UNIDAD 2 ESTRUCTURAS

UNIDAD 2: Estructuras

GUIÓN DE LA UNIDAD.

8. Familiarizarse y conocer las características de los elementos arquitectónicos más usuales.

1. Estructuras.

9. Explicar la ventaja que presentan los arcos frente a las vigas.

1.1. Características de las estructuras.

10. Reconocer en la representación de una estructura los diferentes elementos estructurales que en ella aparecen.

1.2. Aplicaciones de las estructuras. 1.3. Diseño y construcción.

11. Describir las características principales de los distintos tipos de estructuras, sus ventajas e inconvenientes, y ser capaz de identificar a cuál de esos tipos corresponde una estructura dada.

2. Cargas. 3. Esfuerzos. 4. Elementos resistentes.

12. Explicar en qué consiste la triangulación y describir las ventajas de las estructuras trianguladas respecto a otras así como realizarla gráficamente sobre la representación de una estructura empleando el menor número de elementos.

4.1. Pilares. 4.2. Vigas. 4.3. Tirantes y tensores. 4.4. Arcos. 4.5. Escuadras.

13. Diseñar y construir una maqueta de una estructura de barras triangulada destinada a una posible aplicación empleando materiales de desecho o reciclados.

4.6. Diagonales. 5. Clasificación de las estructuras. 5.1. Masivas o de gravedad. 5.2. Laminares. 5.3. Armazones. 5.3.1. Entramadas. 5.3.2. Colgadas. 5.3.3. De barras: Triangulación.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN. 1. Dominar el vocabulario técnico relacionado con las estructuras siendo capaz de definir el significado de los términos más usuales. 2. D e f i n i r q u é e s u n a e s t r u c t u r a y l a s características básicas que ha de presentar. 3. Conocer de manera general los pasos a seguir para el diseño y construcción de estructuras y los profesionales que pueden realizarlos. 4. Describir las principales aplicaciones o usos de las estructuras. 5. Identificar las diferentes cargas a las que se ve sometida una determinada estructura. 6. Reconocer los diferentes esfuerzos a los que se ven sometidas las piezas de una estructura sencilla. 7. Conocer los principales elementos resistentes que forman las estructuras, su disposición y función en ellas y relacionarlos con los esfuerzos a los que se ven sometidos. Colegio Zurbarán

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UNIDAD 2: Estructuras. ¿Sabías que...? Todas las estructuras deben ser construidas cumpliendo unas normas antisísmicas que les permitan soportar los terremotos sin caerse. Y para ello no pueden ser totalmente rígidas si no que han de ser un poco elásticas y oscilar ante las fuerzas que producen los terremotos. De esa manera, esa energía se consume en esa oscilación y no en romper la estructura. Así, al terminar el terremoto, la estructura permanece intacta.

1. ESTRUCTURAS. Se denomina estructura al conjunto de las partes de un cuerpo que lo sustentan, lo protegen y le dan consistencia. Por ejemplo, el esqueleto es la estructura ósea de los animales vertebrados, los pilares y vigas forman parte de la estructura de los edificios...

1.1. CARACTERÍSTICAS DE LAS ESTRUCTURAS. Las estructuras se van a ver sometidas a la acción de muchas fuerzas como son el peso, la fuerza del viento, la fuerza de las aguas, las fuerzas que ocasionan los terremotos... Para que una estructura realice convenientemente su función debe poseer una serie de características que son las siguientes: ● Resistencia, es decir, que pueda soportar las fuerzas a las que se va a ver sometida sin romperse. ● Estabilidad, o lo que es lo mismo, que la estructura mantenga siempre su equilibrio sin volcarse ni caerse. ● Rigidez que significa que la estructura mantenga su forma y no la pierda por efecto de las fuerzas que soporta. ● Elasticidad, que quiere decir que la estructura debe poder deformarse un poco cuando sufra fuerzas esporádicas intensas, como por ejemplo las que causan los terremotos, pero que, cuando desaparezcan esas fuerzas, debe poder recuperar su forma original. De este modo la energía de esas fuerzas, mientras duren, se gasta en esa pequeña deformación y no en romper la estructura.

