Estructuras

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Estructuras

  1. 1. TEMA 7 Y 8: ESTRUCTURAS YELECTRICIDAD1PROFESOR: PEDRO A. ORTEGATEMA 7: LAS ESTRUCTURAS1. QUÉ ES UNA ESTRUCTURA2. ESFUERZOS QUE SOPORTA UNA ESTRUCTURA3. ELEMENTOS QUE FORMAN UNA ESTRUCTURA ARTIFICIAL4. PROPIEDADES DE LAS ESTRUCTURASa. ESTRUCTURAS RESISTENTESb. ESTRUCTURAS ESTABLESc. ESTRUCTURAS CON PERFILES5. TIPOS DE ESTRUCTURAS ARTIFICIALES
  2. 2. TEMA 7 Y 8: ESTRUCTURAS YELECTRICIDAD2PROFESOR: PEDRO A. ORTEGAESTRUCTURAS1.- QUÉ ES UNA ESTRUCTURA.• Definición: es un conjunto de elementos capaces de soportar fuerzas ytrasmitirlas a los puntos donde se apoya con el fin de ser resistente y estable.• Estas fuerzas que actúan sobre una estructura se llaman cargas.• Las cargas pueden ser:- El propio peso de la estructura- El peso de los elementos que se colocan sobre ella.- El viento que la empuja, la nieve que se posa sobre ella.- Etc.• Las estructuras pueden ser:• Naturales, como el esqueleto humano y de los animales y plantas.• Artificiales:– Construidas por el hombre: casas, puentes, etc.– Construidas por los animales: nidos de pájaros, telas de araña,etc.EJEMPLO DEESTRUCTURA: PUENTE2
  3. 3. TEMA 7 Y 8: ESTRUCTURAS YELECTRICIDAD3PROFESOR: PEDRO A. ORTEGA2.- ESFUERZOS QUE SOPORTAN LAS ESTRUCTURASCuando una estructura está sometida a fuerzas, llamadas cargas, cada uno de suselementos está sometido a esfuerzos. Los esfuerzos son las fuerzas que aparecen en loselementos de una estructura cuando está sometida a otras fuerzas o cargas. Cadaelemento de una estructura puede soportar esfuerzos diferentes, que pueden ser detracción, compresión, flexión, cortadura o cizalla y torsión.2.1.- TRACCIÓN. Una estructura o un elemento está sometido a un esfuerzo detracción cuando sobre él actúan fuerzas que tienden a aumentar su longitud, es decir, aestirarlo.Ejemplos de tracción:• Las cuerdas que forman los vientos de una tienda de campaña estánsometidas a esfuerzos de tracción, por eso hay que tensarlas a menudo.• Puente del Alamillo, Sevilla: es un puente colgante en el cual los cablesestán sometidos a esfuerzos que tienden a alargarlos (tracción).3MAPA CONCEPTUAL
  4. 4. TEMA 7 Y 8: ESTRUCTURAS YELECTRICIDAD4PROFESOR: PEDRO A. ORTEGA2.2.- COMPRESIÓN. Una estructura o un elemento están sometidos a un esfuerzode compresión cuando sobre él actúan fuerzas que tienden a disminuir su longitud.Ejemplos de compresión:• Templo de columnas griego (Partenón): Las columnas del templosoportan la cubierta. Están sometidas a un esfuerzo de compresión.• La horquilla de la moto está sometida a esfuerzo de compresión.2.3.- FLEXIÓN. Un elemento de una estructura o una estructura está sometida a unesfuerzo de flexión cuando las fuerzas o las cargas tienden a doblarlo.Ejemplos de flexión:• Puente: se produce un esfuerzo de flexión sobre el tablero.4
  5. 5. TEMA 7 Y 8: ESTRUCTURAS YELECTRICIDAD5PROFESOR: PEDRO A. ORTEGA2.4.- CORTADURA O CIZALLA. Un elemento está sometido a un esfuerzo decortadura o cizalla cuando las fuerzas que actúan paralelamente a su sección tienden acortarlo, es decir, tienden a desplazar una sección con respecto a otra.Ejemplo: Tijeras cortando un papel.2.5.- TORSIÓN. Un elemento está sometido a un esfuerzo de torsión cuandoexisten fuerzas sobre él que tienden a hacer girar una sección con respecto a la otra, esdecir, tienden a retorcerlo.Ejemplos: al apretar un tornillo o girar el pomo de una puerta estamos ejerciendoun esfuerzo de torsión; también al retorcer una goma de borrar.ACTIVIDADES 11. ¿Qué es una estructura?2. Las columnas de un edificio, ¿deben estar hechas de un material resistente a traccióno a compresión?. ¿Por qué?3. Unas llaves para abrir una puerta deben estar hechas de un material resistente. ¿A5
