ESTRUCTURAS

Profesor: Julio Serrano

Estructuras a nuestro Alrededor (I)

La mayoría de los productos se ven sometidos a diferentes tipos de Fuerzas llamadas Cargas.

Soporta Pesos: las estructuras deben aguantar el peso de todo lo que se apoya sobre ellas, como hacen los pilares y las vigas.

Las Estructuras tienen la misión principal de soportar las cargas que reciben, pero pueden cumplir otras Funciones como por ejemplo:

Resistir Fuerzas Externas: la vibración del viento, impacto de las olas o las vibraciones del tráfico, como ocurre en puentes y presas.

Proporcionan Forma: el tamaño y forma de los objetos se consiguen básicamente con su estructura.

Servir de Protección: algunas estructuras envuelven los objetos de su interior, como las carcasas.

Estructuras a nuestro Alrededor (II)

Una Estructura es un conjunto de elementos dispuestos de una manera ordenada cuya finalidad es resistir pesos y fuerzas externas, a la vez que da la forma o protege al objeto, máquina o construcción al que pertenece.

Tipos de Estructuras: Existen una gran variedad de estructuras cuyas formas, materiales y disposición de sus elementos resistentes dependen del tipo de productos a los que pertenecen y de las funciones que deben realizar.

Estructuras de Máquinas y Objetos

Estructuras de las Construcciones

Estructuras de Máquinas y Objetos

Estructuras Laminares o de Carcasas: Están constituidas por laminas o paneles resistentes y delgados que envuelven al objeto formando una carcasa que protege y mantiene en su disposición al resto de las piezas.

Estructuras de Armazón: Están formadas por piezas alargadas, como barras, o tubos, listones o travesaños, unidas entre si para formar una especie de esqueleto o armadura, como el cuadro de una bicicleta o la estructura de un sillón.

Estructuras de las Construcciones (I)

Estructuras Masivas: Estructuras muy pesadas y macizas formadas por superficies muy anchas y resistentes, como los muros de las presas, los muros y bóvedas de antiguas iglesias de piedra, y arcos, puentes o acueductos romanos.

Estructuras Trianguladas: Se caracteriza por la unión articulada de barras formando triángulos. Suelen ser ligeras y fácil de montar.

Estructuras de las Construcciones (II)

Estructuras Entramadas: Forman una malla o entramado de piezas verticales y horizontales unidas rígidamente entre sí. Estructuras de los edificios.

Estructuras Colgadas: Soportan parte del peso de la construcción mediante cables o tirantes que se fijan a mástiles o torres muy resistentes.

Esfuerzo de las Estructuras (I)

Las estructuras soportan fuerzas o cargas de diferente tipo. Aunque las fuerzas se apliquen en diferentes zonas de la estructura, todos sus elementos se ven sometidos a esfuerzos de distintos tipos. Como son:

Tracción: Se manifiesta cuando las fuerzas que actúan sobre la estructura provoca un estiramiento.

Compresión: Aparece cuando las fuerzas que se aplican sobre el elemento hacen que se aplasten.

Esfuerzo de las Estructuras (II)

Flexión: Se produce cuando las fuerzas tienden a doblar la estructura.

Cortadura: Aparece cuando las fuerzas tienden a cortar los elementos de la estructura.

Elementos de una Estructura (I)

Cada elemento de una estructura suele comportarse o trabajar de una forma determinada dependiendo de su forma y finalidad.

Algunos de los elementos más comunes son los siguientes:

Pilares: Elementos resistentes dispuestos en posición vertical, que soportan el peso de los elementos que se apoyan sobre ellos. Cuando presentan forma cilíndrica se les denomina columnas. Vigas: Elementos colocados normalmente en posición horizontal que soportan la carga de la estructura y la transmiten hacia los pilares. Están constituidas por uno o más perfiles.

Elementos de una Estructura (II)

Arcos: Forma geométrica muy utilizada a lo largo de la historia como solución arquitectónica. Permite trasmitir las cargas que soporta hacia los elementos que sustentan la estructura. Soportan esfuerzos de compresión.

Triángulos: Que el triángulo es la forma geométrica más estable, al no deformarse al actuar sobre él fuerzas externas. Esta es la razón por la que se utiliza la triangulación para aportar mayor rigidez a las estructuras. Soporta tracción o compresión.

Elementos de una Estructura (II)

Tirantes: Suelen ser cables o barras delgadas cuya misión es soportar esfuerzo de tracción. Tienen que mantenerse estirados y tensos.

Muros: Pueden ser muros de carga o muros de contención, los primeros sometidos a esfuerzo de compresión y los segundos de flexión.

Resistencias de las Estructuras (I)

Una de las funciones de las estructuras es la de soportar las fuerzas y cargas que actúan sobre ella sin romperse ni deformarse. Para conseguirlo se debe elegir los materiales y las formas adecuados.

Los materiales que se utilizan en las estructuras se eligen según el tipo de esfuerzo que tienen que soportar.

Los Materiales

La Madera y el Acero: se emplean en casos de esfuerzo de tracción y flexión.

La Piedra y el Hormigón: se usan si los esfuerzos son de comprensión.

En pequeñas estructuras, los esfuerzos son de baja intensidad, por eso se usan la madera, el aluminio o los plásticos rígidos. En grandes estructuras que los esfuerzos son de gran intensidad se emplean el acero, la piedra y el hormigón armado.

Resistencias de las Estructuras (II)

La forma o perfil que tiene cada una de las piezas de una estructura resulta tan importante como el material con la que esta hecha, ya que, según la forma, un mismo elemento puede tener una resistencia distinta.

Las Formas

Si observas las vigas y pilares de un edificio o una estructura triangulada veras que sus perfiles tienen distintas formas.

Rigidez y Estabilidad de las Estructuras (I)

Para disponer de una buena estructura no basta con utilizar materiales suficientemente resistentes ; es necesario además, que la estructura en su conjunto sea rígida y estable.

Como Conseguir la Rigidez.

La rigidez general de la estructura se consigue con la disposición y la unión apropiada de sus piezas, como indicamos a continuación.

Uniones: Los esfuerzos se transmiten de una pieza a otra a través de sus uniones. Para evitar que se muevan o separen se usan uniones rígidas, como la soldadura.Refuerzos: Cuando la unión entre piezas no resulta suficiente se recurre a piezas de refuerzo, como las escuadras.

Triangulaciones: En una estructura desmontable formadas por barras, la unión de las piezas suele ser articulada, lo que permite el giro entre ellas. Para evitar el movimiento de las mismas se recurre a la triangulación de toda la estructura.

Rigidez y Estabilidad de las Estructuras (II)

Como Conseguir la Estabilidad

Cuando una estructura esta simplemente apoyada, su estabilidad depende del centro de gravedad con respecto a su base de apoyo.

El centro de gravedad es el punto donde se aplica la fuerza que llamamos peso. Y su posición depende de la forma del cuerpo y de cómo este distribuida su masa.Para crear estructuras más estables se pueden emplear los siguientes procedimientos.

Aumentar la base de apoyo.

Aumentar el peso de la base.

Utilizar sistemas de anclaje.

Cómo se Construyen las Estructuras

Las grandes construcciones, como edificios, puentes, presas, etc. , están constituidas principalmente por los siguientes elementos:

Cimientos: Son la base sobre la que se apoya el resto de la estructura. Se encuentran enterrados a cierta profundidad.

Pilares y Vigas: Forman el armazón básico de las estructura y se realizan normalmente con hormigón armado o perfiles de acero.

Forjados o Tableros: Constituyen la base del suelo de los diferentes pisos en los edificios o de la carretera de los puentes.