Tema 5: ESTRUCTURAS
Índice
01. Las estructuras
02. Los esfuerzos en las estructuras
03. Elementos en una estructura
04. Condiciones de una estructura
05. Tipos de estructuras artificiales
01
Las estructuras
¿Qué tienen en común un caracol, tu cuerpo y una mesa?
Los tres tienen una estructura que les permite resistir fuerzas y les sirve de protección.
01
Las estructuras
Una estructura es el conjunto de elementos de un cuerpo, destinado para resistir fuerzas que actúan sobre él a la vez que da la forma o lo protege.
Una estructura debe ser capaz de soportar no solo su propio peso, sino también a las fuerzas externas, llamadas cargas, que actúan sobre el cuerpo.
CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS
De acuerdo con su procedencia, existen dos tipos de estructuras: naturales y artificiales. El caparazón de un caracol o el sistema óseo del cuerpo humano son estructuras naturales porque surgen de la naturaleza sin la intervención del hombre. En cambio, las estructuras artificiales han sido construidas por el ser humano para cubrir una necesidad, como los puentes, túneles, edificios, etc. Sin embargo, en relación con su versatilidad, también se pueden clasificar en estructuras permanentes o desmontables:
Se pueden desmontar en piezas menores para facilitar su transporte.
Diseñadas para no variar ni su forma ni su ubicación.
Actividad 1:
¿Qué otras estructuras naturales conoces?
02
Los esfuerzos en las estructuras
02
2.1. Cargas y esfuerzos
Nuestro propio cuerpo posee una estructura natural. Además de sostener nuestro peso, soporta cargas, como por ejemplo la mochila que llevas de clase.
Las cargas producen unas tensiones internas en los materiales de la estructura que se llaman esfuerzos.
2.1. Cargas y esfuerzos
Existen dos tipos de esfuerzos: - Los esfuerzos estáticos. Son aquellos esfuerzos cuya carga afecta siempre a la estructura de la misma forma. Por ejemplo, el propio peso o la carga de la mochila que se apoya en la espalda provocan este tipo de esfuerzos.
- Los esfuerzos dinámicos. Son esfuerzos cuyas cargas pueden variar tanto en dirección como en sentido e intensidad. Por ejemplo, el viento o un terremoto provocan este tipo de esfuerzo porque cambian de magnitud frecuentemente.
2.1. Cargas y esfuerzos
Las estructuras suelen experimentar esfuerzos de ambos tipos, simultáneamente. Observa la ilustración. ¿Qué cargas hay? ¿Qué efectos producen?
2.2. Tipos de esfuerzos
En general, cada elemento de una estructura puede soportar esfuerzos de diferente tipo e intensidad. Estos esfuerzos pueden ser: - Tracción
- Compresión
- Flexión
- Torsión
- Cortadura
2.2. Tipos de esfuerzos
2.2. Tipos de esfuerzos
Flexión lateral o pandeo
Si el objeto es muy largo y delgado y sufre compresión, las fuerzas tienen a doblarlo. Esto ocurre cuando sobre el objeto actúan fuerzas en sus extremos en la misma dirección y sentido contrario, como cuando comprimes un palo contra el suelo.
Actividad 2:
Indica con flechas en tu cuaderno hacia dónde se ejercen las fuerzas en el balancín. ¿Qué tipo de esfuerzo sufre la barra? ¿Y los pilares?
Actividad 3:
Indica las cargas presentes y el esfuerzo que producen en estas estructuras.
03
Elementos en una estructura
03
Elementos de una estructura
Las estructuras están compuestas de diferentes elementos, unidos entre sí. Cada uno de ellos soporta esfuerzos con la finalidad de dotar a la estructura de resistencia y estabilidad. Observa algunos de estos elementos en la siguiente diapositiva.
3.1. Estructuras en el taller
De todos estos elementos, las barras o perfiles son los más utilizados a la hora de realizar una estructura en el taller. Los perfiles son estructuras muy ligeras que permiten soportar grandes cargas con menos cantidad de material.
3.1. Estructuras en el taller
Estos elementos tienen distintas formas, dependiendo del tipo de esfuerzo que tienen que soportar. Pueden ser abiertos o cerrados.
04
Condiciones en una estructura
Una buena estructura tiene que cumplir tres condiciones básicas: ser resistente, rígida y estable.
4.1. Primera condición: ¡que sea resistente!
Para que una estructura sea muy resistente, sus elementos deben soportar todas las cargas o fuerzas externas sin deformarse o romperse. Para ello, se deben elegir los materiales y la forma apropiados de los elementos que componen la estructura. Los materiales Los materiales que se utilizan en las estructuras se eligen según el tipo de esfuerzo que tienen que soportar y sus propiedades. La forma Es tan importante como el material elegido. Un mismo material puede tener diferente resistencia según la forma que se le dé.
