P R I M E R C O N C U R S O P U E N T E D E P A L I T O S D E C H U P E T E

E n f o que u e d e l a l e c c i ón

La lección se concentra en cómo se diseñan los puentes para soportar peso, al mismo tiempo ser durables y, en algunos casos, estéticamente agradables. Los estudiantes trabajan de forma individual para diseñar y construir su propio puente usando como materia prima 3 kg de palitos de chupete y ser capaces de sostener un peso de unos 50 kg. Se recomienda a los estudiantes que ahorren material y utilicen la menor cantidad de palitos de helado que les permita lograr sus objetivos. Los estudiantes evalúan tanto la eficacia de sus propios puentes como los de los demás equipos y presentan sus hallazgos a la clase.

S i n o p s i s d e l a l e c c i ó n

La lección “Puente de palitos de chupete” explora de qué manera ha incidido la ingeniería en el diseño de puentes a lo largo del tiempo, incluyendo diseños innovadores y el desafío.De crear puentes que se transformen en puntos atractivos de una ciudad. Los estudiantes trabajan en equipos de “ingenieros” para diseñar y fabricar su propio puente utilizando pegamento y palitos de helado. Prueban sus puentes usando pesos, evalúan sus resultados y presentan los hallazgos a la clase.

O b j e ti v o s

Aprender sobre la ingeniería civil.Aprender sobre el diseño de ingeniería.Aprender sobre la planificación y la construcción.

R e s u l t a d o s a n t i c i p a d o s d e l a p r e n d i z a j e

Como resultado de esta actividad, los estudiantes deben lograr la comprensión de:El diseño y la ingeniería estructurales la resolución de problemas el trabajo en equipo

A c ti v i d a d e s d e l a l e c c i ó n

Los estudiantes aprenden cómo se diseñan los puentes para superar desafíos de carga, tensión y estética y poder fabricar un puente con un total de 3 kg de palitos de chupete y pegamento que pueda sostener 50 kg de peso

C o n e x i o n e s a I n t e r n e t

�Historia del puente del Puerto de Sydney(www.cultureandrecreation.gov.au/articles/harbourbridge/) (sitio disponible sólo en inglés)

� Grandes construcciones: Puentes (www.pbs.org/wgbh/buildingbig/bridge) (sitio disponible sólo en inglés)

� Normas de ITEA para la competencia tecnológica: Contenidos para el estudio de la tecnología (www.iteaconnect.org/TAA) (sitio disponible sólo en inglés)

� Normas nacionales de educación científica (www.nsta.org/standards) (sitio disponible sólo en inglés)

L e c t u r a s c o m p l e m e n t a r i a s

� Bridges of the World: Their Design and Construction (Puentes del mundo: su diseño y construcción) (ISBN: 0486429954)�Bridges: Amazing Structures to Design, Build & Test (Puentes: estructuras asombrosas para diseñar, construir y probar) (ISBN: 1885593309)

A c ti v i d a d o p c i o n a l d e r e d a c c i ó n

� Escribe un ensayo o párrafo sobre cómo los nuevos materiales sintéticos afectaron el diseño de puentes en el siglo pasado.

I d e a s p a r a l a e x t e n s i ó n

� Desafíe a los estudiantes más avanzados a diseñar y construir un puente con palitos de chupete y pegamento que pueda sostener el peso de tres estudiantes.

P u e n t es d e palitos de chupete

P a r a l o s m a e s t r o s :

� Materiales�Hoja de información para el estudiante�Hojas de trabajo para el estudiante�Un juego de materiales para cada grupo de estudiantes:

3 kg de palitos de helado, pistola de pegamento caliente

� Procedimiento

1. Muestre a los estudiantes las diversas hojas de referencia para el estudiante.Se pueden leer en clase, o bien, se pueden entregar como material de lectura de tarea para la noche anterior.2.-Explique a los estudiantes que deben construir su propio puente usando como materiales pegamento y un máximo de 3 kg de palos de helados. Los puentes debenser capaces de sostener un peso de 50kg .

