作者：Mario Lopez Santos 2 年以前
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El fallo o mal funcionamiento de un sistema es algo inherente a la actividad humana. Las principales situaciones de fallo de una estructura se originan por:
-Fatiga del material. Las estructuras están permanentemente sometidas a fuerzas y cargas. En muchos casos, las cargas no son estáticas, sino que están en contacto movimiento, como en el caso de puentes.
-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.
-Diseño estructural erróneo. Factores como la óptima selección de materiales, su cálculo, situación, disposición e incluso, el proceso de ensamble, así como muchos otros parámetros son esenciales antes de la construcción.
Una estructura esta formada por diferentes elementos, cada uno de los cuales tiene su propia misión en ella.
Elementos estructurales:
-Cimentación. Es la encargada de transmitir las cargas de la estructura al terrero.
-Arcos. Son marcos curvos en los que las fuerzas soportadas se distribuyen entre sus elementos.
-Tirantes. Son cables de acero que se utilizan con el objeto de dar rigidez u aumentar la resistencia de la estructura.
-Pilares y columnas. Son elementos verticales de la estructura.
-Vigas. Son elementos horizontales de la estructura que soportan la carga situada entre dos apoyos.
Aqui tenemos un ejemplo de vigas.
Ejemplos de estructuras:
-Estructura masiva.
-Estructura entramada.
-Estructura laminada.
Cualquier estructura fabricada se podría encuadrar en alguno de los siguientes tipos:
Estructuras abovedadas.
Los arcos y las bóvedas han sido empleados como solución arquitectónica durante miles de años.
Arcos.
En la construcción de arcos, hay dos momentos delicados: el encaje de la clave, y la subsiguiente eliminación del andamio. El tipo de arco más simple y más conocido es el arco de medio punto.
Bóvedas y cúpulas.
Una bóveda es un cuerpo cóncavo sostenido por las paredes que rodean un espacio, al cual sirve de cubierta o techumbre.
Ejemplo de bóveda: de cañón, de media naranja o de aristas.
La cúpula es un tipo de bóveda esférica, generada por el giro de un arco sobre su eje de simetría.
Estructuras triangulares.
El triángulo es el único polígono indeformable. Un objeto compuesto de tres barras rígidas formando un triángulo no sufre variación en la forma cuando se le aplican fuerzas. De este modo, 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.
Estructuras colgantes y atirantadas.
Este tipo de estructuras se basa en el empleo de tirantes y cables de acero para sostener elementos estructurales macizos. Se utilizan en la construcción de puentes, que suelen tener una o dos grandes torres sobre las que apoyan los tirantes y los cable de acero que lo sujetan.
Estructuras laminadas.
Estas estructuras tienen la función de servir de elemento de recubrimiento y protección. Suelen ser ligeras y normalmente, frágiles si se comparan con otro tipo de estructura más pesadas. Cuando se fabrican estructuras laminadas con mayor dureza y más resistentes, sueles denominarse exoesqueletos.
Estructuras entramadas.
Son aquellas estructuras que emplean elementos resistentes, como pilares y columnas verticales, los cuales se entrecruzan con vigas horizontales formando un emparrillado. Se emplean actualmente para forjar el esqueleto de los edificios y para construir andamios.
Estructuras masivas.
Empleadas desde la Antigüedad, se basan en la solidez, la resistencia y permanencia en el tiempo de las estructuras naturales.
Una estructura es un objeto coplejo cuya función principal es la de soportar cargas, es decir, mantener en su interior o sobre ella determinados pesos.
Las cerchas son uno de los sistemas que la ingeniería estructural resuelve con el empleo de elementos simples como los perfiles. El desarrollo de cerchas se realizará a base de formar triángulos uniendo, mediante cartelas, los perfiles y las barras.
Como las uniones o nodos, dan a los perfiles la posibilidad de girar cada uno de ellos trabajará solo a compresión o tracción.
Ejemplos de cerchas.
Se pueden encontrar en puentes, naves o pabellones.
Definición y tipos de perfiles.
Los perfiles son aquellas formas comerciales en las que se suelen suministrar el acero, el aluminio y otros materiales. Estos perfiles con formas de I L T y U son elementos que se utilizan en la construcción de estructuras. Hay perfiles abiertos (los nombrados anteriormente) y perfiles cerrados como son sección rectangular, cuadrada, circular y triangular.
Una fuerza puede hacer que un objeto se mueva en el sentido en el que esta se aplica.
Cuando varias fuerzas exteriores actúan sobre un objeto este se deforma debido a la acción de un conjunto de fuerzas internas que reciben el nombre de esfuerzos.
Vamos a explicar detalladamente cada uno de ellos:
Tracción: es aquel esfuerzo en el que dos fuerzas se estiran.
