Estructuras. TEDI2

Tema 5: Estructuras

Empezar

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Tema 5: Estructuras

Puente artístico Madrid Río

¿Has estado allí alguna vez?

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Tema 5: Estructuras

https://youtu.be/htDqLy4G7z8?si=nK00OhfD-szCbLk9

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Índice

1.

¿Qué aprenderemos?

2.

Introducción

3.

Estructuras

4.

Funciones de las estructuras.

5.

Tipos de estructuras

6.

Fuerzas, cargas y esfuerzos

7.

Resistencia, estabiliadad y rigidez

8.

Resumiendo...

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Piensa...

• Piensa en el esqueleto humano. ¿Conoces algún animal que no tenga esqueleto? ¿Qué pasaría si los humanos no tuviéramos esqueleto?

• Imagina que tienes tres mesas, de una, de dos y de tres patas. ¿Cómo colocarás las patas en cada caso para que las mesas sean lo más estables posible y no se caigan?

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1. ¿Qué aprenderemos?

• Las estructuras
• Tipos de estructuras y elementos estructurales
• Fuerzas, cargas y esfuerzos
• Conseguir resistencia, estabilidad y rigidez

Saberes básicos

• A Proceso de resolución de problemas
• E Tecnología sostenible

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3. Las estructuras

Una estructura es un conjunto de elementos dispuestos de forma apropiada para soportar el peso de un cuerpo y mantener su forma, pese a las fuerzas externas que puedan actuar sobre él.

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3. Estructuras

Estructuras naturales Panal: celdillas hexagonales Nido Cáscara de huevo Esqueleto

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3. Estructuras

Estructuras artificiales Rascacielos Puentes Grúas

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4. Funciones de las estructuras

El diseño de una estructura debe combinar la máxima resistencia con la mínima cantidad de material, para que, además de cumplir su función, la construcción sea lo más ligera y económica posible.

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4. Funciones de las estructuras

Sirven para:

• Dar forma al objeto (varillas de paraguas)
• Soportar fuerzas manteniendo la forma (estantería)
• Proteger (carrocería de coche, carcasa del móvil)
• Elevar (rascacielos, torres de alta tensión).
• Generar espacios (marquesinas, pérgolas)
• Atravesar espacios (puentes, viaductos).

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Estructuras rígidas y estructuras articuladas

Las estructuras pueden ser rígidas o articuladas, según si permiten o no el movimiento entre las piezas rígidas que las componen.

• Una silla plegable es una estructura articulada artificial.
• Los huesos y los ligamentos forman la estructura del tobillo (una estructura articulada natural).

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5. Tipos de estructuras

Todas las estructuras se basan en distintos elementos estructurales que se encargan de suministrar la suficiente resistencia.

Clasificación de las estructuras en función de su elemento estructural predominante:

• Estructuras masivas
• Estructuras adinteladas
• Estructuras de arcos y bóvedas
• Estructuras triangulares
• Estructuras laminares

• Estructuras geodésicas
• Estructuras con tirantes o colgadas
• Estructuras entramadas
• Estructuras neumáticas

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5. Tipos de estructuras

Estructuras masivas

Son macizas, sólidas, pesadas y muy resistentes. Realizadas en materiales muy pesados (piedras, cemento...)Ejemplos: los muros, las presas y, en la antigüedad, las pirámides

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5. Tipos de estructuras

Estructuras adinteladas

Construidas con dinteles: vigas horizontales que se apoyan en los soportes verticales con el fin de cubrir espacios. Ejemplos: los dólmenes y los templos del antiguo Egipto (como el de Karnak) y la Grecia clásica (como el Partenón).

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5. Tipos de estructuras

Estructuras de arcos y bóvedas

Los arcos y las bóvedas están formados por bloques de piedra, sujetos por su propio peso, para cubrir un espacio entre dos pilares o muros. El arco es lineal y la bóveda es superficial

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5. Tipos de estructuras

Estructuras triangulares

Están formadas por barras que forman triángulos o por cerchas. Se caracterizan por ser ligeras a la vez que resistentes. Ejemplos: las grúas y las torres de alta tensión.

Cerchas: elemento de construcción constituido por barras que forman estructuras triangulares

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5. Tipos de estructuras

Estructuras laminares

Están formadas por láminas que constituyen una carcasa de protección y sujeción. Ejemplos: la carrocería de un coche, el fuselaje de un avión y la carcasa de un móvil.

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5. Tipos de estructuras

Estructuras geodésicas

Son estructuras en forma de globo terrestre formadas por triángulos que a su vez forman pentágonos o hexágonos. Pueden considerarse una mezcla de estructuras trianguladas y abovedadas.

