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Preguntas para el ingeniero de materiales
Explica los pesos y grados que tiene el papel. Investiga de qué clase de papel está hecho
el cartapacio de manila.
El papel de manila a usarse es tamaño carta (8.5 in x 11 in) y tienen ⅓ de corte.
Esto quiere decir es que cada cartapacio tiene tres pestañas, cada una midiendo un
tercio del largo del papel. El cartapacio está hecho con el papel de manila. Es un
tipo de papel creado con fibras de la planta de abacá, una especie de guineo que se
encuentra en las Filipinas. Tiene el nombre de “manila” porque originalmente se
fabricaba en la capital de este país, Manila.
¿Cómo puedes lograr que tu papel sea más fuerte?
La manera más eficiente de hacer que un papel pueda aguantar más peso es
doblandolo. Hay varias maneras de doblarlo, dependiendo de la posición del
papel. Si el peso va a colocarse perpendicularmente al papel, pues uno debe
doblar el papel de tal manera que parezca un “zigzag”, como la parte de adentro
de un cartón. Otra manera es doblar el papel de forma de una figura. Si se hace un
triángulo, rectángulo o cilindro con el papel, pues podrá sostener más peso sin
romperse.
¿Cuál es la diferencia entre adhesión y cohesión?
La adhesión es la propiedad que tienen las moléculas para juntarse con otras
moléculas o superficies diferentes. Por el otro lado, cohesión describe la atracción
entre moléculas iguales o parecidas.
¿De qué está hecha la pega blanca? ¿Cómo trabaja? ¿Cuánto tiempo toma en secar?
La pega blanca de marca “Elmer’s” se crea con diferentes químicos extraídos del
petróleo y otros recursos naturales y sintetizados. La mezcla de estos químicos se
llama el acetato de polivinilo. Esto contiene unas moléculas que, al interactuar
con ciertos ingredientes, se hacen pegajosas. Cuando la pega está dentro de la
botella, se queda fluida porque contiene moléculas de agua. Sin embargo, cuando
estas están en contacto con el ambiente se evapora las moléculas de agua y se
hace pegajosa la sustancia. Por esta razón la botella de pega se debe dejar cerrada
en todo momento, a menos que se vaya a usar. El tiempo que toma en secarse la
pega puede variar dependiendo de la temperatura y la humedad, pero usualmente
debe tomar alrededor de 15 minutos.
¿A qué otras preguntas deseas encontrarles respuestas mientras trabajas en este proyecto?
¿Por qué es más eficiente utilizar la pega líquida en vez de la de barra?
¿Cuánta fuerza toma para que se despegue la pega Elmer’s?
¿La pega se puede mojar y seguir funcionando?
Después de trabajar con el periodista del grupo, obtenga una copia de las preguntas de la
entrevista y el nombre de una persona a entrevistar. Usted tendrá que llenar una hoja de
entrevista para la entrevista que usted hace y adjuntarla a sus notas de investigación y a
su informe.
Preguntas para el ingeniero de diseño
Los animales e insectos construyen estructuras por muchas razones. Un ejemplo
extraordinario de una obra de ingeniería es el panel de abejas. Dibuja una ilustración de
sus estructuras y discute la geometría que ves en el diseño. ¿Por qué este es un buen
ejemplo para ser investigado? Explica en detalle. ¿Qué propiedades influyen en su
fuerza?
El panal de abejas es un buen ejemplo para ser investigado geométricamente. Un
panal está compuesto por hexágonos conectados entre sí. El hexágono es uno de
los únicos tres polígonos regulares que pueden ser superpuestos sin dejar
intervalos, (además del triángulo y el cuadrilátero). Este, al ser de mayor
volumen que los otros, permite un uso eficiente de espacio y construcción. El
panal de abejas cuenta con varios atributos estructurales que influyen en su
fuerza, directamente derivados de la forma geométrica hexagonal que lo
conforma. Entre ellos, la resistencia a la compresión y al esfuerzo cortante, y
además, el ser muy ligero.
