRICCIÓN

ENGRANAJES

RUEDAS CON CORREA