El puente debe permitir cruzar un tramo de al menos 50 cm de largo por 0.9-12 cm de hancho por lo que debe medir más que eso). Una vez construido, el puente se colocará a un mínimo de30 cm (1 pie) por sobre el piso (por ejemplo, entre dos sillas) y se medirá su resistencia colocándole un peso de prueba. Además de cumplir los requisitos estructurales y de tolerancia al peso, el puente también será evaluado desde el punto de vista estético, de modo que se recomienda estimular la creatividad de los estudiantes. Los estudiantes deben usar la menor cantidad posible de palitos de helado para lograr su objetivo.3. Los estudiantes se reúnen y formulan un plan para construir el puente. Dibujan el plano y luego lo presentan ante la clase.

4. Luego los estudiantiles(individual) ejecutan sus planes. Puede que necesiten reformular su diseño o incluso empezar de nuevo.5. Todos los puentes serán sometidos a diferentes cargas en 3 puntos de apoyo a un máximo de 50 kg de carga.6. Cada puente debe ser evaluado por la clase en términos de su valor estético enuna escala del 1 al 5 (1: para nada atractivo; 2: no atractivo; 3: neutro/promedio;4: un tanto atractivo; 5: muy atractivo). Naturalmente, esto es subjetivo.8. Posteriormente los equipos completan una hoja de trabajo de evaluación/reflexión y presentan sus hallazgos a la clase.

Del proceso del concurso

Art. 1 Se presentará en la entrega del puente un informe en físico de tres (03) páginas formato A4 como máximo (Ver Anexo 03), donde se detallen, de forma concisa, los materiales empleados, el proceso de construcción, las dimensiones finales del puente, los cálculos empleados y la hipótesis de falla. Se recomienda emplear tipografía Arial 11 con interlineado simple.Art.2 Se podrá adicionar al informe una (01) página con fotografías impresas o ilustraciones que el equipo considere pertinentes. La diagramación de esta página es libre, pero las imágenes deberán ser rotuladas.Art. 3 Se presentará además un (01) plano en planta, un (01) corte y una (01) elevación del puente presentado. En dichos planos se deberán indicar las dimensiones de la estructura, y la disposición geométrica de los elementos que la constituyen. La escala empleada y el formato de los planos quedarán a criterio de cada equipo, pero deberán estar debidamente doblados a las dimensiones del formato A4.Art. 4 El informe escrito y los planos deberán ser presentados al interior de un fólder manila A4,Art. 5 Queda terminantemente prohibida la incorporación de otros tipos de materiales, como cartón, lacas, pinturas, aerosoles, hilos, fibras, nylon, u otros que no sean indicados en el Reglamento del CPS para la construcción de la estructuraArt.6 La concepción estructural del puente queda a libre criterio, pero cumplirán las dimensiones indicadas en este Reglamento. Cada uno de los puentes deberá estar constituido por una estructura tridimensional y estable, con una luz libre de 0.50 mArt. 7 La anchura del puente será de 0.9 m como mínimo y 0.15 m como máximo. Por encima de los apoyos se permitirá una altura de hasta 0.40 m, y la altura neta de la estructura no deberá exceder los 0.50 m

Art. 8 El puente deberá apoyarse verticalmente y únicamente sobre los extremos del mismo. Además, los lados verticales de los apoyos deberán quedar libres, no pudiendo ser utilizados como soporte de la estructura.

Art. 9 El diseño de los puentes quedará a criterio del proyectista, pero deberán considerar las dimensiones indicadas en el Reglamento, caso contrario el puente quedará descalificado. Además, los puentes deberán pesar como máximo 3 kgf

De la evaluación

Art. 10. Se ensayarán todos los puentes, siempre y cuando hayan sido entregados a tiempo, y cumplan con las dimensiones y criterios especificados. El puntaje de resistencia R del puente se determinará dividiendo la máxima carga soportada por el puente (en kg) para producir su falla; entre el peso propio de la estructura (en kg). Se considerará dos (02) decimales’ para esta calificación. Art. 11. De igual forma, se calificará el diseño estético y la concepción estructural de cada puente con una calificación E evaluada en escala vigesimal (de 0 a 20). Se considerará una aproximación decimal máxima de 0.5 en esta calificación. El Jurado Calificador podrá incluir como criterio para este puntaje, según considere, la calidad del informe y planos presentados por el equipo. Art. 12. Se definirá Como ganador al equipo que alcance el mayor puntaje final P, obtenido de la siguiente ecuación, con una aproximación centesimal (dos decimales):