Investiga acerca de otros tres objetos en la naturaleza como las telas de araña, caracol de
mar, entre otros. ¿Qué encontraste acera de la fuerza de su diseño?
a. Investigué acerca de las telas de araña, los caracoles de mar y los
árboles. Una telaraña es una tela formada por los arácnidos a través de un
proceso de segregación de un hilo muy tenue. La seda de los hilos de la
telaraña es compuesta por una combinación de solidez y extensibilidad,
que le provee gran resistencia ante tensión y compresión, entre otras
fuerzas externas. Los caracoles de mar poseen una concha formada
principalmente por carbonato de calcio (95% del objeto), material muy
resistente a golpes externos. Los árboles son muy resistentes porque
poseen un tronco, o tallo fuerte, y una distribución de raíces en el suelo,
que le sirven de agarre firme. Estos proveen estabilidad y resistencia
contra vientos y otros fenómenos de la naturaleza.
Cuando se empacan o envían artículos generalmente se envían en cajas de cartón.
¿Cuáles son las características del cartón corrugado que lo hace más fuerte? ¿El cartón
corrugado es más fuerte en algunas situaciones que en otras? Explica en detalle. ¿Cómo
le afecta la tensión y la compresión? Explica
Las características del cartón corrugado que lo hacen más fuerte son precisamente
los dobleces que constituyen la corrugación como tal. Esta provee una mayor
resistencia a la tensión y compresión del material. El cartón corrugado es más
resistente (fuerte) en algunas situaciones que en otras, dependiendo de la
dirección desde donde se le haya ejercido una fuerza externa. El cartón es más
resistente a las fuerzas de compresión y tensión cuando estas son ejercidas
verticalmente (de manera axial a la corrugación), contrario a cuando las fuerzas
son aplicadas de cara a la corrugación.
Tu estructura puede estar sujeta a daños por conmociones o sacudidas, como a los que
será sometida por el peso de la estructura. ¿Qué tipos de diseño podría ayudar a tu
estructura a resistir estas conmociones? Investiga acerca de “cushoning”.
Una articulación, una corrugación y un sistema de “cushioning” podrían ayudar a
mi estructura a resistir conmociones y sacudidas. La articulación o connección
articulada, es una unión que permite el movimiento relativo entre dos piezas
rígidas; y la corrugación le provee resistencia a la estructura contra fuerzas axiales
a los dobleces, (sobre todo en compresión). El “cushioning”, o amortiguación, es
excelente porque absorbe el impacto de las fuerzas externas. Algunos ejemplos
de amortiguadores son el caucho, compartimientos llenos de aire y los
elastómeros.
¿Qué formas tridimensionales investigaste y cuáles parecieron ser más fuertes bajo
tensión? ¿Bajo compresión?
Investigué las formas tridimensionales de la pirámide, el cubo, el cilindro, y la
esfera. La pirámide es una figura geométrica muy resistente tanto a tensión como
a compresión, porque cuenta con una base cuadrada estable, tiene mucha masa,
pero sobre todo lo que la hace muy estable es que sus caras son triangulares, y el
triángulo es la única forma geométrica que no se deforma al aplicarle fuerzas. El
cubo también es resistente bajo tensión y compresión, por sus caras cuadradas
verticales y horizontales, pero dependiendo de la dirección en que actúen las
fuerzas ejercidas sobre él, puede tender a torcerse: esto se conoce como esfuerzo
de torsión. La esfera y el cilindro son resistentes a compresión, esto quiere decir
que un elemento columna, cilindro, esfera, está sometido a un esfuerzo que actúa
sobre él, en algunos casos disminuyendo su altura, o sea, lo comprimen.
¿A qué otras preguntas deseas encontrarles respuestas mientras trabajas este proyecto?
¿La masa del material determina la resistencia o depende únicamente de la forma?
¿La dirección de la fuerza aplicada es la única diferencia entre tensión y
compresión, y los efectos de estas? Explique.
¿Existe relación directa entre la forma geométrica de una estructura y su
resistencia a esfuerzos (fuerzas externas)?
Después de trabajar con el periodista en su grupo, obtenga una copia de las preguntas de
la entrevista y el nombre de una persona a entrevistar. Usted tendrá que llenar una hoja
de entrevista para la entrevista que usted hace y adjuntarla a sus notas de investigación a
su informe.
Preguntas para el Ingeniero de fuerza
Nombra algunos de los desastres naturales que hayan causado efectos devastadores en
estructuras. ¿Cómo estos desastres afectaron las estructuras? Incluye fotos.