1.2. APLICACIONES DE LAS ESTRUCTURAS. El ser humano construye estructuras para satisfacer múltiples necesidades. Algunas de las más usuales son las siguientes: ● Proteger y proporcionar apoyo a los elementos de un conjunto o sistema como puede ser un edificio, un automóvil, etc. ● Cerrar espacios creando edificios como viviendas, pabellones, piscinas cubiertas, etcétera, dentro de los cuales se puedan desarrollar distintas actividades sin importar las condiciones ambientales externas. ● Generar superficies útiles aprovechables para múltiples usos como carreteras, aeropuertos, centros comerciales... ● Ganar espacio en altura obteniendo así muchas superficies para poder ser usadas pero ocupando una única superficie sobre el suelo como sucede en el caso de los edificios de varias plantas. ● Salvar accidentes naturales como pueden ser ríos, valles o montañas, facilitando así la comunicación y el transporte. Esta es la función que cumplen los puentes y túneles. ● Almacenar o contener materiales o sustancias sólidas, líquidas o gaseosas evitando su flujo, derrame o desplome como hacen los depósitos, las presas y los muros de contención. En la Figura 1 se muestran ejemplos de las distintas aplicaciones que pueden tener las estructuras.

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UNIDAD 2: Estructuras. ¿Sabías que...?

Chasis Seat Ibiza

Pabellón Madrid-Arena

Aeropouerto de Hong-Kong

Cuando se produce un desastre natural y muchas estructuras ceden ocasionando graves daños económicos e incluso personales, las administraciones públicas de las zonas afectadas suelen so l i c i t a r q u e e l E s t a d o declare ese área como zona catastrófica. De esta manera, sus habitantes se beneficiarán de ayudas económicas que les permitan recuperar la normalidad lo antes posible.

Torres de la Castellana

Viaducto de Millau (Francia)

Presa del Atazar.

Figura 1.

1.3. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN. Las estructuras son elementos muy importantes para el desarrollo de la actividad humana siendo necesario que mantengan sus características y no fallen para poder realizar esas actividades. Pero además, al ser construidas con piezas y materiales tan pesados, su fallo puede traer consigo, ya no sólo importantes daños materiales sino también personales. Por eso, al ser tan importantes, el diseño de las estructuras queda reservado sólo a ingenieros o arquitectos que se han cualificado como tales t r a s muchos años de estudios. Éstos, antes de su construcción, deben realizar y firmar un proyecto técnico que es un documento en el que se muestran los cálculos realizados y la determinación final de los materiales, piezas y disposición y forma que han de adoptar para crear la estructura, así como del presupuesto de ejecución de la obra. Además, y para asegurar aún más el correcto diseño de la estructura, una vez elaborado el proyecto técnico debe ser revisado por los Colegios de Ingenieros o Arquitectos (según corresponda) para su aprobación o visado (también llamado sellado), asegurando aún más si cabe su viabilidad, tanto técnica como económica. Posteriormente, el proyecto se entrega a la empresa constructora que debe seguirlo fielmente durante su fabricación. En estas empresas también hay ingenieros o arquitectos capaces de entender y trasladar a los obreros y trabajadores varios los planos o instrucciones presentes en el proyecto técnico. En ocasiones, la propia empresa constructora, haciendo uso de los profesionales que trabajan en ella, es la que se encarga de realizar todo el proceso, desde el diseño hasta la construcción.

2. CARGAS. Las cargas son las fuerzas a las que se ven sometidas las estructuras. Algunas de las fuerzas o cargas principales que deben soportar las estructuras son: ● El peso de la propia estructura y de los elementos que sostiene. Es la principal carga en las estructuras que se apoyan en el suelo como son los edificios y puentes. Colegio Zurbarán

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UNIDAD 2: Estructuras. Representació n de los esfuerzos:

● La presión o empuje de los fluidos o materia como sucede en las presas y muros de contención o en edificios de gran altura que han de soportar la fuerza del viento. ● La inercia del movimiento en las estructuras móviles.

Compresión

3. ESFUERZOS. Los esfuerzos son las tensiones que crean las cargas en los elementos de las estructuras.

Flexión

Tracción

Para entender la diferencia entre carga y esfuerzo se puede pensar en una persona levantando un objeto con los brazos. La carga que soportan los brazos es el peso del objeto pero en los músculos del brazo aparecen unas tensiones que serían los esfuerzos. Es decir, las cargas son soportadas por las piezas que forman la estructura. Al soportarlas se crea en estas piezas unos esfuerzos. Estos esfuerzos tenderán a romper o deformar las piezas pero si la estructura está bien diseñada y construida esto no sucederá. Los principales esfuerzos que pueden aparecer en los elementos estructurales son: ● L a compresión, que se da cuando las cargas tienden a comprimir o aplastar las piezas. Este esfuerzo lo sufren las piezas dispuestas verticalmente que soportan el peso de otras piezas situadas sobre ellas y que las presionan.