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5. Tipos de estructuras

Estructuras con tirantes o colgadas

Se mantienen mediante tirantes de cable, normalmente de acero, unidos a soportes resistentes. Suelen encontrarse sobre todo en puentes.

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5. Tipos de estructuras

Estructuras entramadas

Están formadas por pilares (verticales) y vigas (horizontales) unidos, además de cimientos, que funcionan como elementos de soporte. Ejemplo: la estructura de un edificio.

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5. Tipos de estructuras

Estructuras neumáticas

Lonas tensadas con aire a presión. Ejemplo: un hangar hinchable, un castillo infantil...

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6. Fuerzas, cargas y esfuerzos

https://youtu.be/Y1l8fNrVh8c?si=F7TRIDSIlu16TAxj "Tipos de esfuerzos" del Canal Grupo A7 UPM

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6. Fuerzas, cargas y esfuerzos

FUERZA: causa por la cual un cuerpo se deforma o cambia su estado de reposo o de movimiento. En estructuras, las fuerzas se denominan cargas. Cuando actúan fuerzas sobre una estructura no debe deformarse ni cambiar su estado de reposo. Debe soportar su propio peso además de otras cargas y acciones externas (agua, viento, impactos, sacudidas sísmicas...

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6. Fuerzas, cargas y esfuerzos

Para construir una estructura nos interesa conocer la fuerza que actúa sobre ella y el efecto que dicha fuerza produce sobre la estructura. Este efecto se llama esfuerzo: son las tensiones internas a las que se somete un cuerpo cuando actúan sobre él varias fuerzas.

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6. Fuerzas, cargas y esfuerzos

TIPOS DE ESFUERZOS: compresión, tracción, flexión, torsión y cortadura o cizalladura

Compresión

Se produce cuando dos fuerzas de sentido contrario actúan sobre un cuerpo y tienden a aplastarlo, es decir, a reducir su longitud o su grosor. Lo sufren las estructuras que deben soportar pesos

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6. Fuerzas, cargas y esfuerzos

Tracción

Se produce cuando dos fuerzas de sentido contrario actúan sobre un cuerpo y tienden a alargarlo. Por ejemplo, dos personas que tiran de una cuerda en sentidos opuestos y los tirantes de cable de un puente.

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6. Fuerzas, cargas y esfuerzos

Flexión

Las fuerzas que actúan sobre el cuerpo tienden a doblarlo o flexionarlo. Se necesitan tres fuerzas: una será el peso, y otras dos fuerzas más en sentido contrario en los apoyos. Ejemplos: baldas de una estantería con libros o las vigas de un edificio.

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6. Fuerzas, cargas y esfuerzos

Torsión

Se produce cuando dos fuerzas de sentido contrario actúan sobre un cuerpo y tienden a retorcerlo. Por ejemplo: retorcemos un trapo para escurrirlo, una llave que abre una cerradura.

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6. Fuerzas, cargas y esfuerzos

Cortadura o cizalladura

Cuando dos fuerzas de sentido contrario actúan sobre un cuerpo en líneas de acción muy próximas y tienden a cortarlo. Ejemplo: cortar papel con unas tijeras o las vigas, que sufren esfuerzo de cortadura en el punto de apoyo

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6. Fuerzas, cargas y esfuerzos

Pandeo

Fenómeno que sufren los pilares y columnas, ya que, al trabajar a compresión, se llegan a flexionar.

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6. Fuerzas, cargas y esfuerzos

Actividad

Indica cuál es el esfuerzo en estos casos:

• Un mono cuelga de una liana (objeto: liana)
• Una persona se sube a una báscula (objeto: báscula)
• Una persona aprieta un tornillo con un destornillador (objeto: tornillo)
• Un gimnasta hace ejercicio sobre una barra de equilibrio (objeto: barra de equilibrio)
• Un niño pone una tapa a un rotulador (objeto: rotulador)

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7. Resistencia, estabilidad y rigidez

Para ser seguras las estructuras deben cumplir 3 condiciones:

• Resistencia. La estructura debe resistir a las fuerzas a las que va a estar sometida a lo largo de su vida útil.

• Estabilidad. La estructura debe permanecer en equilibrio estable ante las fuerzas a las que va a estar sometida a lo largo de su vida útil.
• Rigidez. La estructura debe permanecer rígida, sin deformaciones, ante las fuerzas a las que va a estar sometida a lo largo de su vida útil.

