TEMA 4: LAS ESTRUCTURA

Son las formas en las que se comercializan los elementos de acero, aluminio y otros similares.El nombre coincide con la forma del perfil: I, L, H, T y U, que son los que se emplean para la construcción de estructuras.Estas formas consiguen mayor resistencia con menos cantidad de material, alejando la masa del centro de gravedad.

Empleada en ingeniería estructural para diseñar tejados y puentes, empleando perfiles.Son estructuras muy ligeras, resistentes e indeformables , formadas por triangulaciones de perfiles unidos por cartelas.Los perfiles pueden girar gracias a las uniones (nodos) , trabajando cada uno a tracción o compresión. Los elemento verticales de las cerchas trabajan a compresión.En el diseño de la estructura se van añadiendo planos sucesivos de cerchas, por ejemplo para la construcción de naves industriales.Su diseño varía según en la zona geográfica donde se construya, dependiendo de si llueve o nieva mas o menos, debido al peso que crea sobre le tejado.

Cualquier estructura fabricada se podría encuadrar en alguno de los siguientes tipos:

Son las estructuras mas antiguas, cuya función principal es la sustentación. Están compuestas por grandes bloques de piedra con gran espesor, junto a la acumulación de materiales.Se basan en la solidez, la resistencia y la duración en el tiempo de las estructuras naturales. Algunos ejemplos son: las pirámides egipcias, templos antiguos, embalses y puentes de piedra.

Son las formadas por elementos resistentes, tales como pilares, columnas, vigas, formando un emparrillado ( esqueleto del edificio). También empleado para la construcción de andamios.

Son estructuras ligeras empleadas como elementos de cubrición y protección.Exoesqueletos; cuando se fabrican con mayor resistencia,Ejemplo: Piezas de chapa que recubren un coche.

Se trata de tirantes y cables de acero que sostienen otros elementos estructurales macizos.Se emplean en la construcción de puentes.

Las estructuras en forma de triangulo son mas rígidas e indeformables ante las fuerzas.

Son las formadas por arcos y bóvedas. Este tipo de estructura se emplea desde la antigüedad, aunque son mas costosas y menos empleadas en la actualidad.ARCOS: En su construcción hay dos situaciones delicadas, cuando se coloca la clave ( pieza angular central ) y la retirada del andamio, ya que si se hace mal, el arco se derrumba.El tipo mas conocido es el arco de medio punto.BÓVEDAS Y CÚPULAS:Distribuyen uniformemente las cargas entre sus partes.Empleadas en la construcción de iglesias, catedrales, palacios. Actualmente se emplea en la construcción de grandes espacios como aeropuertos, estaciones o centros comerciales.Bóveda: De forma cóncava apoyado sobre las paredes del espacio que cubre.Tipos: de cañón , de media naranja, de arista,…Cúpula: Imita la cueva natural.Es una bóveda esférica, generada por el giro de un arco sobre su eje de simetría.Cubren espacios rectangulares, circulares u octogonales.

Cada uno de los elementos que forman una estructura tiene funciones distintas, por lo que, están sometidos  esfuerzos distintos.Por ejemplo, en un edificio, la estructura soporta distintas fuerzas ( peso propio, carga de nieve, empuje del viento…). La suma de todas ellas llegan al suelo , cimentación, la cual es una base solida y consistente dentro del terreno, sobre la que se construyen los pilares, las columnas y sobre estas, las vigas y demás estructura.

Situaciones de fallo de una estructura:- FATIGA DEL MATERIAL: Se produce cuando el material de la estructura está sometido a mayores esfuerzos de los que de los que está preparado para soportar , degenerándose más rápidamente.- OXIDACIÓN Y CORROSIÓN:  Se produce en los elementos metálicos de la estructura, primero la oxidación y finalmente la corrosión, creando una perdida de masa en el material.Para evitarlo se utilizan pinturas especiales.- DISEÑO DE ESTRUCTURA ERRÓNEO: Se produce cuando el el proceso de diseño y cálculo de la estructura se comete algún error, creándose fallos a lo largo del tiempo , pudiendo terminar con el derrumbe de la estructura.

La función que hace la estructura es soportar el peso que hay en su interior o sobre ella. Algunos ejemplos son las viviendas o los puentes.La estructura debe cumplir las siguientes condiciones:. Ser estable, por lo que debe mantenerse en equilibrio estático.. Su diseño debe permitir mantenerse sin deformarse.. Los materiales que la componen deben conseguir que sea resistente, tanto a las fuerzas externas como a su propio peso.

formando un conjunto diseñado para soportar todo tipo de cargas ( fuerzas, pesos...).Contra las cargas que soporta la estructura, aparecen esfuerzos interiores de las mismas. Por ello su diseño debe permitirle mantener su forma y tamaño con solidez.