Corte o cizalladura

● La flexión o pandeo, que aparece cuando las cargas tienden a doblar las piezas. Además, se puede observar que en las piezas sometidas a esfuerzos de flexión aparece en su parte superior un esfuerzo de compresión, y en la inferior de tracción. Las piezas que se disponen horizontalmente y tienen que soportar el peso de otras piezas situadas sobre ellas sufren este esfuerzo de flexión.

Torsión

● La tracción, se da cuando las cargas tienden a estirar las piezas. Este esfuerzo aparece en las piezas que se tensan al formar la estructura. ● E l corte o cizalladura, que se da cuando las cargas tienden a cortar las piezas. Es el esfuerzo que aparece en los puntos de apoyo de las piezas que se disponen horizontalmente. ● La torsión, que se da cuando las cargas tienden a retorcer las piezas. Aparece en las piezas de estructuras móviles que tienden a realizar un movimiento de giro.

4. ELEMENTOS RESISTENTES. Son los elementos básicos o piezas que al unirse entre sí forman la estructura. El objetivo de los elementos resistentes es repartir las cargas a través de sus esfuerzos de forma adecuada para que la estructura cumpla con su función. Los elementos resistentes más básicos se describen a continuación.

4.1. PILARES. Son los apoyos verticales encargados de transmitir todas las cargas, fundamentalmente el peso, al suelo. Este peso va a tender a “aplastarlos” contra el suelo por lo que se ven sometidos a esfuerzos de compresión. Colegio Zurbarán

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UNIDAD 2: Estructuras.

Los pilares se apoyan normalmente sobre cimientos. Sólo en el caso de que la estructura sea muy ligera o el suelo sea extremadamente duro se pueden prescindir de los cimientos. Los cimientos o cimentación son los elementos estructurales sobre los que se apoyan los pilares y cuya función es transmitir la carga de los pilares al suelo aumentando la superficie de contacto ente ambos para evitar que los primeros, y por tanto la estructura, se hundan en el suelo, del mismo modo que unos eskís o una tabla de snowboard, al tener una gran superficie, evita que las personas se hundan en la nieve. En la mayoría de los edificios los pilares se construyen de hormigón armado en el mismo lugar donde irán situados. El hormigón armado se consigue vertiendo hormigón, que es una pasta de cemento, arena, gravilla y agua, dentro de un molde, llamado encofrado, en cuyo interior se han dispuesto en vertical unas varillas de acero. Cuando el hormigón se seca y compacta, es decir, se fragua, el encofrado se retira quedando ya sólo el pilar de hormigón armado, con las varillas de acero en su interior. Esas varillas de acero proporcionan a los pilares de hormigón armado cierta elasticidad y, por tanto, también a la estructura permitiendo que pueda absorber las fuerzas que tiendan a doblarla, como pueden ser vientos fuertes o terremotos, evitando así que se rompan. Los pilares también se pueden fabricar en un lugar diferente de donde luego serán montados y hasta donde habrá que transportarlos y, aunque es menos habitual en las construcciones modernas por las ventajas del hormigón, también pueden ser de hierro, acero, piedra, madera, etcétera y. Cuando los pilares son de sección circular reciben el nombre de columnas.

Pilares de un puente en construcción

Pilar y zapata (cimentación)

Encofrado de pilares

Columnas (Teatro romano de Mérida)

Figura 2.