  6. 6. TEMA 7 Y 8: ESTRUCTURAS YELECTRICIDAD6PROFESOR: PEDRO A. ORTEGAqué tipo de esfuerzo?4. Indica qué esfuerzos soportan los muelles de la ilustración:3. ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA.La mayoría de las estructuras están formadas por la unión de varios elementos.Cada elemento está diseñado para soportar distintos tipos de esfuerzos, de modo que elresultado final sea una estructura resistente y estable. Los elementos más usados en lasestructuras son: cimientos, columnas o pilares, vigas, arcos y tirantes.3.1.- CIMIENTOS. Todas las estructuras necesitan apoyarse sobre una baseresistente.Esta base la constituyen los cimientos, que suelen estar por debajo del nivel delsuelo. Es equivalente a las raíces de los árboles.La mayoría de los edificios se construyen sobre cimientos de hormigón para evitarque se hundan debido a su peso.3.2.- COLUMNAS O PILARES. Son barras verticales especialmente diseñadas parasoportar esfuerzos de compresión.6
  7. 7. TEMA 7 Y 8: ESTRUCTURAS YELECTRICIDAD7PROFESOR: PEDRO A. ORTEGA3.3.- VIGAS. Son barras horizontales que soportan esfuerzos de flexión. Lasdiversas plantas de un edificio se soportan con vigas.3.4.- ARCO. Es un elemento con forma curva que sirve para cubrir un hueco entredos pilares y que soporta una parte de la estructura descargando el peso en los extremos.3.5.- TIRANTES. Son cables o barras que soportan esfuerzos de tracción. Puedenser de acero y sirven para aumentar la resistencia y la estabilidad de una estructura.Ejemplo: Puente de Carlos Fernández Casado, León:4.- PROPIEDADES DE LAS ESTRUCTURAS7
  8. 8. TEMA 7 Y 8: ESTRUCTURAS YELECTRICIDAD8PROFESOR: PEDRO A. ORTEGALa estructura debe aguantar las cargas (ser resistente) y no caerse (ser estable).Además, en su construcción debe ser ligera (para no aumentar las cargas) y económica,algo que se consigue usando perfiles.4.1.- ESTRUCTURAS RESISTENTES.Una estructura es resistente cuando conserva su forma al aplicarle cargas.Sin embargo, todos los materiales sufren una pequeña deformación cuando se les aplicauna fuerza. El problema surge cuando la fuerza es tan grande que se produce unadeformación permanente o se rompe la estructura.Los elementos que proporcionan resistencia y estabilidad a las estructuras son:• El triángulo es la única forma geométrica queno se puede deformar aplicándole fuerzas ensus lados es un triángulo. Esto ha servido debase para fabricar las estructuras triangulares.• El arco es un elemento que también aporta resistencia a la estructura.Trabaja sometido a compresión.• Los tirantes son elementos que aportan resistencia y estabilidad a unaestructura.4.2.- ESTRUCTURAS ESTABLES.Son estructuras estables aquellas que al aplicar una fuerza sobre ellas, conservan suposición. Son estructuras inestables aquellas que al aplicar un pequeño empuje, pierdenel equilibrio.La estabilidad está relacionada con el centro de gravedad. El centro de gravedad: es unpunto imaginario donde estaría toda la masa del objeto si se pudiera comprimir. Cuandoeste punto se sitúa fuera de la base del objeto, entonces éste se convierte en inestable yse vuelca.8Recursos para mejora laestabilidad de una estructura
  9. 9. TEMA 7 Y 8: ESTRUCTURAS YELECTRICIDAD9PROFESOR: PEDRO A. ORTEGA4.3.- PERFILES.Son barras de diferentes secciones utilizadas para hacer estructuras. Muchos de loselementos estructurales (vigas y pilares) están fabricados con perfiles.Si tuviéramos que hacer vigas y pilares macizos, pesarían tanto y serían tan caras (muchomaterial) que no podríamos fabricar grandes estructuras.Los perfiles nos permiten hacer las estructuras resistentes, ligeras y baratas al mismotiempo. Tipos de perfiles:- ABIERTOS: con forma de V, T, U, L, X, H- CERRADOS: con forma de O, Δ,□ACTIVIDADES 29
  10. 10. TEMA 7 Y 8: ESTRUCTURAS YELECTRICIDAD10PROFESOR: PEDRO A. ORTEGA5. ¿Qué quiere decir que una estructura debe ser indeformable?6. ¿Por qué se usan perfiles en vez de elementos macizos?7. ¿Qué diferencia existe entre vigas y columnas?8. Dibuja una estructura que tenga, al menos, cuatro unidades de algunos de lossiguientes elementos: vigas, pilares, arcos y tirantes.5. TIPOS DE ESTRUCTURAS ARTIFICIALES.Hay muchos tipos de estructuras. Una forma sencilla de clasificarlas es por su forma o porlos elementos que predominan en ellas. Otras, según el material del que están hechas.CLASIFICACIÓN SEGÚN LOSMATERIALESo Maderao Piedrao Metalo HormigónCLASIFICACIÓN SEGÚN LOS ELEMENTOS DOMINANTESo Estructuras masivas.o Estructuras abovedadas.o Estructuras entramadas.o Estructuras trianguladas.o Estructuras colgantes.Para fabricar estructuras, se pueden usar muchos materiales, pero los más usados a lolargo de la historia son:10
