TEMA 4: Las estructuras.

Una estructura se formará con un conjunto de elementos sólidos , unidos y acoplados , que tiene la función de soportar fuerzas , pesos y , en general, todo tipo de cargas. Siempre teniendo en cuenta varias condiciones.

Los seres humanos observamos a la naturaleza y tendemos a copiarla ya que consta de la absoluta perfección , las mejores estructuras son copiadas de esta y consiguen la correcta distribución de las fuerzas y los pesosEjemplo de obra arquitectónica inspirada y observada de la naturaleza.

Inteligentemente , una buena parte de ingeniería existe gracias a la naturaleza al crear estructuras . El biomimetismo es un área de la ciencia que estudia las estructuras naturales y , posteriormente , construir fijándose en ellas ya que nos ofrece la solución a muchos de los problemas. Los científicos profesionales piensan cómo emplear ciertos materiales pero , al observar la naturaleza encuentran la verdadera solución.

Las fuerzas son magnitudes que modifican un cuerpo o bien lo deforman y se caracterizan por su valor , o intensidad, y por su dirección. Una fuerza puede hacer que un objeto se mueva en el sentido en el que esta se aplica.Según la física , la fuerza aparece cuando los cuerpos interaccionan entre sí y son sometidos a una aceleración.Con lo cual , las fuerzas permiten:Mover un objeto que se encuentra en reposo.Detener un cuerpo en movimiento.Modificar la dirección del movimiento de un cuerpo.Deformar un cuerpo.Así funciona la fuerza.

Para poder medir la fuerza existen varios instrumentos , a parte de la balanza , el dinamómetro , así funciona:Unidades de medida de:La masa se mide en kilogramos (kg).Las fuerzas se miden en newton(N) , estas fuerzas son magnitudes derivadas de la masa y , por tanto, sus unidades se basan en ella.El newton es una unidad que mide la fuerza que ejerce un kilogramo de masa sometido a una aceleración de un metro por segundo cuadrado: 1N=1Kg ·m/s al cuadrado.

Una estructura en equilibrio está afectada por múltiples fuerzas. Una de ellas son las cargas , fuerzas que aparecen debido al peso que soportan .Por ejemplo, todo el peso que mantiene un puente.Estas cargas se pueden clasificar en estáticas o muertas (no varían con el tiempo), dinámicas o vivas (pueden variar con el tiempo) y las cargas accidentales (provocadas por algún fenómeno como un terremoto o cualquier otro suceso meteorológico).

Un punto representativo de un cuerpo en el que se puede considerar concentrada en su masa es el centro de gravedad . Se trata de un punto geométrico y su posición depende exclusivamente de su geometría. Y , por otro lado , las figuras carentes de geometría pueden tener el centro de gravedad fuera del cuerpo.

Las fuerzas y cargas se pueden clasificar según su duración en el tiempo ( permanentes o variables) y según su forma de aplicación (puntuales o distribuidas).Permanentes: su dirección y magnitud son siempre constantes.Variables : cambian constantemente de magnitud y de dirección , como el peso del tráfico en un puente.Puntuales o concentradas: como el golpeo de un martillo sobre un clavo o la forma en que se clava con el dedo una chincheta .Distribuidas: cuando el peso se distribuye sobre una superficie a través de las cargas.

Fuerzas exteriores que actúan sobre un objeto:Tracción: en este dos fuerzas estiran de una pieza , esta aumenta de longitud y disminuye su sección , sobre todo en el centro.Compresión: dos fuerzas aplastan una pieza , esta disminuye su longitud y ensanchamiento de esta pieza.Flexión: una fuerza actúa en perpendicular , provocando su curvatura .Torsión: retorcimiento de la pieza cuando sobre sus extremos actúan dos fuerzas giratorias y en sentido contrario .Cizalladura: efecto de corte de una figura cuando actúan sobre ella , en un mismo punto , dos fuerzas con direcciones contrarias.