Cinco de los desastres naturales más comunes que causan efectos devastadores en
estructuras son: terremotos, tsunamis, avalanchas,
huracanes y tornados. Los terremotos, dependiendo de
su escala, causan temblores tremendos que hacen caer
cualquier estructura que no sea suficientemente fuerte
para aguantar ese
“meneo”. Los tsunamis
son olas gigantescas que
por toda la fuerza y
volumen del agua, se llevan la mayoría de los
edificios que estan en su camino. Muy parecido a
los tsunamis, las avalanchas, son un conjunto de
nieve que bajan rápidamente de la montaña y que se casi siempre derrumban
estructuras como cabañas. Los
huracanes son otro evento natural
que ocurren en el mar. Vientos
fuertes de más de 70 millas por
hora que cargan agua del mar,
pueden llevarse cualquier
estructura débil y derribar
algunas fuertes cuando lleguen a
la tierra. Al igual que los huracanes, los tornados son tormentas de aire con
vientos intensos y destructivos que se desarrollan en la tierra, no surgen desde el
mar y la mayoría de las veces no cargan agua.
¿Qué puede hacerse en una construcción o estructura para que ésta tenga la habilidad de
experimentar poco o ningún daño durante un desastre natural? Investiga acerca de los
códigos de construcción en Puerto Rico y en otros lugares de Estados Unidos y/o fuera de
Estados Unidos que han contribuido a soportar estos desastres más que en otros lugares
El código de construcción que más se ha llegado a aceptar a través del mundo es
el “International Building Code”, este es el mismo que se utiliza en Puerto Rico y
en la sección 1604.9 “Counteracting structural actions” dice lo siguiente:
“structural members, systems, components and cladding shall be designed to
resist forces due to earthquakes and wind, with consideration of overturning,
sliding and uplift...” En otras palabras, todo material utilizado en una estructura
debe de ser lo suficientemente fuerte para resistir terremotos, y vientos, sin que se
vire o se caiga. Para esto se utilizan sistemas llamados “Lateral ForceResisting
Systems”, para tratar de aguantar fuerzas de desastres naturales como los
huracanes, tornados, tsunamis y avalanchas. Una de las técnicas más utilizadas en
estos sistemas son: el uso de madera contrachapada (“plywood”), la cual desplaza
fuerzas de compresión y tensión a través de la pared, sin derrumbarse y la técnica
de “X bracing”, cuando se utilizan vigas de metales fuertes en forma de “X” en
las paredes para soportar peso. Otra manera que se utiliza para aguantar grandes
edificios sin que se caigan en lugares que son propensos a terremotos es usando
planchas de aislamiento en las fundaciones de los edificios. Esto lo que hace es
balancear el edificio y tratar de mantenerlo en su mismo lugar, mientras el resto
de la tierra se menea mientras un terremoto.
¿Con qué clase de materiales se han construido esas estructuras? Nombra por lo menos
cinco de esos materiales y explica en detalle por qué éstos son fuertes en tensión y
compresión.
Piedra
Columnas de piedra, que se utilizan en lugares con suelos húmedos, tienen
la propiedad de poder aguantar grandes cantidades de presión en
compresión ya que es más pesado que otros materiales. Aunque sean
buenos compresores, no aguantan fuerzas de tensión y por esta razón se
utilizan más como columnas, no como techos ni pisos. Para tener una
comparación, la presión de compresión que sostiene el granito es 19,000
psi mientras la presión de tensión del mismo material es 700 psi
Hormigón
El hormigón es una mezcla de cemento, piedras, arena y agua que se
utiliza en muchas de las construcciones de edificios en Puerto Rico. Al
igual que la piedra, este material es relativamente más pesado que otros
materiales y por su composición, resiste a fuerzas de compresión pero no
es bueno resistiendo fuerzas de tensión. Si se utiliza el hormigón solo, sin
nada que lo sostenga, como pisos en edificios grandes, después de un
tiempo, puede que llegue a un punto que se parta y se termine rompiendo.
En comparación, la presión de compresión que aguanta el hormigón de
“Portland Concrete” (después de un año) es 2,000 psi y la presión de
tensión es 400 psi.
