5
Estructuras
114
5.
Condiciones de las estructuras
Para empezar a pensar en las condiciones que debe cumplir una
estructura podemos proponer en clase que los alumnos sugieran
qué condiciones creen que serían necesarias en este aspecto. Esta
pregunta de inicio nos puede servir como actividad de motivación.
Hay que tener en cuenta que este apartado introduce tres con-
ceptos importantísimos para el diseño de estructuras: la estabili-
dad, la resistencia y la rigidez.
Es conveniente insistir en que no tienen por qué darse las tres a
la vez, sino que son independientes unas de otras y todas son
imprescindibles.
Normalmente, la única condición que de modo instintivo se aso-
cia a las estructuras es la resistencia. Se pueden poner ejemplos
extremos: un puente elástico que no se rompe pero no sirve para
su cometido, una pecera que soporta muy bien la carga de la pre-
sión del agua sin apenas deformarse pero que se rompe al menor
golpe, etcétera.
Además de las tres condiciones fundamentales que toda estructu-
ra debe cumplir, podemos mencionar la importancia de la viabili-
dad económica del proyecto y también de su adecuación estética.
Sería conveniente dedicar algo de tiempo a explicar lo que es
el
centro de gravedad
de un cuerpo. Con este propósito, se
pueden utilizar un libro, un bolígrafo o cualquier otro cuerpo
inestable en posición vertical. La explicación de que un cuerpo se
mantenga en equilibrio es porque su centro de gravedad se en-
cuentra verticalmente alineado dentro de la superficie de apoyo;
cuanto mayor es la base sobre la que se apoya, mayor estabilidad
tiene, porque puede mover su centro de gravedad sin salirse de
la base; cuando se sale de la misma, el cuerpo pierde estabilidad
y vuelca.
Puede pedirse a los alumnos que digan dónde se sitúa su propio
centro de gravedad.
Respecto al cuadro de texto
El centro de gravedad,
situado en el
margen de la página 110 del
Libro del alumno,
conviene comen-
tar que:
❚
Siempre que la densidad de los cuerpos sea homogénea, es
más estable el primero representado (el que tiene forma trian-
gular).
❚
El menos estable es el tercero (el inclinado), porque su centro de
gravedad no cae dentro de su base y volcaría.
❚
La primera fue utilizada como estructura antes que las otras
dos, precisamente porque su gran estabilidad hace muy difícil
que vuelque o se derrumbe.
Antes de ver cómo podemos conseguir que una estructura cum-
pla las tres condiciones se plantea una nueva cuestión que les
haga pensar a los alumnos en su diseño de puente respecto a
estos tres aspectos: la estabilidad, la resistencia y la rigidez. Les
pedimos además que aporten dos diseños que cumplan las con-
diciones.
5.1.
¿Cómo se consigue que una estructura sea
estable, resistente y poco deformable?
❚
Estabilidad: Si observamos las cuatro imágenes podemos ver
las formas de conseguir esta primera condición: aumentar
el tamaño de la base, empotrar la parte inferior en el suelo,
centrar el peso del cuerpo en su parte baja y atirantar la es-
tructura.
❚
Resistencia: se explica la relación entre el material del que está
hecho la estructura, la cantidad que se emplee y la adecuación
al esfuerzo que deba soportar con la resistencia del mismo.
110
111
5
5. Estructuras
+
www
5.
CONDICIONES DE LAS ESTRUCTURAS
Debate con tus compañeros sobre las condiciones que ha de cumplir una
estructura para comportarse como tal.
Una estructura debe cumplir varias condiciones para poder funcionar correcta-
mente, las tres básicas son:
❚
Estabilidad:
debe mantenerse erguida y no volcar. Para ello, su
centro de
gravedad
ha de estar centrado sobre su base. Cuanto más centrado y más
cercano al suelo se encuentre, más estable será la estructura.
❚
Resistencia:
tiene que resistir las tensiones a las que esté sometida sin rom-
perse. La resistencia de una estructura depende de su forma y del material con
el que está construida.
❚
Rigidez
o
deformación controlada:
aunque todos los cuerpos se deforman
levemente al aplicarles una fuerza, esta deformación no debe impedirles cum-
plir su función.
Además de las tres condiciones básicas de toda estructura, debemos tener en
cuenta su viabilidad económica y la adecuación estética de la misma.
Analizacómoafectacadacondicióna tudiseñodelpuente.Propónalmenos
dos soluciones distintas para asegurar su estabilidad, resistencia y rigidez.
5.1.
