TEMA 4: LAS ESTRUCTURAS.

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TEMA 4: LAS ESTRUCTURAS.

3.Los componentes estructurales.

Una estructura está formada por diferentes elementos. La suma final de todas las cargas recae sobre el suelo. Hay 5 elementos estructurales:

• Cimentación.
• Arcos.
• Tirantes.
• Pilares y columnas.
• Vigas.

3.2 Los fallos estructurales.

Las principales situaciones de fallo en una estructura se originan por:

• Fatiga del material: Las estructuras están permanentemente sometidas a fuerzas y cargas.
• Oxidación y corrosión: Todos los materiales, en especial los metales, sufren procesos de oxidación, que en muchos casos derivan en corrosión, dando lugar a la pérdida de la masa afectada en el material atacado.
• Diseño estructural erróneo: Factores como la óptima selección de materiales, su cálculo, situación, dispocisión e, incluso, el proceso de embalse, así como muchos otros parámetros son esenciales antes de la construcción de una estructura.

3.1 Elementos estructurales.

4.Tipos de estructuras.

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

• Estructuras masivas.
• Estructuras entramadas.
• Estructuras laminadas.
• Estructuras colgantes y atirantadas.
• Estructuras trianguladas.
• Estructuras abovedadas.

4.6 Estructuras abovedadas.

Los arcos y las bóvedas han sido empleados como solución arquitectónica durante miles de años, aunque su uso se ha restringido a edificios singulares, ya que su construcción es compleja y costosa. Las principales son:

• Arcos: Dos momentos delicados, el encaje de la clave y la subsiguiente eliminación del andamio.
• Bóvedas y cúpulas: La bóveda cuerpo cóncavo, sostenido por las paredes que rodean un espacio, al cual sirve de cubierta o techumbre. Hay muchas como de cañón, de aristas... La cúpula es un tipo de bóveda esférica, generada por el giro de un arco sobre sus eje de simetría. Y se utilizan normalmente para cubrir un espacio cuadrado, circular...

4.5 Estructuras trianguladas.

El triángulo es el único polígono indeformable. La triangulación o formación de triángulos con elementos resistentes, es el método más eficaz para hacer que las estructuras sean más rígidas y menos deformables.

4.4 Estructuras colgantes y atirantadas.

Se basa en el empleo de tirantes y cables de acero para sostener elementos estructurales macizos.

4.3 Estructuras laminadas.

Tienen la función de servir de elemento de recubrimiento y protección. Cuando se fabrican estructuras laminadas con mayor dureza y más resistentes, suelen llamarse exoesqueletos.

4.2 Estructuras entramadas.

Aquellas en las que se emplean elementos resistentes, como pilares y columnas verticales, los cuales se entrecuzan con vigas horizontales formando un emparrillado.

4.1 Estructuras masivas.

Se basan en la solidez, la resistencia y permanencia en el tiempo de las esctructuras naturales.

5.Perfiles.

Los perfiles son aquellas formas comerciales en las que se suelen suministrar el acero, el aluminio y otros materiales.

5.2 Cerchas.

Las cerchas son unos de los sistemas que la ingeniería estructural resuelve con el empleo de elementos simples como los perfiles. El desarrolo de cerchas se realizará a basa de formar triángulos uniendo, mediante carteles, los perfiles y las barras, lo que da lugar a una estructura resistente a la deformación. Como las uniones o nodos, dan a los perfiles la posibilidad de girar, cada uno de ellos trabajará solo a comprensión o tracción. Resulta una estructura muy ligera en comparación con el peso que es capaz de soportar.

5.1 Definición y tipos de perfiles.

Los perfiles son aquellas formas comerciales en las que se suelen suministrar el acero, el aluminio y otros materiales. Los más habituales son:

De perfiles abiertos.

• Perfil en I, H o doble T.
• Perfil en T.
• Perfil en L.
• Perfil en U.

De perfiles cerrados.

• Sección circular.
• Sección cuadrada.
• Sección circular.
• Sección triangular.

2.Las fuerzas.

Las fuerzas son magnitudes que se caracterizan por su valor o intensidad, y por su dirección. Producen efectos sobre los cuerpos, pueden deformarlos o cambiar su estado de movimiento. Las fuerzas pueden:

1. Mover un objeto que está en reposo.
2. Detener un cuerpo en movimiento.
3. Deformar un cuerpo.
4. Modificar la dirección del movimiento de un cuerpo.