4.2. VIGAS. Las vigas son elementos resistentes horizontales que necesitan al menos dos puntos de apoyo y cuya función es repartir el peso de las superficies útiles que se construyan sobre ellas hacia esos puntos de apoyo, que a su vez lo repartirán hacia el suelo. Los puntos de apoyo de las vigas pueden ser pilares pero también otros elementos como gruesos muros en cuyo caso reciben el nombre de muros de carga. Están sometidas principalmente a esfuerzos de flexión más acentuado en su centro pero además se pueden detectar esfuerzos de cizalladura en las zonas de contacto con los puntos de apoyo. Colegio Zurbarán

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¿Sabías que...? El hormigón es el material resultante de mezclar áridos (arena, grava y gravilla) con una pasta que se obtiene de añadir agua a un conglomerante, normalmente el cemento. El cemento es una mezcla de arcilla y calizas calcinadas en hornos que posteriormente es molida. Al mezclarse con agua se convierte en un co nglomerante (también llamado mortero o argamasa) que permite la unión de piezas o elementos cuando se ha secado o fragua. Las piezas hechas de hormigón son muy resistentes a la compresión, pero no a la tracción y a otro tipos de esfuerzos. Por eso estas piezas se refuerzan disponiendo en su interior barras de acero formando lo que se denomina el hormigón armado. El hormigón es además es el material básico para la construcción de los cimientos de la mayoría de las estructuras.

UNIDAD 2: Estructuras. ¿Sabías que...? Para construir los puentes atirantados primero se montan los pilares a la distancia adecuada para salvar el vano y a partir de ellos y avanzando, alejándose de ellos, se van insertando secciones horizontales, c a d a u n a sostenida por uno o varios tirantes.

Las vigas, al igual que los pilares, pueden ser de hormigón, hierro, acero, madera..., y suelen construirse aparte de la estructura para ser más tarde transportadas e insertadas en ella aunque no siempre es así. Como todos los materiales, en general, suelen ser poco resistentes a la flexión, la distancia entre los puntos de apoyo de las vigas, denominada el vano, no puede ser muy elevada, ya que cuanto mayor sea más peso van a tener que sostener y más fácilmente se pueden romper. Y si ese vano es grande, entonces las vigas han de ser de gran sección para evitar que se doblen o rompan, por lo que las propias vigas pesarán mucho obligando a los pilares o muros de carga a ser también muy masivos.

Vigas en un viaducto apoyadas sobre pilares

Transporte de vigas de gran sección

Figura 3.

4.3. TIRANTES Y TENSORES. Detalle de la construcción de un puente atirantado. Para construir los grandes puentes colgantes se tiran las dos catenarias, formadas por gruesos haces de cables de acero, entre los pilares del puente previamente construidos. Posteriormente de ellas se cuelgan los tensores, que son también gruesos cables de acero, y de los que, a su vez, colgarán las vigas sobre las que se construirá la plataforma útil del puente .

Son gruesos cables inextensibles o largas barras que se emplean para colgar vigas u otros elementos horizontales o para estabilizar los apoyos verticales de la estructura. Por un extremo se unen a la pieza que sostienen y por el otro a puntos de apoyo como pilares, muros o el mismo suelo. Las fuerzas que tienen que soportar van a tender a estirar a estos elementos por lo que van a sufrir esfuerzos de tracción. Los tensores son muy empleados en estructuras muy altas y delgadas, como son las antenas de telecomunicación, con una base muy pequeña comparada con su altura y por tanto poco estables. Estos elementos también pueden verse en los puentes atirantados, en los que las vigas se sostienen en voladizo por unos tirantes inclinados unidos a uno o varios pilares o elementos verticales. En los puentes colgantes las vigas se sostienen también colgadas de unos tensores verticales que cuelgan a su vez de otras cuerdas o cables llamados catenarias que se tienden entre dos pilares o elementos verticales situados a ambos lados del vano.

Detalle de la construcción del Golden Gate.

Puente atirantado del Alamillo (Sevilla)

Tensores en torre de telecomunicaciones

Puente colgante Golden Gate (San Francisco)

Figura 4.

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UNIDAD 2: Estructuras. ¿Sabías que...?

4.4. ARCOS. Los arcos son elementos resistentes de formas curvas que, al igual que las vigas, apoyan cada uno de sus extremos en pilares u otros apoyos verticales hacia los cuales reparten el peso de las superficies situadas sobre ellos que a su vez lo transmiten hacia el suelo. Aunque la función es la misma, donde las vigas sufrirían esfuerzos de flexión, los arcos los transforman y sufren esfuerzos de compresión. Por tanto, como los materiales son más resistentes a la compresión que a la flexión, los arcos son capaces de soportar mayores cargas que las vigas. Esto supone que, para un mismo vano, un arco puede ser mucho más ligero y más estilizado que una viga. O, si se emplean arcos más robustos, la distancia del vano que se puede conseguir es mayor logrando así construir estructuras de apariencia más ligera, con menos material. Además, el arco es un elemento que es tanto más estable cuanta más carga tiene que soportar siempre que no se exceda de la carga máxima. Al transmitir los arcos las cargas a los pilares, tienden a “abrirlos” y derrumbarlos. Por esto hay que reforzar los pilares sobre los que se apoyan ampliando su base, usando contrafuertes, arbotantes...