¿Cómo se consigue que una estructura sea estable,
resistente y poco deformable?
Estabilidad
Para conseguir que una estructura sea estable se puede recurrir a las siguientes
soluciones:
25
¿Cuál de estos tres cuer-
pos te parece más estable?
¿Cuál menos? ¿Por qué?
26
¿Cuál de estas formas
fue utilizada como estructura
antes que las otras dos? ¿Por
qué?
27
¿Dónde estaría el centro
de gravedad de esta torre?
Justifica tu respuesta.
El
centrodegravedad
deun
cuerpo eselpuntode aplicación
delpesodedicho cuerpo.
TorredeComunicacionesde
Montjuïc.
Eldiseñode la torre
inclinadaestápensadoparaque el
pesode laparte superior recaiga
sobre subase.
Resistencia
❚
Depende del material con el que se construya la estructura, de la cantidad del
mismo que se emplee, de la forma que tenga cada parte y de su adecuación
al esfuerzo al que esté sometida.
❚
Todos los materiales poseen una
tensión de rotura
para cada tipo de esfuer-
zo. Esta tensión es la máxima fuerza por unidad de superficie que pueden
aguantar sin romperse. El orden de los materiales más comunes en función de
su mayor a menor resistencia es: acero, piedra, hormigón, madera, plástico,
hilo, cartón y papel.
1.
Aumentar
el tamañode subase.
3.
Centrar
elpesodel
cuerpoen supartebaja,
inclusoañadiendopeso
demanera artificial.
4.
Atirantar
la estructura
para evitarque vuelque
(con los tirantes
aumentamos el radio
de labase).
2.
Empotrar
laparte inferiorenel suelo y
emplearuna cimentaciónespecial.
Rigidez
Para evitar deformaciones excesivas y dar
rigidez
a las estructuras debemos
tener en cuenta tres aspectos fundamentales: forma, uniones y triangulación.
❚
La
forma
de loselementos,debedecidirseen funcióndelesfuerzoque soportan:
◗
Compresión:
emplearemos
elementos gruesos,
aunque sean huecos,
para evitar el pandeo
1
.
◗
Tracción:
bastará con aumentar la sección y tensar bien los elementos trac-
cionados.
◗
Flexión:
aumentaremos el canto del elemento y acumularemos el material
en las partes superior e inferior.
30
Imagina una estructura formada por cuatro palos de helado unidos por
encuadernadores o tornillos:
Los
perfileshuecos
se adaptanbien al esfuerzode
compresión.
Los
perfiles en I
y
en T
sonóptimos
para resistir los esfuerzosdeflexión.
Perfilesmetálicos.
Para evitar el
pandeo
hayque
procurarque los elementos
comprimidosno sean
excesivamentedelgados.
Arriostramientoen cruzde San
Andrés.
28
¿Por qué es peligroso el
pandeo en una estructura?
29
Observa los dos cables
que se cruzan en la estructu-
ra.¿Quécreesque leaportan?
a)
¿Qué ocurre si presionamos dos de sus vértices?
b)
Si reforzamos la estructura cuadrada con un palo en diagonal, ¿se
podría deformar al presionar dos vértices opuestos?
c)
¿Podría reforzarse la estructura con hilos o alambres? ¿Cuántos harían
falta?
31
Observa la estructura del puente de
la fotografía. ¿Cómo se han resuel-
to la estabilidad, la resistencia y la
rigidez?
32
Una vez estudiadas todas las condi-
cionesquedeben cumplir lasestruc-
turas, revisa el diseño de tu puente
y haz un croquis a escala 1:2 o 1:3
de tu maqueta.
❚
Para conseguir
uniones rígidas
en-
tre los elementos de una estructura
de hormigón armado se
entrelaza la
armadura
de acero. En el caso de
una estructura metálica se utilizan
elementos intermedios, como las
car-
telas.
Estas aumentan la superficie de
soldadura y, por tanto, de unión.
❚
La
triangulación
evita deformacio-
nes en las estructuras de barras. Pode-
mos emplearla directamente o añadir
arriostramientos
2
posteriores mediante cables en forma de cruz.
1
pandeo:
esfuerzo de flexión que apa-
receenunelementocomprimido (pilar)
cuando su carga no está centrada o
sufre un empuje lateral.
2
arriostramiento:
acción de estabilizar
una estructura usando de elementos
que impidan su deformación.
❚
Para que una estructura
cumpla su función debe
cumplir estas condiciones:
ser estable, resistente y rí-
gida.
Ideas claras
