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Estructuras
También conviene introducirles el concepto de tensión de rotu-
ra e incluso ilustrárselo con alguna gráfica donde se relacione
esfuerzo y deformación.
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Rigidez: para conseguir la rigidez de las estructuras debemos
hacer referencia a la forma de los elementos, las uniones y la
triangulación:
Forma de los elementos:
en este caso podemos apoyarnos en
las ilustraciones de diferentes perfiles estructurales para explicar
cuáles son los más apropiados para cada tipo de esfuerzo.
Uniones:
Las uniones entre barras, sean metálicas o de ma-
dera, no son nunca completamente rígidas, por lo que a nivel
estructural se consideran articulaciones, y es necesario utilizar
figuras que mantengan su forma ante los esfuerzos, a pesar
de la posibilidad de giro de la unión; por eso, el ejercicio de
esta página de los palitos unidos con encuadernadores es tan
ejemplificador.
Triangulación:
En este primer ejercicio puede observarse también
que el triángulo es la única figura que queda definida con la lon-
gitud de sus lados, sin que existan dos triángulos distintos con las
mismas medidas. No es que el triángulo garantice la indeforma-
bilidad de la estructura (de hecho, las barras se alargan o acortan
en función de los distintos esfuerzos); lo que sí impide es que se
deforme libremente. Podemos verlo también en las escuadras que
se utilizan para reforzar las uniones metálicas entre viga y pilar. Las
estructuras trianguladas son muy fáciles de construir con barras
de papel, palitos de helado, palillos, etc. El proceso de formación
de triángulos en la estructura se denomina «triangulación».
Respecto a la rigidez de elementos muy largos sometidos a
compresión podemos ampliar la explicación haciendo referen-
cia al pandeo que sufren estos elementos cuando son demasia-
do delgados. Y relacionarlo con qué forma del elemento puede
ayudar a contrarrestar este efecto en las estructuras.
Animación:
CONDICIONES DE UNA ESTRUCTURA
Animación en el que se especifican las condiciones que debe te-
ner una estructura para que sea estable, resistente a las tensiones
a la que está sometida y rígida o con deformación controlada.
Actividades de refuerzo:
CONDICIONES DE UNA ESTRUCTURA
Actividades para practicar más las condiciones de una estructura.
Solución de las actividades
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¿Cuál de estos tres cuerpos te parece más estable? ¿Cuál
menos? ¿Por qué?
La pirámide es la forma más estable al disponer de una gran
base y tener la mayor parte de su masa cercana al suelo y
centrada, su centro de gravedad se encuentra a 1/3 de su
altura, el trapecio invertido tiene su CDG centrado pero la
masa se acumula en la parte superior, lo que es peligroso
(altura del CDG del trapecio
h · (
2
a + b) /
3
(a + b),
por último
la tercera estructura no es estable puesto que su CDG cae
fuera de su base y volcaría.
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¿Cuál de estas formas fue utilizada como estructura an-
tes que las otras dos? ¿Por qué?
La pirámide se empleó antes como estructura por su estabili-
dad y la facilidad que tenía para adaptarse al material que se
empleaba antiguamente, la piedra.
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¿Dónde estaría el centro de gravedad de esta torre?
Justifica tu respuesta.
El centro de gravedad de la torre se encontrará entre la ante-
na y la parte posterior, centrado sobre la base para facilitar su
estabilidad.
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¿Por qué es peligroso el pandeo en una estructura?
Porque añade esfuerzos de flexión a elementos que están
diseñados para soportar compresión, haciendo que sea más
fácil romperlos, además el pandeo cuando aparece es un
proceso que se autoalimenta.
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Observa los dos cables que se cruzan en la estructura.
¿Qué crees que le aportan?
Le aportan rigidez para que no pueda deformarse lateral-
mente.
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Imagina una estructura formada por cuatro palos de
helado unidos por encuadernadores o tornillos:
a)
¿Qué ocurre si presionamos dos de sus vértices?
Se deformaría.
b)
Si reforzamos la estructura cuadrada con un palo
en diagonal, ¿se podría deformar al presionar dos
vértices opuestos?
En ese caso la barra que triangula impide la deformación
en cualquier sentido al resistir tanto a compresión como
a tracción.
c)
¿Podría reforzarse la estructura con hilos o alam-
bres? ¿Cuántos harían falta?
Para conseguir la rigidez de un cuadrado con hilo o alam-
bre hacen falta dos, en las dos diagonales ya que el hilo o
alambre solo soporta esfuerzos de tracción.
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Observa la estructura del puente de la fotografía.
¿Cómo se han resuelto la estabilidad, la resistencia y la
rigidez?
La estabilidad se ha conseguido con la simetría, la locali-
zación centrada de los pilares (hay parte del puente que
sobresale a ambos lados) y el aumento de la base en la
cimentación.
La resistencia la proporcionan tanto el grosor del tablero
como los tirantes.
La rigidez se consigue por la forma y las uniones pegadas (en
algunos casos con superposición de elementos).
32
Una vez estudiadas todas las condiciones que deben
cumplir las estructuras, revisa el diseño de tu puente y
haz un croquis a escala 1:2 o 1:3 de tu maqueta.
R
ESPUESTA
LIBRE
,
es parte del portfolio de la tarea.