Actividad 4:
Elige en la sigiuente lista qué materiales son más apropiados para construir la carcasa de un electrodoméstico: Madera - Vidrio - Cerámica - Metales - Polímeros - Pétreos.
Actividad 5:
¿Por qué los puentes que cruzan ríos no están fabricados de plástico? ¿Qué materiales se emplean en su elaboración?
4.2. Segunda condición: ¡que sea rígida!
Una estructura no es suficiente con que sus elementos sean resistentes, sino que la estructura tiene que ser rígida para que no se deforme. Una estructura es rígida si no se deforma cuando es sometida a esfuerzos. Se consigue creando triángulos con los perfiles y reforzando las uniones entre ellos.
Uniones y refuerzos Para evitar que los elementos de una estructura se desplacen se recurre a las uniones rígidas. La uniones rígidas se consiguen con tornillos y pernos o soldadura.
4.2. Segunda condición: ¡que sea rígida!
Triangulación La estructura simple más rígida es el triángulo porque no pierde su forma antes de romperse.
4.2. Segunda condición: ¡que sea rígida!
Triangulación La triangulación consiste en colocar nuevas barras entre los vértices (nudos) del polígono , tratando de formar triángulos.
Actividad 6:
¿Cuántas barras se necesitan para triangular las siguientes estructuras?
4.3. Tercera condición: ¡que sea estable!
Además de no romperse ni deformarse, una estructura resistente debe ser estable, es decir, que no vuelque por la acción de las fuerzas que actúen sobre ella. La estabilidad de una estructura está relacionada con el centro de gravedad (cdg). El centro de gravedad de un objeto es su punto de equilibrio, es decir, es el punto donde se aplica la fuerza peso del objeto. Su estabilidad depende de la posición de su centro de gravedad con respecto a su base de apoyo. Sin embargo, para que una estructura sea estable no basta con que el centro de gravedad esté centrado en su base, sino que debe estar lo más próximo a ella.
Una estructura es estable cuando permanece erguida (sin volcar), estando sometida a fuerzas externas. Para conseguirlo, el centro de gravedad debe estar dentro de su base y lo más cercano posible a ella.
Actividad 6:
¿Cuál de las siguientes letras es más estable? Razona tu respuesta en función del centro de gravedad.
Actividad 7:
Si ponemos una botella de agua apoyada sobre su base y otra apoyada sobre el tapón, ¿cuál de las dos estructuras es más estable? ¿Por qué?
Actividad 8:
Observa las fotos de las torres Kio y la de Pisa. ¿Cuál de las dos estructuras es más estable? ¿Por qué?
05
Tipos de estructuras artificiales
05. Tipos de estructuras
A lo largo de la historia, el ser humano se ha encontrado con necesidades como la vivienda, el transporte de personas, etc., solucionadas mediante la construcción de estructuras. Veámos las más importantes:
Estructuras masivas
Son estructuras muy pesadas y macizas que soportan grandes cargas. Están formadas por superficies muy anchas y resistentes: los muros de contención o diques, los muros de las presas, las pirámides egipcias, los acueductos romanos, las murallas, etc. Los materiales utilizados en estas construcciones son materiales pétreos como el granito y aglomerantes como el hormigón.
Estructuras entramadas
Están formadas por un entramado de piezas horizontales y verticales, unidas entre sí. Están en nuestros edificios, formadas por vigas y pilares. También utilizan este tipo de estructura las vallas de un jardín, los travesaños de una silla, etc. Suponen un ahorro en la utilización de materiales con respecto a las anteriores, así como una disminución del peso.
Estructuras trianguladas
Son estructuras formadas por la unión articulada de barras que forman triángulos. Son muy utilizadas, debido a que son ligeras y muy fáciles de montar. Se utilizan en las torres de la red eléctrica, en algunos puentes metálicos, en grúas o soportando la cubierta de polideportivos.
Estructuras colgantes
Son estructuras que están suspendidas por cables, llamados tirantes, y que se fijan a torres muy resistentes. Es el caso de los puentes colgantes, donde parte del peso de la estructura está sujeto por los tirantes. Si estos se rompieran, el puente se hundiría. Son muy utilizados en puentes donde hay que salvar grandes distancias. También se utilizan para sujetar algunar cubiertas.
Actividad 9:
Dibuja la estructura de una mesa que soporte libros. Indica los elementos de su estructura y los esfuerzos a los que están sometidos.
Actividad 10:
¿Qué ocurriría si una estructura fuera resistente, pero inestable? ¿Sería una buena estructura? Piensa en una situación en la que una estructura se comporte de esa forma.