2.6 Los esfuerzos que originan las fuerzas.

Hay 5 tipos de esfuerzos:

• Tracción: La pieza aumenta su longitud y disminuye su sección al ser estrirada por dos fuerzas.
• Comprensión: Dos fuerzas aplastan una pieza provocando una disminución de su longitud y un ensanchamiento de la pieza.
• Flexión: Una fuerza actúa de forma perpendicular a una pieza, produciendo la curvatura de esta.
• Torsión: Retorcimiento de una pieza sobre sus extremos actúan dos fuerzas giratorias y en sentido contrario.
• Cizalladura: Efecto de corte de una pieza cuando actúan sobre ella, en un mismo punto, dos fuerzas con direcciones contrarias.

2.5 Tipos de fuerzas y cargas.

Cuando sobre un objeto actúan fuerzas externas. Hay 2 criterios para clasificar el tipo de fuerzas y cargas:

• Según su duración en el tiempo: Permanentes y variables.
• Según su forma de aplicación: Puntuales y distribuidas.

2.4 El centro de gravedad, concepto clave para la estabilidad.

Una estructura es estable cuando la distribuición de su masa se equilibria antes las fuerzas de la gravedad.El centro de gravedad se define como un punto representativo de un cuerpo en el que se puede considerar concentrada toda su masa.

2.3 Las cargas y el equilibrio de un objeto.

Todos los cuerpos tienden a mantenerse estáticos. Una estuctura en equilibrio está afectada por múltiples fuerzas. Entre ellas, las que aparecen debido al peso que soportan se denominan cargas. Se clasifican en:

1. Cargas estáticas o muertas
2. Cargas dinámicas o vivas.
3. Cargas accidentales.

2.2 Cómo se miden las fuerzas.

Existen varios instrumentos, el más habitual es la balanza, también se utiliza, en los laboratorios, el dinamómetro, se basa en la capacidad que tiene un muelle de alargarse de forma proporcional a la fuerza que se le aplica.

Unidades de medida.

1. La masa se mide en kilogramos (kg) en el SI y es una de las siete magnitudes básicas.
2. Las fuerza en el SI se emplea el newton (N) como unidad de fuerza.

2.1 Qué son las fuerzas.

1.Las estructuras

Una estructura es un objeto complejo cuya función principal es la de soportar cargas, como por ejemplo una casa. Otras se diseñan para salvar accidentes geográficos. Tres condiciones esenciales son:

1. La estructura ha de ser estable, ha de mantenerse en equilibrio estático.
2. El diseño de la estructura debe hacer que sus partes se mantengan sin deformarse.
3. Loa materiales y su disposición han de conseguir que la estructura sea resistente, como para aguantar fuerzas extremas como para soportar las fuerzas que aparecen debidas a sus propio peso.

1.3 Imitando las construcciones naturales.

Muchos estudios de arquitectura y universidades analizan las construcciones de las termitas desde sus departamentos de biomimetismo. La biomimética es un área de la ciencia que tiene por objetivo el estudio de las estructuras biológicas, con el fin de resolver aquellos problemas humanos que la naturaleza ya ha resuelto. En un edificio de la ciudad de Harare, en Zimbabue, se ha conseguido recrear un sistema de aire acondicionado de forma similar a como las termitas refrigeran de forma natural sus torres-termitero. Consiguiendo un 90% de ahorro energético en la refrigeración de este edificio.

1.2 Copiando a la naturaleza

Los seres humanos tienden a lo que la naturaleza nos ofrece para nuestro provecho y bienestar. Según descubríamos y analizábamos diferentes estructuras de la naturaleza, hemos ido creando otras cada vez más perfeccionadas, llegando a la conclusión de la que la correcta distribución de las fuerzas y los pesos ejercidos sobre el árbol... Eran la clave de por qué las estructuras naturales se sostenían. Algunas estructuras naturales provienen de la formación y evolución geológica de nuestro planeta a lo largo de los millones de años. Como por ejemplo las cuevas naturales. Los animales también, se han tratado de adaptar al medio a lo largo de los millones de años. Como por ejemplo los castores con sus presas.

1.1 El diseño de una estructura.

Una estructura se formará con un conjunto de elementos sólidos, unidos y acoplados, que tienen la función de soportar fuerzas, pesos y, en general, todo tipo de cargas.El diseño de una estructura ha de permitirle mantener con solidez tanto su forma como su tamaño.