Estructuras Introducción 1. Las estructuras a nuestro alrededor Pág. 2 1.1. Las funciones de una estructura 1.2 Las estructuras que vemos y las que no vemos 1.3. Los elementos que forman las estructuras 1.4. Las fuerzas que soporta una estructura 1.5. Otras fuerzas que actúan sobre las estructuras 2. Soportes para el dibujo técnico Pág. 3 2.1. Las formas resistentes en la arquitectura. 2.2. Reforzando estructuras con triángulos y barras. 3. La realización del dibujo técnico: el bocetoPág. 3 3.1. Los puentes un ejemplo de estructura 3.1.1. Las fuerzas que actúan sobre un puente 3.1.2. Tipos de puentes, una solución para cada problema 3.2. Estructuras verticales, torres y edificios 3.2.1. ¿Por qué se mantiene en pie una torre? 3.2.2. La importancia de repartir el peso 3.2.3. Los cimientos 4. Materiales para construir estructurasPág. 4 4.1. EL acero 4.2. El hormigón 4.3. Resumen de los materiales empleados para construir estructuras Introducción Una estructura es un objeto o una parte de un objeto que se ha pensado para sostener un peso manteniendo una forma determinada. 1

1. LAS ESTRUCTURAS A NUESTRO ALREDEDOR 1.1. Las funciones de una estructura Una estructura esta pensada para realizar las siguientes funciones: −Soportar una carga. −Soportar fuerzas exteriores. −Mantener la forma. −Proteger partes delicadas. 1.2. Las estructuras que vemos y las que no vemos Cuando vemos un puente, apreciamos claramente su estructura. De hecho, todo el puente es una estructura destinada a soportar las cargas. En otros objetos, la estructura no es tan evidente. También podemos encontrar ejemplos en la naturaleza. El esqueleto humano es un ejemplo de estructura interna, que no es visible desde el exterior. 1.3. Los elementos que forman las estructuras En una estructura podemos distinguir diferentes partes, llamadas elementos estructurales. Cada elemento estructural esta pensado para soportar la carga de una determinada manera, es decir, para resistir distintos tipos de fuerzas. 1.4. Las fuerzas que soporta una estructura Una estructura tiene que soportar su propio peso, el de las cargas que sujeta y algunos empujes exteriores, como el viento, las olas, etc. Los tres tipos de fuerzas más importantes que actúan sobre las estructuras son: −La fuerza de compresión: las columnas de un edificio soportan el peso del techo y de los pisos superiores. Estos elementos están sometidos a una fuerza que tiende a aplastarlos. Los elementos estructurales que soportan fuerzas de compresión se llaman soportes. −La fuerza de tracción: los cables de un puente colgante soportan unas fuerzas que tienden a estirarlos. Los elementos estructurales que soportan fuerzas de tracción se llaman tensores o tirantes. −La fuerza de flexión: un estante de un mueble soporta una fuerza que tiende a doblarlo. Los elementos estructurales que soportan fuerzas de flexión se llaman vigas o barras, las cuales están puestas en sentido horizontal. 1.5. Otras fuerzas que actúan sobre las estructuras Además de estas tres fuerzas, también pueden actuar en los elementos de una estructura dos fuerzas: la de torsión y cizallamiento. −La fuerza de torsión actúa sobre elementos que giran. La punta de un destornillador se puede deformar por la acción de esta fuerza. −Las fuerzas de cizallamiento actúan sobre elementos que soportan tracción y empuje, como los remaches de 2