Ladrillos
Al igual que las columnas de piedra y el hormigón, los ladrillos se utilizan
más en columnas de soporte, ya que lo máximo de presión de compresión
que aguanta es 12,000. Como estos ladrillos fuertes están hechos de
piedra y otros materiales comprimidos, no son fáciles de doblar, sino se
rompen cuando reciben presión de tensión. Por ejemplo, no se deben de
utilizar como el piso de edificios altos porque después de un tiempo
cuando no aguante el peso se podría romper, ya que la presión de tensión
no aguanta más de 400 psi.
Madera
Una de las maderas más usadas en construcción son la de pinos. Aunque
estas maderas no aguantan tanta presión en tensión, el que sean livianas
ayuda en otro tipo de construcción. Los “trusses”, mejor dicho, cerchas,
un conjunto de triángulos para distribuir el peso de una estructura, se
pueden construir usando madera en vez de tubos de acero, ya que es más
liviana. Cuando se utiliza este estilo de construcción para los techos, la
madera aguanta suficiente presión de compresión, por ejemplo los pinos
rojos aguantan más de 6,000 psi, esto se debe a la forma en que las células
del tronco del árbol estan alineadas, bien pegadas en el centro del tronco.
Hierro y Acero
Además de que el metal tiene diferentes variaciones en la cantidad de
presión que aguanta, estos metales tienen doble usos. El primero es
reforzar el hormigón para hacer una estructura que aguante compresión (el
hormigón) y tensión (el metal). El segundo es la tensión, usarse de pisos,
estas varillas de acero y hierro resisten a la presión de tensión ya que
pueden doblarse, son relativamente más elásticas que el cemento y por
esta razón es que no se parten de primera cuando se le impone demasiado
peso perpendicular. Los dos usos de el hierro y acero permiten que sean
un material muy usado a través de la construcción, aguantan ambas
presiones: tensión, por su flexibilidad y comprensión por la cantidad de
carbón que tienen cada uno de las aleaciones.
¿A qué otras preguntas deseas encontrar respuestas mientras trabajas en este proyecto?
¿Cuál será la mejor técnica para balancear la estructura de papel?
¿Será posible mantener las fuerzas de compresión y tensión en equilibrio a través
de la estructura para que sostenga el peso necesario y las fuerzas de viento?
¿Cuántas paredes necesitará nuestra estructura para soportar todas las fuerzas?
Después de trabajar con el periodista en su grupo, obtenga una copia de las preguntas de
la entrevista y el nombre de una persona a entrevistar. Usted tendrá que llenar una hoja
de entrevista para la entrevista que usted hace y adjuntarla a sus notas de investigación y
a su informe.
Preguntas para el ingeniero de altura
Con qué clase de materiales se construyen los rascacielos? Nombra por lo menos cinco de
esos materiales. Explica sus características en detalles. Explica si ellos son fuertes en
tensión o en comprensión.
Algunos materiales que se usan para construir un rascacielo son el cemento,
hormigón armado, concreto liviano, acero, arena, vidrio y grava. El cemento está
compuesto de caliza, sílice y alúmina. La caliza y el sílice controlan la fuerza de
compresión del cemento, mientras el alúmina ayuda a que se endurezca
rápidamente. El hormigón es una mezcla de cemento, piedra y arena. La piedra y
la arena le aplican volumen al cemento y ayudan a fortalecer la fuerza de
compresión. El hormigón contiene unos objetos que se le llaman agregados. Estos
objetos o materiales son la arena, el vidrio y la grava. El hormigón es fuerte en
compresión pero débil en fuerza de tensión. Por esta razón el cemento se refuerza
con varillas de acero para aplicar tensión. Este cemento reforzado se llama
hormigón armado. El concreto liviano se prepara dejando vacíos de aire
atrapados en la mezcla del cemento y se utiliza para los pisos y los techos de los
rascacielos. El acero está hecho mayormente de carbón y hierro. Mientras más
carbón, es más duro y resistente. Lo que ayuda a mantener una fuerza de tensión
es el acero. El acero se utiliza en la estructura del edificio para poder mantener la
tensión y el peso de la misma estructura.
Qué es una viga? De qué materiales está hecha la viga? Por qué esos materiales son los
apropiados para construir la viga?