Compresión: es aquel esfuerzo en el cual dos fuerzas aplastan una pieza provocando una disminución de su longitud y disminuye.
Flexión: se da cuando una fuerza actúa de forma perpendiculares a una pieza, produciendo la curvatura de esta.
Torsión: es el retorcimiento de la pieza cuando sobre sus extremos actúan dos fuerzas giratorias y en sentido contrario.
Cizalladura: es el efecto de corte de una pieza cuando actúan sobre ella, en un mismo punto.
Cuando sobre un objeto actúan fuerzas externas, la forma en la que estas se distribuyen y varían sobre su superficie puede ser diferente según el caso.
Según su duración y magnitud en el tiempo podrán ser:
Permanentes: su magnitud y su dirección son siempre constantes, por ejemplo, el peso de un edificio sobre el suelo.
Variables: cambian continuamente de magnitud y de dirección, tal y como sucede con la carga que soporta un puente cuando circula el trafico sobre el.
Según su forma de aplicación:
Puntuales o concentradas, como el golpeo de un martillo sobre la cabeza de un clavo o la forma en que se clava con el dedo una chincheta.
Distribuidas, en las quelas cargas reparten y dispersan su peso total sobre una superficie, como la nieve acumulada sobre un tejado.
Se dice que un objeto o una estructura es estable cuando la distribución de su masa se equilibra ante las fuerzas de la gravedad. Esta definición nos lleva a un concepto especifico: el centro de gravedad, que se define como un punto representativo de un cuerpo en el que se puede considerar concentrada toda su masa.
Por ejemplo, el centro de gravedad de un cuerpo simétrico será el centro geométrico, es decir, el punto por el que cruzan todas las diagonales que unen vértices opuestos.
Para que un cuerpo se encuentre en equilibrio, es necesario que la suma de todas las fuerzas que actúan sobre él sea igual a cero.
Una estructura en equilibrio está afectada por múltiples fuerzas. Entre ellas, las que aparecen debido al peso que soportan se denominan cargas.
Las cargas se pueden clasificar en:
Cargas estáticas o muertas, que no varían con el tiempo, como los muebles que se soportan en la planta de un edificio.
Cargas dinámicas o vivas, que pueden variar en el tiempo, como el peso de la nieve sobre un tejado o el transito del tráfico de vehículos sobre un puente.
Cargas accidentales, como las provocadas por terremotos, huracanes y todo tipo de fenómenos meteorológicos de alta intensidad.
Para medir una fuerza, existen varios instrumentos, el mas habitual es la balanza, pero también se utiliza, en los laboratorios, el dinamómetro.
Este aparato de medida se basa en la capacidad que tiene un muelle de alagarse de forma proporcional a la fuerza que se le aplica.
La masa se mide en kg y las fuerzas entre ellas el peso son magnitudes derivadas . En concreto en el sistema internacional se emplea el newton(N) como unidad de fuerza.
Las fuerzas son magnitudes que se caracterizan por su valor, o intensidad, y por su dirección. Las fuerzas producen efectos sobre los cuerpos: pueden deformarlos o cambiar su estado de movimiento. Por tanto, las fuerzas pueden:
Mover un objeto que está en reposo.
Detener un cuerpo en movimiento.
Deformar un cuerpo.
Modificar la dirección del movimiento de un cuerpo.
una estructura es un objeto complejo cuya función principal es la de soportar cargas, es decir, mantener en su interior o sobre ella determinados pesos. En el diseño de una estructura, quienes diseñan la arquitectura y la ingeniería han de contemplar tres condiciones esenciales:
- La estructura ha de ser estable, es decir, ha de mantenerse en equilibrio estático.
-El diseño de la estructura debe hacer que sus partes se mantengan sin deformarse.
-Los materiales y su disposición han de conseguir que la estructura sea resistente.
Profesionales de la arquitectura y de la ingeniería se han fijado en la naturaleza con la intención de imitar las increíbles estructuras que esta nos ofrece. En el caso concreto de las torres, las construcciones de las termitas, como la que se muestra en la figura, son un excelente ejemplo a copiar. De hecho, muchos estudios de arquitectura y universidades analizan estas construcciones estructurales desde sus departamento de biomimetismo. La biomimética es un área de la ciencia que tiene por objetivo el estudio de las estructuras biológicas.
Algunas estructuras de la naturaleza provienen de la formación y evolución geológica de nuestros planeta a lo largo de los millones de años de su historia. Han sido empleadas como viviendas por los seres humanos desde hace miles de años.
Teniendo en cuenta las condiciones anteriores, 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 tipos de cargas. Las estructuras vanguardistas, la tendencia actual es construir estructuras que se integren en el entorno.
Aquí vemos una estructura vanguardista.