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7. Resistencia, estabilidad y rigidez

Una estructura tendrá un comportamiento adecuado si no se rompe (resistencia), si no se cae (estabilidad) y si no se deforma (rigidez). Para ello necesito tener muy en cuenta:

• El tipo de fuerzas y el punto donde éstas se apliquen
• La forma de la estructura y los elementos que la componen
• Los materiales con que esté construida la estructura

IMPORTANTE

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7. Resistencia, estabilidad y rigidez

¿Cómo aumentamos la resistencia?

Debemos conocer bien los materiales para poder escoger el mejor material a emplear y economizarlo. Para ello usamos perfiles: son elementos de construcción de forma alargada que permiten ahorrar material y son igualmente resistentes a los esfuerzos. Ej.: Si se necesita una viga ligera, se puede construir de acero en lugar de hormigón, pero en ese caso no hará falta que sea maciza, sino que se recurrirá a un perfil de acero.

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7. Resistencia, estabilidad y rigidez

¿Cómo aumentamos la resistencia?

La elección de su forma dependerá de los tipos de esfuerzos a que se vaya a someter.

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7. Resistencia, estabilidad y rigidez

¿Cómo aumentamos la estabilidad?

La estabilidad de una estructura depende de la situación de su centro de gravedad. El centro de gravedad es el punto en el cual se puede considerar concentrado el peso de un objeto.

La posición del centro de gravedad de la segunda, alejado de la base, hace que tienda a caerse.

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7. Resistencia, estabilidad y rigidez

¿Cómo aumentamos la estabilidad?

• Situando el centro de gravedad de la estructura en un punto cercano a la base.
• Ensanchando la base (la superficie de apoyo) de la estructura.
• Realizando una buena cimentación de la estructura.
• Sujetando la estructura con anclajes.

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7. Resistencia, estabilidad y rigidez

¿Cómo aumentamos la rigidez?

La TRIANGULACIÓN es un procedimiento para hacer rígidas algunas estructuras que no lo son. Se basa en que el triángulo es la única figura que no se deforma. Por tanto, una estructura que tiene forma de triángulo es rígida.

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7. Resistencia, estabilidad y rigidez

Actividad

Indica si las siguientes figuras son inestables, estables o muy estables y explica por qué.

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7. Resistencia, estabilidad y rigidez

En la Torre de Pisa lo que falló fue la estabilidad debido a unos cimientos débiles en un subsuelo inestable. No se derrumbó gracias a que durante 100 años no prosiguieron su construcción y el suelo se asentó.

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ACTIVIDAD

Haz un resumen/esquema de este tema en tu cuaderno o en Word/Pdf y adjúntalo a la tarea 1 del tema 5 de tu Aula virtual

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8. Resumiendo...

• Estructura: conjunto de elementos dispuestos de forma apropiada para soportar el peso de un cuerpo y mantener su forma, pese a las fuerzas externas que puedan actuar sobre él.

• Sirven para: dar forma al objeto, soportar fuerzas manteniendo la forma, proteger, elevar, generar espacios y atravesar espacios.
• Tipos de estructuras y elementos estructurales: masivas, adinteladas, de bóvedas y arcos, trianguladas, laminares, geodésicas, con tirantes o colgadas, entramadas, neumáticas.

• Fuerza (carga en estructuras): causa por la cual un cuerpo se deforma o cambia su estado de movimiento o de reposo.

• Los esfuerzos son las tensiones internas a las que se somete un cuerpo cuando actúan sobre él varias fuerzas.
• Los esfuerzos básicos son: compresión, tracción, flexión, torsión, cortadura (o cizalladura) y pandeo.

• Podemos decir, simplificando, que una estructura tendrá un comportamiento adecuado si no se rompe (resistencia), si no se cae (estabilidad) y si no se deforma (rigidez).
• Para aumentar la resistencia, se eligen bien los elementos estructurales y los materiales.
• Para aumentar la estabilidad, se sitúa el centro de gravedad cerca de la base, se ensancha la base, se hace una buena cimentación y se usan anclajes.
• Para aumentar la rigidez se recurre a la triangulación.

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BIBLIOGRAFÍA Y FUENTES CONSULTADAS

• Gómez, A., Parramón, E., Sánchez-Seco, C. (2023) Tecnología y digitalización 2º ESO. Proyecto Star. Editorial Donostiarra.

• Canal Voxelstudios. (2012) Puente artístico. Madrid Río. https://youtu.be/htDqLy4G7z8?si=g0mRrJsZbhrixyx_

• Canal Grupo A7 UPM. (2019) Tipos de esfuerzos. https://youtu.be/Y1l8fNrVh8c?si=GucbQYJf8BvaZ3mN