  11. 11. TEMA 7 Y 8: ESTRUCTURAS YELECTRICIDAD11PROFESOR: PEDRO A. ORTEGAVamos a ver los tipos de estructuras artificiales según sus elementos o formasprincipales que lo componen:5.1.- ESTRUCTURAS MASIVAS. Son aquellas en las que predomina una granconcentración de material. Se caracterizan por ser: macizas, estables y muy pesadas.Emplean materiales muy resistentes a esfuerzos de compresión, como el granito, elmármol o el hormigón.Ejemplos: pirámides egipcias, pirámides mayas, templos griegos, presas deembalses, murallas, diques…10.2.- ESTRUCTURAS ABOVEDADAS. En estas estructuras predominan los arcos,las bóvedas o las cúpulas como elementos de sujeción y soporte.5.2. ESTRUCTURAS ABOVEDADAS. Son como las estructuras masivas a los quese añaden elementos para que no sean tan pesados. Estos elementos son lasbóvedas y las cúpulas:• BÓVEDA: es una sucesión de varios arcos.11
  12. 12. TEMA 7 Y 8: ESTRUCTURAS YELECTRICIDAD12PROFESOR: PEDRO A. ORTEGA• CÚPULA: es una bóveda con forma semiesférica.Estos elementos son capaces de soportar fuertes esfuerzos de compresión, por loque permiten cubrir grandes espacios con materiales pétreos como la piedra o el hormigón.El peso de estos elementos recae sobre los muros laterales, por lo que es necesarioreforzarlos con contrafuertes o arbotantes.Ejemplos: teatros, circos y acueductos romanos, iglesias y catedrales, algunasmezquitas y determinadas construcciones actuales como los túneles.5.3.- ESTRUCTURAS ENTRAMADAS. Son estructuras formadas por un conjuntode perfiles de madera, acero u hormigón que se entrecruzan entre sí. Los elementosestructurales son las vigas, los pilares o columnas y la cimentación.Ejemplos: los edificios que se cubren con ladrillos o cristal después de colocar lospilares y las vigas. Esto supone una disminución de peso respecto de las estructurasmasivas o abovedadas antiguas, que se traduce en la posibilidad de aumentar la altura delas construcciones actuales.5.4.- ESTRUCTURAS TRIANGULADAS. Se forman con la unión de muchostriángulos, construyendo redes planas o espaciales. Cada triángulo está sometido a suspropios esfuerzos de tracción y compresión, equilibrándose la estructura y permitiendo queésta pueda crecer todo lo que se desee. Los materiales que se emplean para construirestas estructuras son la madera o el acero. Los triángulos hechos con madera se llamancuchillos, y los elaborados con acero, cerchas.12
  13. 13. TEMA 7 Y 8: ESTRUCTURAS YELECTRICIDAD13PROFESOR: PEDRO A. ORTEGAEjemplos: torres de alta tensión, grúas, plataformas petrolíferas, estadios deportivosy algunos puentes. Estas estructuras son muy resistentes y ligeras, ya que están huecas.La triangulación en las estructuras aporta estabilidad y resistencia con el mínimonúmero de perfiles.5.5.- ESTRUCTURAS COLGANTES. Son aquellas que están sustentadas porcables o perfiles sujetos a elementos de soporte. En ellas predominan los tirantes, queestán sometidos a esfuerzos de tracción. Los puentes colgantes tienen un tablero para elpaso de vehículos que normalmente es metálico y unos pilares de hormigón con cimientosmuy profundos.Los tirantes sujetan el tablero para el paso de vehículos que normalmente esmetálico y unos pilares de hormigón con cimientos muy profundos. Los tirantes sujetan eltablero apoyándose en los pilares y están firmemente amarrados desde la orilla. El puenteestá literalmente colgado de los cables. Si los cables se rompieran, el puente se hundiría.Esta técnica permite construir puentes más largos con menos pilares intermedios desujeción, lo que resulta especialmente interesante para atravesar ríos anchos, bahías, etc.ACTIVIDADES9. ¿Qué diferencia existe entre las estructuras masivas y las trianguladas?10. ¿Por qué la distancia entre pilares puede ser mayor en los puentes colgantes que enlos puentes entramados?11. ¿Puede una estructura ser abovedada y triangulada a la vez? ¿Cómo?12. ¿Por qué son más ligeros los edificios actuales que los antiguos?13

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