una gran estructura metálica. 2. AUMENTAR LA RESISTENCIA CON LA FORMA 2.1 Las formas resistentes en la arquitectura En apariencia para hacer una estructura resistente tenemos que utilizar materiales cuanto más resistentes mejor. Una barra de hierro hueca, cilíndrica o de sección cuadrada, es un ejemplo de forma resistente. Si fabricamos los elementos estructurales con una forma determinada, conseguiremos que resistan mucho más. La clave del éxito de las formas resistentes es repartir la carga. Observando edificaciones podemos descubrir formas resistentes que han sido utilizadas desde la antigüedad. Tres ejemplos son el arco, la bóveda y la cúpula. Para construir algo de esto primero habría que hacer un entramado de madera en el que se apoyara cada pieza. Una vez finalizado este trabajo se retiraba el entramado de madera. En ocasiones, los arquitectos del pasado se enfrentaban a problemas casi irresolubles, por ejemplo, a construir cúpulas sin utilizar un entramado de madera que sostuviera la estructura mientras se construía. Lo que inventó Brunelleschi era una estructura que se sujetaba a si misma durante su construcción. 2.2. Reforzando estructuras con triángulos y barras En el s. XIX los arquitectos conseguían mejorar la resistencia de la estructura de una forma muy sencilla: suponiendo las vigas, todas o una parte, formando triángulos. Esta técnica se llama triangulación. Podemos encontrar ejemplos de estructuras trianguladas por todas partes. Se pueden encontrar en puentes de hierro, algunas estructuras modernas, etc. La triangulación permite ahorrar material además de aligerar el peso de la estructura. 3. LA REALIZACIÓN DEL DIBUJO TÉCNICO: EL BOCETO 3.1. Los puentes un ejemplo de estructura Los puentes se diseñaron para salvar un obstáculo, como un río, un brazo de mar, un desnivel, etc.; de forma que resistan las fuerzas a las que se encuentran sometidos. Todo los puentes tienen en común que deben resistir una carga, debida al peso de las personas o vehículos que lo cruzan, además debe soportar el peso de los propios materiales que la forman de manera equilibrada. 3.1.1. Las fuerzas que actúan sobre un puente Cualquier estructura sobre la que se deposita una carga está sometida a la fuerza de flexión, la cual tiende a deformar el elemento estructural horizontal, que se denomina normalmente viga. 3.1. Tipos de puentes: una solución para cada problema El puente más sencillo es el puente de vigas, y consiste simplemente en tender vigas de madera o de metal de una orilla a otra, formando una pasarela. Una solución para aumentar la longitud del tablero era añadir pelares. La resistencia aumentaba más si, además se construían arcos que sujetaran la plataforma. Se inventaron así los primeros puentes con arcos. Un puente con arcos puede salvar cualquier distancia, si el puente salvaba un río, era imprescindible hacer presas y canales, cosa imposible en el caso de ríos muy profundos. La solución a este problema la aportaron los puentes colgantes. Hay muchos tipos de puentes colgantes, pero 3

todos se basan en que le peso de la estructura se carga en torres sobre pilares. Además los puentes colgantes pueden alcanzar longitudes increíbles. 3.2. Estructuras verticales: torres y edificios. 3.2.1. ¿Por qué se mantiene en pie una torre? La torre tiene que soportar las fuerzas externas (viento, terremotos, etc.) Además tiene que soportar su propio peso, esto es una fuerza interna. En conclusión: la solución está en reforzar la estructura, y controlar cómo se reparten las cargas. 3.2.2. La importancia de repartir el peso El peso de la estructura debe estar repartido igualmente, en los pilares inferiores deben soportar más peso que los superiores, así pues cuando se va ascendiendo en una estructura cada elemento soporta menos peso que el que lo soporta a él mismo. 3.2.3. Los cimientos Los cimientos de las construcciones proporcionan esta superficie firme a la que se anclan todos los demás elementos de la estructura de los edificios. 4. LA REALIZACIÓN DEL DIBUJO TÉCNICO: EL CROQUIS 4.1. El acero La mayoría de los metales que usamos son aleaciones, mezclas de metales. Por ejemplo el acero es una aleación en la que el componente principal es el hierro. Con acero se construyen vigas y perfiles de muchos tipos que tienen numerosas aplicaciones en la construcción de edificios, puente, etc. Además, el acero es un material muy aplicado en la fabricación de cubiertos y todo tipo de objetos que puedan estar en contacto con el agua. 4.2. El hormigón El hormigón es uno e los materiales más importantes en la construcción de edificios, puentes, torres, presas y otras grandes obras. Se trata una mezcla de cemento, arena, agua y grava. El hormigón muestra una buena resistencia a la compresión, pero no a la tracción. Por eso se emplea hormigón armado, que es hormigón al que se han añadido largas varillas de acero. 4.2. Resumen de los materiales empleados para construir estructuras −El hierro es un metal procedente de los minerales siderita, magnetita, pirita y limonita; se utiliza, fundamentalmente, aleado con carbono, formando el acero. Es un material resistente. Buen conductor eléctrico y térmico. Se emplea en la construcción de estructuras, sobre todo para mejorar la resistencia del hormigón. −El aluminio es un metal que se obtiene del bauxita. Se usa en estado puro, aunque también se alea. Es un material ligero, pero resistente y tenaz. Buen conductor de la electricidad. Se emplea para construir ventanas y puertas de exterior. −El cobre es un metal que se obtiene de diversos minerales como la calcopirita. Es blando y deformable. Es 4

un excelente conductor de la electricidad. Se emplea como conductor en los cables eléctricos y para fabricar tuberías. −El cemento es un material cerámico. Es resistente. Se emplea para la unión de otros materiales de construcción y revestimiento de muros exteriores. −El hormigón es un material cerámico. Es un excelente material para la construcción. Es el elemento base en la construcción. −El vidrio es un material que se obtiene de la mezcla de arena, caliza y carbonato sódico. Es un material resistente pero frágil. Es un elemento fundamental en la construcción de ventanas. −La madera es una materia prima que se obtiene del tronco de los árboles. Resiste mucho los esfuerzos de compresión. Su uso es sobre todo decorativo.

5