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1. ESTRUCTURAS. 1.1 DEFINICIÓN Todos los objetos y las construcciones que nos rodean están diseñados para mantener la estabilidad y el equilibrio frente a las acciones externas, así como para soportar su propio peso y el de los elementos que contienen. Todo objeto debe tener una estructura que soporte las fuerzas. Esta estructura será la más adecuada y, a ser posible, la más sencilla para que funcione y resulte económica. En ocasiones, la estructura la proporciona un elemento aislado dentro del objeto, mientras que en otras todo el objeto es en sí mismo estructura. Una estructura es un conjunto de elementos unidos entre sí destinados a soportar los efectos de las fuerzas que actúan sobre él. La estructura impide, así, que el cuerpo se rompa o se deforme en exceso. 1.2. FUNCIONES DE UNA ESTRUCTURA. Cualquier estructura que consideremos está diseñada para desempeñar cuatro funciones básicas:  Soportar el peso de la propia estructura y el de los objetos que se encuentran en ella.  Sostener objetos de forma estable y sin deformaciones excesivas.  Contener elementos, objetos y personas en su interior.  Proteger el contenido y la propia estructura de la acción de los elementos externos. 1.3. TIPOS DE ESTRUCTURAS. La mayoría de estructuras se pueden clasificar según varios criterios:  Según su origen: natural o artificial.  Según el número de elementos: simple o compuesta  Según su fijación: fija o desmontable.  Según su forma: masiva, laminar o de carcasa, de armazón. Las estructuras masivas son estructuras pesadas y macizas que se construyen acumulando o apilando materiales para soportar pesos y empujes muy grandes (muros gruesos, pirámides, presas,…). Las estructuras laminares están formadas por paneles o láminas delgados y resistentes que forman una especie de caja o carcasa que protege y contiene objetos y personas (chasis y carrocería de coches, fuselaje de aviones, cascos de motorista, latas de conserva,…).

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Las estructuras de armazón están formadas por pieza alargadas como barras, tubos, pilares, vigas o cables unidos entre sí para formar una especie de esqueleto o armazón. Según cómo estén colocados estos elementos, pueden ser: entramadas (sus elementos forman una malla de piezas verticales y horizontales, como en una silla o los pilares y vigas de un edificio), trianguladas (construidas con barras que forman triángulos, como en las torres de red eléctrica, las grúas o el esqueleto humano) o colgadas (soportan parte del peso de la construcción mediante cables, como en los puentes colgantes). 2. ESFUERZOS. Una estructura está sometida a la acción de numerosas fuerzas. Estas originan la aparición de distintos tipos de esfuerzos que la estructura debe soportar para mantenerse equilibrada. Se denominan esfuerzos a los diferentes tipos de acciones que ejercen las fuerzas sobre los elementos de una estructura. Podemos encontrar los siguientes tipos de esfuerzos:  Tracción. Los esfuerzos de tracción tienden a estirar los elementos que los han de soportar. Es el tipo de esfuerzo al que está sometido un cable del que cuelga un peso.  Compresión. Los esfuerzos de compresión tienden a comprimir o aplastar los elementos. Es el caso de los pilares o las columnas.  Flexión. Los esfuerzos de flexión tienden a doblar los elementos. Es el tipo de esfuerzo que soporta la balda de una estantería o las tablas de un somier.  Torsión. Los esfuerzos de torsión tienden a retorcer los elementos. Es el tipo de esfuerzo al que están sometidos las manivelas, las llaves al abrir la cerradura o el lápiz al sacarle punta.  Cizalladura o corte. Los esfuerzos de cizalladura tienden a cortar los elementos, por ejemplo al romper un papel con las manos.

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Ejemplo de esfuerzos en algunos objetos:

3. ELEMENTOS RESISTENTES Son los elementos básicos con los que se construye una estructura. Los más utilizados son:  Pilares. Son los apoyos verticales sobre los que descansan las vigas y el resto de la estructura. Están sometidos a esfuerzos de compresión, debido al peso de los elementos que se apoyan sobre ellos.  Vigas. Son piezas horizontales con forma de prisma rectangular. Se apoyan sobre dos puntos y su misión es la de soportar las cargas de la estructura y transmitirlas a los pilares. Están sometidas a esfuerzos de flexión en el centro y de cizalladura en los puntos de apoyo sobre los pilares.  Tirantes. Son cables inextensibles que se emplean para sujetar o colgar vigas o para estabilizar los elementos verticales de la estructura. Tienen que soportar esfuerzos de tracción.  Escuadras. Son triángulos rectángulos que se emplean para reforzar la estructura.  Diagonales. Son barras que unen dos vértices opuestos de un polígono.