Fin
Tema 5. Estructuras
Tema 5: Estructuras
g3gloria
Created on April 8, 2024
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Tema 5: ESTRUCTURAS
Índice
01. Las estructuras
02. Los esfuerzos en las estructuras
03. Elementos en una estructura
04. Condiciones de una estructura
05. Tipos de estructuras artificiales
01
Las estructuras
¿Qué tienen en común un caracol, tu cuerpo y una mesa?
Los tres tienen una estructura que les permite resistir fuerzas y les sirve de protección.
01
Las estructuras
Una estructura es el conjunto de elementos de un cuerpo, destinado para resistir fuerzas que actúan sobre él a la vez que da la forma o lo protege.
Una estructura debe ser capaz de soportar no solo su propio peso, sino también a las fuerzas externas, llamadas cargas, que actúan sobre el cuerpo.
CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS
De acuerdo con su procedencia, existen dos tipos de estructuras: naturales y artificiales. El caparazón de un caracol o el sistema óseo del cuerpo humano son estructuras naturales porque surgen de la naturaleza sin la intervención del hombre. En cambio, las estructuras artificiales han sido construidas por el ser humano para cubrir una necesidad, como los puentes, túneles, edificios, etc. Sin embargo, en relación con su versatilidad, también se pueden clasificar en estructuras permanentes o desmontables:
Se pueden desmontar en piezas menores para facilitar su transporte.
Diseñadas para no variar ni su forma ni su ubicación.
Actividad 1:
¿Qué otras estructuras naturales conoces?
02
Los esfuerzos en las estructuras
02
2.1. Cargas y esfuerzos
Nuestro propio cuerpo posee una estructura natural. Además de sostener nuestro peso, soporta cargas, como por ejemplo la mochila que llevas de clase.
Las cargas producen unas tensiones internas en los materiales de la estructura que se llaman esfuerzos.
2.1. Cargas y esfuerzos
Existen dos tipos de esfuerzos:- Los esfuerzos estáticos. Son aquellos esfuerzos cuya carga afecta siempre a la estructura de la misma forma. Por ejemplo, el propio peso o la carga de la mochila que se apoya en la espalda provocan este tipo de esfuerzos.
- Los esfuerzos dinámicos. Son esfuerzos cuyas cargas pueden variar tanto en dirección como en sentido e intensidad. Por ejemplo, el viento o un terremoto provocan este tipo de esfuerzo porque cambian de magnitud frecuentemente.
2.1. Cargas y esfuerzos
Las estructuras suelen experimentar esfuerzos de ambos tipos, simultáneamente. Observa la ilustración. ¿Qué cargas hay? ¿Qué efectos producen?
2.2. Tipos de esfuerzos
En general, cada elemento de una estructura puede soportar esfuerzos de diferente tipo e intensidad. Estos esfuerzos pueden ser:- Tracción
- Compresión
- Flexión
- Torsión
- Cortadura
2.2. Tipos de esfuerzos
2.2. Tipos de esfuerzos
Flexión lateral o pandeo
Si el objeto es muy largo y delgado y sufre compresión, las fuerzas tienen a doblarlo. Esto ocurre cuando sobre el objeto actúan fuerzas en sus extremos en la misma dirección y sentido contrario, como cuando comprimes un palo contra el suelo.
Actividad 2:
Indica con flechas en tu cuaderno hacia dónde se ejercen las fuerzas en el balancín. ¿Qué tipo de esfuerzo sufre la barra? ¿Y los pilares?
Actividad 3:
Indica las cargas presentes y el esfuerzo que producen en estas estructuras.
03
Elementos en una estructura
03
Elementos de una estructura
Las estructuras están compuestas de diferentes elementos, unidos entre sí. Cada uno de ellos soporta esfuerzos con la finalidad de dotar a la estructura de resistencia y estabilidad. Observa algunos de estos elementos en la siguiente diapositiva.
3.1. Estructuras en el taller
De todos estos elementos, las barras o perfiles son los más utilizados a la hora de realizar una estructura en el taller. Los perfiles son estructuras muy ligeras que permiten soportar grandes cargas con menos cantidad de material.
3.1. Estructuras en el taller
Estos elementos tienen distintas formas, dependiendo del tipo de esfuerzo que tienen que soportar. Pueden ser abiertos o cerrados.
04
Condiciones en una estructura
Una buena estructura tiene que cumplir tres condiciones básicas: ser resistente, rígida y estable.
4.1. Primera condición: ¡que sea resistente!
Para que una estructura sea muy resistente, sus elementos deben soportar todas las cargas o fuerzas externas sin deformarse o romperse. Para ello, se deben elegir los materiales y la forma apropiados de los elementos que componen la estructura. Los materiales Los materiales que se utilizan en las estructuras se eligen según el tipo de esfuerzo que tienen que soportar y sus propiedades. La forma Es tan importante como el material elegido. Un mismo material puede tener diferente resistencia según la forma que se le dé.