Para construir un arco uniendo diferentes piezas (piedras, ladrillos...) primero hay que disponer los dos puntos de apoyo. Más tarde, apoyado en ellos se construye una moldura con la forma adecuada sobre las que se van disponiendo las piezas del arco o dovelas. La última pieza en situarse es la del centro o clave, que entra a presión, dando la consistencia al arco permitiendo retirar la moldura. Como las piezas entran a presión, cuanto más peso tiene encima (hasta un determinado límite) más presionan unas piezas contra otras y el arco se hace más resistente y estable.

Los arcos vienen siendo empleados en construcción desde los comienzos de la civilización, siendo los primeros hechos de piedra o ladrillos aunque en la actualidad también se emplean otros materiales como acero y hormigón. Cuando en un edificio se emplean muchos arcos unidos entre sí para su construcción se pueden obtener los siguientes elementos arquitectónicos: ● Una bóveda, que se genera mediante la suma o sucesión en una misma dirección de varios arcos iguales. ● Una cúpula, que se consigue mediante la conjunción de varios arcos iguales, entrelazados entre sí, dispuestos en una circunferencia.

Puente romano de Alcántara (Cáceres)

Viaducto sobre la calle Segovia (Madrid)

Bóveda de la Basílica de la Asunción de Nuestra Señora (Colmenar Viejo)

Cúpula de la Capilla de los Condestables (Catedral de Burgos)

Figura 5.

4.5. ESCUADRAS. Son elementos con forma de ángulo recto y que se emplean para reforzar la estructura en los puntos de unión o en los elementos sometidos a esfuerzos de flexión o cizalladura. Colegio Zurbarán

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Arco romano (siglo II) de Cabanes (Castellón)

UNIDAD 2: Estructuras. ¿Sabías que...? En el siglo XII de nuestra era, en plena Edad Media, surgió en Europa un estilo arquitectónico denominado gótico y que se extendió hasta la aparición del renacimiento a finales del siglo XV. Aunque el estilo gótico fue evolucionando a lo largo del tiempo, se caracterizó por el empleo de arcos, bóvedas y cúpulas apoyados sobre pilares que a su vez eran reforzados mediante contrafuertes y arbotantes. El empleo de arcos permitió la construcción de bellos edificios, principalmente iglesias y catedrales, que aún hoy causan admiración.

Por tanto las escuadras sufren parte de los mismos esfuerzos de flexión y cizalladura aliviando así en parte a las piezas que refuerzan. Las escuadras pueden consistir en piezas sueltas diseñadas para ensamblarse en las uniones o pueden ser construidas sobre los propios elementos de la estructura.

Escuadra para uniones

Escuadras en la estructura de un edificio

Figura 6.

4.6. DIAGONALES. Son barras alargadas que unen dos puntos opuestos de una estructura que no estén alineados aumentando su capacidad para no deformarse mediante la formación de triángulos. Las diagonales sufren principalmente esfuerzos de compresión.

Diagonales en un puente de hierro sobre el Jarama (Titulcia)

Figura 7.

5. CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS. Esquema de la sección de una iglesia gótica.

Atendiendo a la forma en la que son construidas, las estructuras se pueden clasificar como sigue a continuación.

5.1. MASIVAS O DE GRAVEDAD. Las estructuras masivas o de gravedad son estructuras muy pesadas y macizas formadas por superficies anchas y resistentes y que para construirlas es necesario emplear gran cantidad de material como piedra, ladrillo, cemento u hormigón, etc... Debido a la gran cantidad de material empleado y a la extensión de la superficie sobre la que se apoyan, las estructuras masivas son muy robustas y difíciles de volcar. En esta categoría se incluyen los muros de contención como los de las presas, las pirámides, las murallas, los puentes, antiguas iglesias y edificios de la antigüedad...

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UNIDAD 2: Estructuras. ¿Sabías que...? Las pirámides son estructuras construidas en Egipto aproximadamente entre los años 2.700 y 1.900 antes de Cristo. Pirámides de Guiza (El Cairo)

Muralla de Ávila

Castillo de Manzanares el Real

Figura 8.