Una estructura está formada por diversos y distintos elementos , cada uno con una misión distinta , los cuales son:Cimentación: lleva las fuerzas de toda la estructura al terreno.Arcos: las fuerzas se distribuyen entre sus elementos como cargas que producen compresión.Tirantes: dan rigidez y aumenta la resistencia de la estructura.Pilares y columnas: llevan las fuerzas a la cimentación.Vigas: distribuyen las fuerzas hasta llegar a otro elemento que las llevará también a la cimentación finalmente.

Los principales fallos de una estructura se originan por:Fatiga del material: las estructuras están continuamente soportando pesos y cargas , si estas están en continuo movimiento como es el caso de muchas , provoca que la estructura esté también en continuo movimiento.Oxidación y corrosión: todos los materiales , preferentemente los metales se oxidan y se corroen , esto se intenta evitar mediante pinturas específicas u otras técnicas anticorrosivas.Diseño estructural erróneo: algunos factores pueden influir en el error de construcción en una estructura .Al cabo de un tiempo , aparecen los fallos y los materiales ya no están en buenas condiciones , lo que provoca la ruptura de la estructura.

Los perfiles son las distintas formas comerciales en las que se suministra el acero , el aluminio y otros materiales. Sus formas designan sus nombres. También , una estructura debe ser capaz de resistir todo tipo de pesos y esfuerzos a los que se somete. Los perfiles están diseñados para ello. Sus formas permiten la resistencia que cada caso necesita.

Estas estructuras se realizan a base de formar triángulos uniéndolos mediante cartelas. Los nodos son sus uniones . Las cerchas son sistemas que la ingeniería estructural resuelve con elementos como los perfiles. Estas cerchas son capaces de soportar mucho peso. Son colocadas así:

Estas estructuras son empleadas desde la Antigüedad , las cuales posteriormente reforman a causa de fallos de los años en los que lleva en pie , pero la buena calidad de las construcciones antiguas permiten que se mantenga perfectamente estable gracias a los materiales de piedra.Algunos ejemplos son las pirámides:

Son las estructuras que utilizan elementos resistentes como pilares y columnas , combinados con vigas . Con esto consiguen el increíble esqueleto del edificio , el cual se encuentra asegurado con materiales muy resistentes.Un ejemplo son las escaleras de mano.

Estas estructuras sirven de recubrimiento y protección , suelen ser ligeras y algo frágiles y, si se tratara de láminas más resistentes y duras , se denominaría exoesqueleto. Las construcciones en las que encuentras estas láminas son, por ejemplo, los paneles exteriores de los electrodomésticos.

En esta estructura se usan tirantes y cables de acero para sostener elementos estructurales macizos . Normalmente se usan en la fabricación de puentes.

La triangulación es el método más eficaz para hacer que las estructuras sean más rígidas y menos deformables , ya que el triángulo es el único polígono indeformable.Este método lo podemos encontrar tanto en edificios como en estructuras desmontables como grúas.

Estas estructuras han sido utilizadas de hace miles de años y, aunque su uso se ha restringido , se siguen usando .Las principales estructuras abovedadas son:ARCOS: en en proceso de la construcción de estos hay dos momentos delicados : el encaje de la clave , y la subsiguiente eliminación del andamio. Si el andamio de retira en un momento no correcto , la estructura podría venirse abajo. El más común es el arco de medio punto:BÓVEDAS Y CÚPULAS: son utilizados cuando se quiere resaltar el espacio y la luminosidad en una construcción.Una bóveda es un cuerpo cóncavo , sostenido por paredes que rodean un espacio. Existe una gran variedad de bóvedas : de cañón , de media naranja o de aristas.Una cúpula es un tipo de bóveda esférica , generada por el giro de un arco sobre su eje de simetría .Se utiliza para cubrir o cerrar espacios generalmente cuadrado , octogonal o circular.