P = 0.85 * R + 0.15* EDel jurado calificador

Art. 13. Será labor del Jurado Calificador inspeccionar las dimensiones y el peso de cada estructura, asignar la calificación estética E para cada puente, así como pronunciar cada uno de los resultados de ensayo de carga, y la calificación de resistencia R.Art. 14. El Jurado Calificador será la única autoridad que evaluará el cumplimiento de las bases del concurso, siendo su fallo de carácter inapelable. El Jurado Calificador tiene el derecho de descalificar cualquier puente que en su opinión infrinja las reglas del concurso, así como de aceptar las estructuras que considere que las cumplan.

De la premiación

Art. 33. xxxxxxxxxxxxxxx

H o j a d e i n f o r m a c i ó n p a r a e l e s t u d i a n t e : T i p o s d e p u e n t e s

Hay seis tipos principales de puentes: abovedado, de vigas, atirantado, voladizo(o cantiléver), de suspensión y de armadura.

AbovedadoLos puentes abovedados tienen forma de arco y poseen contrafuertes en cada extremo. Los primeros puentes abovedados de los quese tiene conocimiento fueron construidos por los griegos e incluyen el Puente Arkadiko. El peso del puente es desplazado hacia los contrafuertes en cada lado. El puente abovedado más grandedel mundo, que debiera finalizarse en 2012, se ha planificado parael sexto cruce de la cala de Dubai, en los Emiratos Árabes Unidos.

De vigaEstos puentes son vigas horizontales apoyadas por pilares en cada

extremo. Los primeros puentes de viga fueron troncos o estructuras sencillas similares que simplemente se tendían sobre arroyos. En la actualidad, estos puentes son grandes estructuras con vigas tipo cajón hechas de acero. El peso en la parte superior de la viga presiona hacia abajo en los pilares en cada extremo del puente.

AtirantadoAl igual que los cables de suspensión, los cables atirantados se sostienen mediante cables. Sin embargo, en un puente atirantado, se requieren menos cables y las torres que los sostienen son proporcionalmente más cortas. El puente atirantado más largoque existe es el Tatara que se encuentra en el Mar Interior de Seto, en Japón.

Voladizo (o cantiléver)Los puentes voladizos (o cantiléver) se construyen incorporando vigas voladizas, que son vigas horizontales sujetas en solo un extremo. La mayoría de estos puentes usa dos brazos voladizos que se extienden desde lados contrarios del tramo que se ha de cruzar, encontrándose en el centro. El puente voladizo más grande es el de Québec, situado en esa ciudad canadiense, que mide 549 m (1801 pies).

SuspensiónEstos puentes están suspendidos por cables. Los primeros puentes de suspensión fueron hechos de cuerdas o lianas cubiertas con pedazos de bambú. En los puentes modernos, los cables cuelgan desde torres que van unidas a pozos de cimentación o ataguías enterrados profundamente en el lecho de un lago o río. El puente de suspensión más largo del mundo es el Puente Akashi Kaikyo en Japón, que mide3.910 m (12.826 pies).

ArmaduraLos puentes de armadura están compuestos por elementos conectados. Tienen una superficie sólida y un entramado de vigas con uniones articuladas para los costados. Los primeros puentes de armaduraeran de madera, pero los modernos usan metales, como hierro forjado y acero. El puente de Québec, mencionado anteriormente como un puente voladizo, es también el puente de armadura más largodel mundo.