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Arcos. Son elementos con forma curvilínea que se apoyan sobre dos pilares. Están sometidos a esfuerzos de compresión.

4. CONDICIONES QUE DEBE REUNIR UNA ESTRUCTURA Para cumplir su función, una estructura debe cumplir dos requisitos:  Ser estable. Debe mantenerse en equilibrio sin volcarse ni caerse. La estabilidad de una estructura depende básicamente de dos factores: la forma (las estructuras bajas y anchas son más estables que las delgadas y altas) y la distribución de su masa (será más estable si se concentra mucha masa en la base). Para aumentar la estabilidad de una estructura puede emplearse, entre otras, las siguientes técnicas:  Aumentar la superficie de apoyo (coches de fórmula 1)  Aumentar el peso de la base (canastas de baloncesto)  Empotrar la estructura en el suelo (farolas)  Sujetarlas con cables (antenas)  Ser resistente. Tiene que mantener la forma sin romperse y sin deformarse permanentemente. La resistencia de las piezas de una estructura depende del material con el que están hechas y de la forma o el perfil que adopten. Para mejorar la resistencia podemos emplear:  la triangulación. Consiste en añadir barras para dividir los polígonos en triángulos.



perfiles. Un perfil es una barra que tiene una forma determinada: en U, en L, … Al darles a las barras estas formas se consiguen estructuras que soportan grandes esfuerzos empleando mucho menos material del que sería necesario si se construyeran con barras sólidas.

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5. CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS En la vida real las estructuras se construyen utilizando los materiales más adecuados y los recursos necesarios para garantizar su resistencia a los esfuerzos y su estabilidad. 5.1. CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS MASIVAS. Requieren el uso de materiales macizos, que pueden ser:  Naturales. Se extraen de la corteza terrestre, en forma de rocas compactas (caliza, pizarra, mármol, granito) o materiales disgregados o áridos (gravas, arena, arcilla,…)  Transformados. El material transformado más utilizado es el hormigón, que resulta de mezclar cemento, áridos y agua. Cuando se seca, adquiere una consistencia parecida a la piedra natural. 5.2. CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS LAMINARES. Los paneles que forman las estructuras están confeccionados con materiales muy diversos:  Cartón y plástico, para estructuras ligeras como los aparatos eléctricos o los embalajes.  Madera, para algunas estructuras resistentes, como los muebles o las estanterías.  Planchas de acero para trenes, barcos, aviones y automóviles.  Hormigón en forma de anillos, para los túneles de ferrocarril. 5.3. CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS DE ARMAZÓN Para obtenerlas se emplean también diversos materiales:  Madera, para estructuras ligeras como una silla.  Perfiles metálicos, sobre todo de acero, para sistemas de almacenaje y edificación.  Hormigón, para los pilares y vigas de edificios.

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1. Indica a. b. c. d. e. f. g. h.

la función principal de las siguientes estructuras: Puente Coche Caballete pintor Candelabro Carro de compra Papelera Cartón de huevos Casco de motorista

2. Indica a. b. c. d. e. f. g. h. i.

el tipo de estructura: Una noria de feria Un puente de piedra Un teléfono móvil Una jaula para pájaros Un frigorífico Una muralla Una antena colectiva de televisión Edificio Carpa de circo

3. Explica qué tipo de esfuerzo se realiza en cada una de las actividades siguientes: a. Mover un volante b. Estirar un muelle c. Cortar un papel con tijeras d. Doblar un alambre e. Aplastar un bote vacío f. Saltar sobre un trampolín g. Serrar un listón. h. Arrastrar el carrito de la compra i. Atornillar un tirafondo 4. Determina a qué tipo de esfuerzo están sometidos los siguientes elementos: a. El cable de una grúa b. El fémur, estando de pie c. Cimientos de un edificio d. Vigas de una casa e. Una llave mientras abrimos una puerta con ella f. Una alcayata de la que cuelga un cuadro g. Un tornillo mientras se está atornillando. h. Las patas de un mueble

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5. Añade el mínimo número de barras posible a estas estructuras para formar triángulos y conseguir que sean indeformables:

6. Añade el mínimo número de barras posible a estas estructuras con el fin de hacerlas completamente rígidas:

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