La viga es un elemento estructural que se utiliza para soportar una carga entre dos
apoyos. La viga soporta presión, peso, flexión y tensión. Las vigas son
mayormente hechas de madera, hierro, acero o hormigón armado. Estos son los
materiales adecuados para una viga porque son los únicos que son
suficientemente fuertes para sostener el peso y la compresión de la estructura y a
la misma vez son suficientemente flexibles para soportar la fuerza de tensión que
ocurre sobre el rascacielo. También la combinación correcta de estos materiales
mantienen un balance entre la tensión y la compresión del edificio.
Las vigas de acero se construyen en diferentes formas y tamaños. Nombra tres formas en
las cuales pueden construirse las vigas y explica en detalle los beneficios de cada una de
las diferentes formas que nombraste.
Las vigas de acero se pueden construir en diferentes formas. Las diferentes
formas son la viga H, la viga voladizo y la viga canal C. La viga H soporta pisos
porque suelen soportar una gran cantidad de peso. Está compuesta por dos riendas
horizontales planas, una en la parte superior y otra en la inferior. Las dos riendas
encierran una viga vertical que se le llama la red. Lo importante de esta viga es
que la combinación de los soportes verticales y horizontales distribuyen
igualmente el peso y mantienen un balance en el mismo. La viga voladizo
solamente se coloca en un solo extremo. Estas vigas son las que aguantan el peso
cuando el edificio sufre movimientos laterales (shear). Por ejemplo cuando ocurre
un terremoto, las vigas voladizo son las que ayudan a soportar el peso del edificio
durante los movimientos sísmicos. Las vigas canal C son hechas de acero
galvanizado y están disponibles en diferentes colores para mantener un entorno
agradable cuando las vigas están expuestas. Estas vigas tienen una pendiente en la
superficie de la brida. Las vigas canal C son resistentes a la corrosión y esto ayuda
a mantener el edificio en mejores condiciones y que dure más tiempo. Todas estas
vigas tienen un propósito general que es poder aguantar la fuerza del viento y
aguantar la fuerza de los terremotos. Esto quiere decir que están hechas para
mantener la tensión del edificio.
Investiga 5 rascacielos de la lista de los 25 rascacielos más altos. ¿De qué están hechos?
Qué de especial tiene el diseño de cada uno? ¿Por qué ellos se mantienen en pie en vez de
derrumbarse debido a su propio peso? Escriba por lo menos un hecho interesante de cada
uno de ellos que apoye el argumento.
Los cinco rascacielos que se han investigado son el Burj Khalifa, el Willis Tower,
el Shanghai World Financial Center, el One World Trade Center y el Empire State
Building. El Burj Khalifa está hecho de acero y de concreto, el Willis Tower está
hecho mayormente de acero, el Shanghai World Financial Center está hecho de
acero y concreto, el One World Trade Center tiene una fundación de concreto y el
resto del edificio está compuesto de acero. Estos rascacielos utilizan diferentes
sistemas de vigas y tubos especiales que les permite llegar a la altura que tienen
sin que se derrumben. La manera que hicieron el Burj Khalifa fue usando el
sistema de tubo incluido. Este sistema ayuda a que el Burj Khalifa no se derrumbe
aunque sea el edificio más alto del mundo porque permite que las columnas sean
más anchas y más espaciosas para poder aguantar el peso del edificio. El Willis
Tower utiliza el mismo sistema que el Burj Khalifa y esto es lo que los hace
especiales. El Shanghai World Financial Center utiliza el sistema de entramado.
Este sistema mantiene un balance entre la tensión y la compresión porque las
vigas que estan en la parte superior mantienen la compresión y las que estan en la
parte baja del sistema mantienen la tensión. Este balance ayuda a que el Shanghai
World Financial Center no se derrumbe con su propio peso. El One World Trade
Center utiliza el sistema tubular de trusses. Esto lo hace suficientemente ancho
para soportar el peso del edificio y a la misma vez tiene las vigas en forma de “x”
que mantienen la tensión del edificio. El Empire State Building, edificio más alto
del mundo en el año 1931, usa el sistema de tubo en tubo para poder mantener su
estructura. Este sistema es excelente para soportar la fuerza de gravedad y las
fuerzas laterales como el viento o el movimiento sísmico. Por estos sistemas en
específico estos rascacielos no se derrumban y se mantienen de pies sin dificultad.
