Estructuras

OBJETIVOS

- Construir una estructura empleando para ello materiales básicos de ámbito escolar como lo son papel reciclado, cinta, pegante.

- Observar el comportamiento de la estructura en el momento que se le aplica una carga axial.

MARCO TEORICO

1. ESTRUCTURAS

Una estructura se define como un conjunto de elementos simples dispuestos de forma que den rigidez y permitan soportar, sin romperse, las cargas o esfuerzos a las se ven sometidos.

Las estructuras las podemos clasificar inicialmente como:

• Estructuras naturales: El esqueleto de un animal vertebrado se puede considerar como su estructura, capaz de dar rigidez y soporte a los distintos órganos y tejidos. En las aves los huesos son huecos lo que hace que sean ligeros y resistentes. En el caso de los animales invertebrados son las conchas o caracolas las que hacen de estructuras simples.

• Estructuras artificiales: Hay numerosos ejemplos de estructuras artificiales entre las que podemos destacar las construcciones de edificios, estatuas, torres, etc.

Las condiciones que debe de cumplir una estructura son:

- Ser estable

- Ser ligera

- Ser resistente

Tipos de estructuras.

• Estructuras de Armadura.

Están formadas por perfiles o barras resistentes unidos entre sí, constituyendo el esqueleto de diferentes tipos de objetos. La estructura de los edificios, las sillas, las torres de la luz o los andamios son algunos ejemplos de armaduras. Por la importancia que tienen, tanto para la realización de proyectos escolares como reales, nos centraremos en esta unidad en su estudio.

• Estructuras Laminares

Están constituidas por láminas o paneles resistentes que envuelven el objeto. La carcasa proporciona el lugar adecuado para proteger y mantener en su posición las diferentes piezas. Los walkman, el ordenador, la lavadora y diferentes tipos de contenedores tienen estas estructuras.

Elementos de una estructura

Analizaremos a continuación algunos de estos de elementos:

a) Perfiles:

Son todas aquellas formas comerciales en las que se suministran los aceros u otros materiales utilizados para la realización de estructuras. El nombre del perfil viene dado por la forma de la sección del mismo (I, U, T, L, etc).

b) Vigas: Son elementos resistentes, formados por uno o más perfiles destinados a soportar esfuerzos y cargas. Normalmente adoptan una posición horizontal. Junto con las viguetas forman la base del suelo de cada uno de los pisos de una construcción formando retículas de gran resistencia.

c) Pilares: Son elementos resistentes, formados por uno o más perfiles dispuestos en posición vertical, y que normalmente soportan las vigas, cerchas u otros elementos apoyados sobre él, transmitiendo las cargas a las zapatas de cimentación. Junto con las vigas forman estructura entramadas de gran resistencia y con grandes espacios vacíos por lo que se utilizan para la construcción de edificios. Los pilares suelen ser más gruesos en las partes bajas de las construcciones ya que es donde deben de soportar mayores cargas. A medida que la construcción aumenta en altura los pilares van siendo más delgados.

d) Tensores: Tienen una misión similar a los tirantes pero a diferencia de éstos, los tensores están realizados por cables, que mediante unos estribos se pueden tensar. Ejemplos los tenemos en los vientos de las antenas de telecomunicación, o los de una tienda de campaña.

 Esfuerzos en las estructuras.

Es muy importante antes de diseñar una estructura saber identificar los esfuerzos que se producen con el fin de poder elegir el material y dimensiones más adecuados para los elementos resistentes.

La parte de la mecánica que estudia las dimensiones que han de tener los perfiles para que resistan las diferentes cargas y esfuerzos se denomina resistencia de materiales.

A continuación estudiaremos los principales esfuerzos que intervienen en una estructura:

- Tracción: Se presenta cuando las cargas que actúan sobre una pieza tienden a estirarla, como ocurre en los cables de un puente colgante, una goma, etc.

En este caso las fuerzas que actúan son iguales y de sentido contrario. Las caras perpendiculares de un cuerpo tienden a separarse y las paralelas a juntarse.

- Compresión: La soportan aquellos elementos que tienden a ser aplastados como por ejemplo, las zapatas de las construcciones.

En este caso las fuerzas que actúan son iguales y en el mismo sentido. Las caras perpendiculares del cuerpo tienen a juntarse mientras que la paralelas a separarse, lo que produce un acortamiento en su longitud.

- Cortadura: Tiene lugar cuando las cargas que actúan sobre un elemento tienden a rasgarlo o cortarlo.

El cuerpo está sometido a dos fuerzas iguales, en sentido contrario, en planos paralelos y con muy poca separación. El sólido tiende a desunirse por desgarramiento en la separación de los planos en donde actúa la fuerza. Ejemplo típico es el caso de las tijeras, en el punto de apoyo de una viga o en uniones con tornillos y remaches.

- Flexión: Es un esfuerzo que se produce cuando los pesos o las cargas que actúan sobre una pieza tienden a doblarla.

En este caso actúan dos fuerzas iguales paralelas y otra en sentido contrario en medio de las dos anteriores igual a la suma de éstas. Cuando se somete una barra a flexión se producen en ella los dos esfuerzos anteriores de tracción y compresión.(También se producen esfuerzos de cortadura).

- Torsión: Un elemento está sometido a este esfuerzo si las cargas producen un retorcimiento del mismo. Actúan dos pares de fuerzas contrarias en sentido opuesto, es decir, que normalmente sus secciones tienden a tomar un movimiento de rotación unas en contrario de las otras.

2. EL PAPEL

Sin embargo,

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