H o j a d e i n f o r m a c i ó n p a r a e l e s t u d i a n t e : T I P O S D E P U E N T E S U T I L I Z A R

Puente del Fiordo de Forth, Escocia

El de Forth es un puente ferroviario voladizo o de cantiléver, ubicado sobre el Fiordo de Forth en el este de Escocia. El puente es, incluso hoy día, considerado una maravilla de la ingeniería. Mide 2,5 km (1,5 millas) de longitud y la pista doble se eleva 46 m (aprox.150 pies) por sobre las mareas altas. Consta de dos tramos principales de 520 m (1.710 pies), dos tramos laterales de 206 m (675 pies), 15 tramos de aproximación de 51 m (168 pies) y cinco de 7,6 m (25 pies). Cada tramo principal consta de dos brazos voladizos de 210 m (680 pies) que soportan un puente de viga con un tramo de 220 m (350 pies). Las tres grandes estructuras voladizas de cuatro torres miden 104 m (340 pies) de alto y cada pie de 21 m (70 pies) de diámetro se apoya en un cimiento independiente. El grupo sur de cimientos tuvo que construirse mediante pozos de cimentación con aire comprimido a una profundidad de 28 m (90 pies). En su momento más intenso, trabajaron unos4.600 empleados en esta obra.

Puente del Puerto de Sidney, Australia

Éste es un puente abovedado de acero que cruza el Puerto de Sydney para permitir el tráfico de trenes, vehículos y peatones entre el distrito comercial central de la cuidad y la zona de la costa norte. La monumental vista del puente, el puerto y la cercana y célebre Ópera de Sydney constituye una imagen imborrable tanto de Sydney como de Australia. El puente fue diseñado y construido por Dorman Long and Co Ltd, Middlesbrough, Teesside, y fue la estructura más alta de la ciudadhasta 1967. De acuerdo con los Récords Guinness, es el puente con el tramo más ancho del mundo y el puente abovedado de mayor altura, con 134 metros (429,6 pies) desde su parte más alta hasta el nivel del agua. Es también el cuarto puente abovedado más largo en el mundo. El arco está conformado por dos entramados abovedados de 28 paneles. Sus alturas varían de 18 m (55,8 pies) en el centro del arco a 57 m (176,7 pies)(al costado de los pilones).

H o j a d e t r a b a j o p a r a e l e s t u d i a n t e : D i s e ñ a t u p r o p i o p u e n t e

Eres un ingeniero al que se le ha planteado el desafío de diseñar un puente hecho con pegamento y un máximo de 3 kg de palitos de helado. Los puentes deben ser capaces de sostener un peso determinado (el maestro decidirá cuál será el peso correspondiente para el diseño de tu equipo). El puente debe permitir cruzar un tramo de al menos 50 cm de largo., se colocará entre dos sillas a una altura de por lo menos 30 cm sobre el suelo para realizar la prueba de tolerancia al peso. ¡Además de cumplir los requisitos estructurales y de tolerancia al peso, el puente también será evaluado desde el punto de vista estético, así que deberás emplear tu creatividad! Idealmente, usa la menor cantidad de palitos posible para lograr tu meta.

� Etapa de planificaciónDebes desarrollar y acordar un diseño para el puente. Piensa en qué patrones podrían ser los más resistentes, ¡pero no olvides que también se evaluará la estética del puente! Dibuja tu diseño en el siguiente cuadro y presenta tu diseño a la clase. Puede que te convenga afinar el plan tras recibir los comentarios y las sugerencias de la clase.

Número de palitos de helado que crees que usarás:

P u e n t e d e p a l o s d e h e l a d o

Hoja de trabajo para el estudiante (continuación):

Fase de construcción

Construye tu puente, haz un nuevo bosquejo y modifica tu lista de materiales, teniendo en cuenta los dos (02) tipos de modelo para la evaluación del concurso. En el enunciado anterior.

Voto por estética

Los jurados emitirán un voto sobre el aspectode cada puente. La escala es de 1 a 5 (1: para nada atractivo; 2: no atractivo; 3: neutro/promedio; 4: un tanto atractivo; 5: muy atractivo). Este número se promedia para generar un puntaje para cada puente. Este puntaje no se basa en lo bien que el puente podría sostener peso, sino netamente en su aspecto.

Fase de prueba

Cada alumno probará su puente para ver si puede soportar el peso exigido por lo menos durante un minuto completo. Asegúrate de presenciar las pruebas de los demás compañeros y observa cómo funcionaron los diversos diseños.

Fase de evaluaciónCompleta la hoja de trabajo de evaluación y presenta tus hallazgos a la clase.