5.2. LAMINARES O DE CARCASA. Son estructuras formadas por láminas o paneles resistentes y delgados (carcasas) que protegen y mantienen en su posición a los elementos de su interior. Los paneles por sí solos, al ser más o menos delgados, no son muy resistentes. Por lo tanto, la estructura consigue la resistencia por la forma que adquiere al unirse esos paneles. Además, al no ser estructuras muy resistentes no pueden soportar mucho peso y su uso queda reducido sólo a dar forma y cerrar espacios. Los paneles se hacen de materiales que permiten ser laminados como vidrio, metal, plástico... Ejemplos de estructuras laminares son las cubiertas de pabellones, carrocería de coches, carcasas de electrodomésticos...

Cubierta de piscina

Carrocería de coche (Mazda 3)

Figura 9

5.3. ARMAZONES. Son estructuras formadas por piezas longitudinales o alargadas (barras, tubos, pilares, vigas o cables) unidas entre sí para formar el “esqueleto” o armazón de la estructura. Dentro de este tipo de estructuras podemos distinguir varias clases. 5.3.1. ENTRAMADAS. Las estructuras entramadas están formadas por piezas verticales y horizontales unidas entre sí formando una “malla”. Ejemplos de estructuras entramadas son los edificios comunes usados para viviendas, oficinas... 5.3.2. COLGADAS. Son estructuras en las que el peso es directamente soportado por cables o barras que están unidos a otros elementos más robustos como muros o torres a los que transmiten la carga, permitiendo así que parte de la estructura quede suspendida o “colgada” sobre el suelo.

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Son monumentos funerarios cuya construcción fue ordenada por los máximos dirigentes del imperio, los llamados faraones. Su función era facilitar el paso del faraón ha ci a e l m u nd o de l o s muertos donde viviría junto con el resto de dioses del panteón egipcio. Los arqueólogos y arquitectos aún no se ponen de acuerdo en cuanto a las técnicas exactas empleadas en la construcción de las piramides aunque hay muchas teorías que lo explican sin necesidad de recurrir a misterios y supersticiones. Lo que está claro es que uno de los factores fue el empleo de gran cantidad de mano de obra aunque, a diferencia de lo que se pensaba hace unos años, parece ser que la mayoría de esos trabajadores no eran esclavos sino que, antes bien, gozaban de una buena consideración y posición en la sociedad del antiguo Egipto.

UNIDAD 2: Estructuras. ¿Sabías que...? Un cuadrado, como el de la figura que se representa abajo, puede ser deformado sin necesidad de deformar sus lados. Esto hace que construir una estructura formando cuadrados no garantiza que indeformabilidad.

La ventaja de estas estructuras frente a otras es que permiten salvar grandes distancias o vanos sin necesitar puntos de apoyo sobre ellos. Ejemplos de estructuras colgadas son los puentes colgantes o atirantados. 5.3.3. DE BARRAS: TRIANGULACIÓN. Estas estructuras son construidas con barras más o menos delgadas, normalmente metálicas, unidas entre sí formando triángulos, empleando una técnica llamada triangulación. La triangulación permite construir grandes estructuras que sean muy resistentes y al mismo tiempo relativamente ligeras ya que los triángulos son figuras geométricas que mantienen la forma siempre y cuando sus lados no se deformen.

Cuadrado deformado En cambio, si se divide el cuadrado mediante otra barra a lo largo de su diagonal, la figura resultante ya no puede ser deformada sin doblar alguno de sus lados.

Ejemplos de estas estructuras son algunos edificios míticos como la Torre Eiffel o la torre de Tokio, las torres de telecomunicaciones, las grúas, puentes de hierro...

Armazón de un edificio de viviendas

Puente atirantado de Gande (ría de Vigo)

Torre Eiffel (París)

Figura 10 Cuadrado indeformable al ser suma de dos triángulos. ¿Sabías que...? Mediante triangulación se pueden construir unas elementos llamados cerchas que cumplen la misma función que las vigas pero que al ser hechas de barras son mucho más ligeras, lo que aligera el peso total de la estructura y por tanto el tamaño que han de tener los pilares y otros elementos resistentes. Tienen el inconveniente de que debido a su forma sobre ellas no se puede construir un piso para su uso. Se emplean mucho en la construcción de naves o edificios para uso industrial.