A qué otras preguntas deseas encontrarles respuestas mientras trabajas en este proyecto?
Otras preguntas que serían interesante contestarlas serían: ¿cuánto toma construir
un rascacielo?, ¿cuán alto debe ser un rascacielo?, ¿cuánto dinero se necesita para
hacer un rascacielo? y ¿si hay algún otro sistema que pueda funcionar como las
vigas?
Después de trabajar con el periodista de su grupo, obtenga una copia de las preguntas de
las entrevista y el nombre de una persona a entrevistar. Usted tendrá que llenar una hoja
de entrevista para la entrevista que usted hace y adjuntarla a sus notas de investigación y
a su informe.
Preguntas para el periodista
¿A qué ocupaciones se les han requerido cursos de construcción de estructuras que
pueden ayudarte con tu tarea? Explica.
Ocupaciones que se le han requerido cursos de construcción para ayuda en esta
tarea han sido: Ingeniería civil, Arquitectura y empresarios de compañías de
construcción. Como recursos alternos, para adquirir mayor conocimiento sobre el
tema, hemos requerido los recursos de varios estudiantes universitarios
encarrilados a ejercer, en un futuro, estas respectivas ocupaciones.
¿Cuáles 10 compañías o personas en tu comunidad podrían ser buenos recursos para
entrevistarse acerca de la construcción de tu estructura?
Armando López
Abuelo paterno de Lorenzo López, trabajó como supervisor en Puerto
Rico de una compañía de construcción americana llamada Blythe
Company.
Número de teléfono: (787) 8502032
Efren Maldonado
Abuelo materno de Lorenzo López, trabajó para la autoridad de carretera
en Puerto Rico por más de 40 años.
Número de teléfono: (787) 6452559
Eduardo Sinz
Tío de Lorenzo López, ingeniero civil graduado de Georgia Tech.
Actualmente es dueño de su propia compañía.
Número de teléfono: (787) 2447324
Peter Sinz
Vecino de Lorenzo López, Ingeniero civil graduado de MIT quien fue
dueño de su propia compañía de construcción.
Número de teléfono: (787) 2576835
Sonia López
Tía de Lorenzo López, más de 20 años ejerciendo como arquitecta.
Número de teléfono: (787) 3780282
Richard Sinz
Primo de Lorenzo López, estudiante universitario finalizando su tercer año
de ingeniería civil en Georgia Tech.
Número de teléfono: (787) 2457544
Lourdes Rivera
Madre de Lucas Pérez, graduada con maestría en arquitectura de la
Universidad de Puerto Rico.
Número de teléfono: (787) 3964584
Ángel F Cocero Cordero
Tío de Abel De Varona, graduado con Maestría en arquitectura de diseños
urbanos en la universidad de Cornell, “College of Architecture, Art, and
Planning” en Ithaca, Nueva York. Obtuvo un bachillerato en la
universidad de Syracuse, “School of Architecture” en Nueva York.
Número de teléfono: (787) 6787001
Daniel Isado
Tío de Eduardo Canto, ejerce como ingeniero civil para su propia
compañía llamada "504 Construction Managers".
Número de teléfono: (787) 3662615
Jorge Salcedo
Tío de Eduardo Canto, ingeniero civil, trabajó en muchos proyectos
incluyendo: “Desarrollos Urbanos”, “Baseline Project Managers” y
“EMCON”.
Número de teléfono: (787) 3499766
Escribe de 5 a 10 preguntas para hacerlas durante tu entrevista. Puedes usarla ayuda y
retroalimento de los miembros de tu equipo.
De todos los desastres naturales ¿Cuál de todos es el que más trabajo les da a la
hora de proteger una estructura su impacto?
¿Qué es lo más importante para que un rascacielos se mantenga parado? ¿Por qué
lo es?
El mismo principio de doblar un papel para hacer los más fuerte, ¿se usa o se
pudiera usar en algún otro material de construcción?
¿Cómo reaccionaría una estructura compuesta por diferentes formas geométricas
al ser sometida a distintos tipos de esfuerzos? Explique.
¿Qué requisitos necesita obtener una estructura para ser aprobada por la ley? ¿Por
qué estos requisitos son tan importantes para la gente que trabaja en la
construcción de estructuras y para la gente que tiene acceso a esa estructura?