Observando a la naturaleza, vemos que existen estructuras naturales, por ejemplo:un árbol, sujetando sus propias ramas y hojas o las casas/cueva cavadas hacia el interior de una montaña sin que su techo se derrumbe.Basándonos en estas estructuras naturales, se han ido perfeccionando las creadas por el hombre, diseñando las estructuras con una correcta distribución de peso.Observando el reino animal, también podemos poner ejemplos de animales que también crean estructuras, por ejemplo : las abejas, hormigas o castores.

El hombre, se ha fijado en la naturaleza para imitar sus estructuras naturales.Los departamentos de biomimetismo de las universidades, analizan estas construcciones.En la ciudad de Harare (Zimbabue), se ha realizado un sistema de aire acondicionado, basándose e las estructuras de las torres de refrigeración realizadas por las termitas, consiguiendo un gran ahorro energético. Del mismo modo, en ciertos edificios se han llegado a aplicar las técnicas empleadas por los escarabajos en el drenaje del agua del aire ambiente, o las estructuras de la planta del loto para acumular la humedad en su superficie.Como recubrimiento de las fachadas y edificios, se emplean materiales, como fibras o plásticos repelentes del agua. Como forma del abastecimiento natural en épocas de sequía.

Las fuerzas son magnitudes que destacan por su valor o intensidad y por su dirección. Se representa mediante flechas, con una dirección y sentidos determinados. Su magnitud se representa por la longitud de la flecha. Las fuerzas pueden: mover un objeto que esta en reposo, detener un cuerpo en movimiento, deformar un cuerpo o modificar la dirección del movimiento de un cuerpo.

El instrumento mas habitual para medir la fuerza es la balanza. En los laboratorios se utiliza el dinamómetro, que se basa en la capacidad que tiene un muelle de alargarse proporcionalmente a la fuerza que se le aplica.Las unidades de medida son: la masa se mide en kilogramos (kl) y las fuerzas en newton (N) . 1N= 1KG . m/s2. (la fuerza es igual a la masa por aceleración).

Cuando la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto es 0, podemos decir que el cuerpo esta en equilibrio. Si esto no se cumple, el cuerpo estará sometido a una aceleración. Una estructura en equilibrio soporta una serie de fuerzas, entre ellas las cargas (peso).Las cargas se pueden clasificar en: cargas estáticas (o muertas) que son las que no varían con el paso del tiempo, cargas dinámicas (vivas) que pueden variar con el tiempo y cargas accidentales, provocadas por fenómenos meteorológicos o terremotos.

El centro de gravedad es el punto de un cuerpo en el que se concentra toda su masa. Es un punto geométrico, ya que su posición depende de la geometría del objeto. Cuando la distribución de la masa sea equilibrada ante las fuerzas de la gravedad, diremos que el objeto es estable.De este modo el centro de gravedad de un cuerpo simétrico será el centro geométrico.

Las distintas fuerzas externas y cargas que actúan sobre un cuerpo, se clasifican según dos criterios: Según su duración en el tiempo, pueden ser permanentes o variables, y según su forma de aplicación, puntuales o distribuidas.. Permanentes: mantienen constantes la magnitud y la dirección. Ejemplo: el peso de un edificio sobre el suelo.. Variables: su magnitud y su dirección cambia constantemente. Ejemplo: la carga del tráfico sobre un puente.. Puntuales: el golpeo de un martillo sobre un clavo.. Distribuidas: son las cargas repartidas sobre una superficie. Ejemplo: la nieve acumulada sobre un tejado.

Son las fuerzas internas de un objeto, que reaccionan ante las fuerzas externas. Tipos: . Tracción: es el esfuerzo en el que dos fuerzas estiran una pieza haciéndola aumentar de longitud y disminuir su sección.. Compresión: es el esfuerzo, en el que dos fuerzas aplastan una pieza, disminuyendo su longitud y aumentando su sección.. Flexión: cuando la fuerza actúa perpendicularmente a una pieza, curvándola.. Torsión: cuando dos fuerzas actúan en los extremos de una pieza, de forma giratoria y en sentido contrario. . Cizalladura: cuando dos fuerzas con direcciones contrarias, actúan sobre el mismo punto de un objeto, produciendo el efecto de corte.