Actividad 4:
Elige en la sigiuente lista qué materiales son más apropiados para construir la carcasa de un electrodoméstico: Madera - Vidrio - Cerámica - Metales - Polímeros - Pétreos.
Actividad 5:
¿Por qué los puentes que cruzan ríos no están fabricados de plástico? ¿Qué materiales se emplean en su elaboración?
4.2. Segunda condición: ¡que sea rígida!
Una estructura no es suficiente con que sus elementos sean resistentes, sino que la estructura tiene que ser rígida para que no se deforme. Una estructura es rígida si no se deforma cuando es sometida a esfuerzos. Se consigue creando triángulos con los perfiles y reforzando las uniones entre ellos.
Uniones y refuerzos Para evitar que los elementos de una estructura se desplacen se recurre a las uniones rígidas. La uniones rígidas se consiguen con tornillos y pernos o soldadura.
4.2. Segunda condición: ¡que sea rígida!
Triangulación La estructura simple más rígida es el triángulo porque no pierde su forma antes de romperse.
4.2. Segunda condición: ¡que sea rígida!
Triangulación La triangulación consiste en colocar nuevas barras entre los vértices (nudos) del polígono , tratando de formar triángulos.
Actividad 6:
¿Cuántas barras se necesitan para triangular las siguientes estructuras?
4.3. Tercera condición: ¡que sea estable!
Además de no romperse ni deformarse, una estructura resistente debe ser estable, es decir, que no vuelque por la acción de las fuerzas que actúen sobre ella. La estabilidad de una estructura está relacionada con el centro de gravedad (cdg). El centro de gravedad de un objeto es su punto de equilibrio, es decir, es el punto donde se aplica la fuerza peso del objeto. Su estabilidad depende de la posición de su centro de gravedad con respecto a su base de apoyo. Sin embargo, para que una estructura sea estable no basta con que el centro de gravedad esté centrado en su base, sino que debe estar lo más próximo a ella.
Una estructura es estable cuando permanece erguida (sin volcar), estando sometida a fuerzas externas. Para conseguirlo, el centro de gravedad debe estar dentro de su base y lo más cercano posible a ella.
Actividad 6:
¿Cuál de las siguientes letras es más estable? Razona tu respuesta en función del centro de gravedad.
Actividad 7:
Si ponemos una botella de agua apoyada sobre su base y otra apoyada sobre el tapón, ¿cuál de las dos estructuras es más estable? ¿Por qué?
Actividad 8:
Observa las fotos de las torres Kio y la de Pisa. ¿Cuál de las dos estructuras es más estable? ¿Por qué?
05
Tipos de estructuras artificiales
05. Tipos de estructuras
A lo largo de la historia, el ser humano se ha encontrado con necesidades como la vivienda, el transporte de personas, etc., solucionadas mediante la construcción de estructuras. Veámos las más importantes:
Estructuras masivas
Son estructuras muy pesadas y macizas que soportan grandes cargas. Están formadas por superficies muy anchas y resistentes: los muros de contención o diques, los muros de las presas, las pirámides egipcias, los acueductos romanos, las murallas, etc. Los materiales utilizados en estas construcciones son materiales pétreos como el granito y aglomerantes como el hormigón.
Estructuras entramadas
Están formadas por un entramado de piezas horizontales y verticales, unidas entre sí. Están en nuestros edificios, formadas por vigas y pilares. También utilizan este tipo de estructura las vallas de un jardín, los travesaños de una silla, etc. Suponen un ahorro en la utilización de materiales con respecto a las anteriores, así como una disminución del peso.
Estructuras trianguladas
Son estructuras formadas por la unión articulada de barras que forman triángulos. Son muy utilizadas, debido a que son ligeras y muy fáciles de montar. Se utilizan en las torres de la red eléctrica, en algunos puentes metálicos, en grúas o soportando la cubierta de polideportivos.
Estructuras colgantes
Son estructuras que están suspendidas por cables, llamados tirantes, y que se fijan a torres muy resistentes. Es el caso de los puentes colgantes, donde parte del peso de la estructura está sujeto por los tirantes. Si estos se rompieran, el puente se hundiría. Son muy utilizados en puentes donde hay que salvar grandes distancias. También se utilizan para sujetar algunar cubiertas.
Actividad 9:
Dibuja la estructura de una mesa que soporte libros. Indica los elementos de su estructura y los esfuerzos a los que están sometidos.
Actividad 10:
¿Qué ocurriría si una estructura fuera resistente, pero inestable? ¿Sería una buena estructura? Piensa en una situación en la que una estructura se comporte de esa forma.
Fin
Tema 5. Estructuras