Esquema de unas cerchas (en rojo) en una nave.

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UNIDAD 2: Estructuras.

EJERCICIOS Y ACTIVIDADES. 1) Determina para qué fin o aplicación general de las que se indican en el apartado 1.2. se diseñaron y construyeron las siguientes estructuras:

a) Un túnel.

b) Un pabellón de deportes.

c) Un rascacielos.

d) Un dique.

e) Un acueducto.

f) Un circuito de carreras.

2) Contesta a las siguientes preguntas: a) ¿Qué tipo de profesionales son los únicos que pueden diseñar estructuras?

b) ¿Cuáles son los pasos que hay que seguir para construir una estructura?

c) Busca información y explica cuál es la función de los colegios profesionales de arquitectos e ingenieros.

3) Busca y encuentra tres ejemplos de estructuras, cada una de las cuales tenga que soportar una de las tres cargas tratadas en el punto 2.

4) Explica la diferencia entre carga y esfuerzo.

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UNIDAD 2: Estructuras. 5) Dadas las siguientes estructuras, determina los esfuerzos a los que se ven sometidos los elementos señalados con un número cuando aparece la carga representada por la flecha en rojo. CARGA

CARGA

1 1 2 2

4

3 3

Estructura 1

Estructura 2

6) Describe qué es el hormigón armado y que ventajas presenta.

7) ¿Qué le sucede al hormigón cuando fragua?

8) Describe cuál es la función de los cimientos y por qué son necesarios.

9) ¿Qué es una columna?

10) ¿Qué es un muro de carga?

11) ¿Qué nombre recibe el espacio libre que queda entre los puntos de apoyo de una viga?

12) Explica qué son los tirantes y que son las catenarias y en qué tipo de estructuras aparecen cada uno de esos elementos.

13) Describe las similitudes y diferencias entre un puente atirantado y un puente colgante.

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UNIDAD 2: Estructuras. 14) ¿Qué ventajas presentan los arcos frente a las vigas?

15) Describe qué es una bóveda y qué es una cúpula.

16) Busca información y determina en qué época o civilización se comenzó a usar los arcos.

17) ¿Qué figuras geométricas hay que conseguir formar con las diagonales para dar consistencia a una estructura?

18) Indica los esfuerzos a los que se ven sometidos los pilares, las vigas, los tirantes o tensores, los arcos, las escuadras y las diagonales.

19) Explica las ventajas e inconvenientes que presentan las estructuras masivas.

20) Consigue mediante triangulación y empleando el menor número de elementos, que la siguiente estructura sea estable.

21) ¿Qué ventajas presentan las estructuras trianguladas sobre otras estructuras?

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UNIDAD 2: Estructuras. 22) Averigua y escribe el significado de los siguientes términos relacionados con las estructuras:

a) Contrafuerte.

b) Dintel.

c) Forjado.

d) Vigueta.

e) Bovedilla.

f) Muro.

g) Tabique.

23) Realiza fotografías de pilares, vigas, tensores, arcos, escuadras y diagonales, imprímelas y pégalas en el cuaderno (en esas fotografías debes aparecer tú junto con el elemento fotografiado o quedar claro de alguna manera que has sido tú quien las ha tomado).

24) Realiza una fotografía de un estructura masiva, otra laminar y otra de barras triangulada y pégalas en el cuaderno (en esas fotografías debes aparecer tú junto con el elemento fotografiado o quedar claro de alguna manera que has sido tú quien las ha tomado).

25) Diseña y construye una estructura de barras, empleando para ello cualquier material como papeles, cartones, maderas, palillos..., indicando cuál sería su uso. ● La estructura ha de ser resistente, estable y rígida (características básicas de una estructura) y conseguirlo mediante la triangulación de barras. ● La estructura en total no puede superar los 40 cm en ninguna de sus tres dimensiones ● Se valorará el empleo de material reciclado. ● Se valorará la originalidad, la dificultad y el acabado. ● Se podrá pedir ayuda puntualmente a otras personas para que colaboren en su realización pero sólo en aquellas partes de especial dificultad y siempre que éstas supongan una mínima parte de toda la estructura. ● La estructura se realizará de manera individual y no en grupo.

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UNIDAD 2: Estructuras. Usa este espacio para hacer anotaciones o escribir correcciones de los ejercicios.

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