el abc de las estructuras

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LAS ESTRUCTURAS Y LAS ESTRUCTURAS Y SUS APLICACIONES SUS APLICACIONES LAS ESTRUCTURAS Y LAS ESTRUCTURAS Y SUS APLICACIONES SUS APLICACIONES RAQUEL GIMENO PÉREZ RAQUEL GIMENO PÉREZ IES MARE NOSTRUM

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abc

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  • LAS ESTRUCTURAS Y LAS ESTRUCTURAS Y SUS APLICACIONESSUS APLICACIONESLAS ESTRUCTURAS Y LAS ESTRUCTURAS Y SUS APLICACIONESSUS APLICACIONES

    RAQUEL GIMENO PREZRAQUEL GIMENO PREZ

    IES MARE NOSTRUM

  • ESTRUCTURAS NATURALES Y ARTIFICIALES

    ESTRUCTURAS NATURALES

    ESTRUCTURAS ARTIFICIALES

  • PARA QU SIRVEN LAS ESTRUCTURAS?

    La estructura que construye el hombre tienen una finalidad determinada, para la que ha sido pensada, diseada y finalmente construida. Podemos hacer un anlisis en funcin de la necesidad que satisface: Soportar peso: se engloban en este apartado aquellas estructuras cuyo fin principal es el de sostener cualquier otro elemento, son los pilares, las vigas, estanteras, torres, patas de una mesa, etc.

  • PARA QU SIRVEN LAS ESTRUCTURAS?

    Salvar distancias: su principal funcin es la de esquivar un objeto, permitir el paso por una zona peligrosa o difcil, son los puentes, los telesfricos, las gras, etc.

    Proteger objetos: cuando son almacenados o transportados, como las cajas de embalajes, los cartones de huevos, cascos, etc.

  • TIPOS DE ESTRUCTURAS RESISTENTES

    Si observis detenidamente las estructuras estn hechas con diferentes materiales, formas y dimensiones, se pueden clasificar en: Laminar de caparazn, los coches son de acero y tienen este tipo de estructura, y la carcasa de un televisor, un frigorfico. De armazn Las torres elctricas se

    construyen con perfiles o barras, atornilladas unas con otras.

  • TIPOS DE ESTRUCTURAS RESISTENTES

    De hormign armado Los edificios modernos se construyen con este tipo de estructura (cimientos, pilares y vigas de hormign armado).

    Vigas metlicas Naves industriales.

  • FUERZAS PRINCIPALES EN ESTRUCTURAS

    Hay dos tipos de fuerzas en las estructuras:Fuerzas exteriores = CARGASFuerzas interiores = ESFUERZOS

    DEFINICIN DE CARGA. TIPOS DE CARGASLas cargas son las fuerzas externas que actan sobre las estructuras.Los tipos de carga ms habituales son:

    Los pesos situados sobre las estructuras El peso de la propia estructura La presin del agua La fuerza del viento

  • DEFINICIN DE ESFUERZOSLos esfuerzos son fuerzas internas de resistencia que aparecen en las estructuras y evitan que sta falle.

    TRACCIN: es el esfuerzo a que esta sometido un elemento de una estructura cuando las cargas que actan sobre l tienden a ESTIRARLO.

  • COMPRESIN: es el esfuerzo a que esta sometido un elemento de una estructura cuando las cargas que actan sobre l tienden a APLASTARLO.

    FLEXIN: es el esfuerzo a que esta sometido un elemento de una estructura cuando las cargas que actan sobre l tienden a CURVARLO,DOBLARLO.

  • TORSIN: es el esfuerzo a que esta sometido un elemento de una estructura cuando las cargas que actan sobre l tienden a RETORCERLO.

    CORTANTE: es el esfuerzo a que esta sometido un elemento de una estructura cuando las cargas que actan sobre l tienden a CORTARLO.

  • ESTUDIANDO ESFUERZOS Cuando una viga esta soportando una determinada carga

    -a esfuerzo de flexin- se originan otros esfuerzos: b traccin y c compresin.

    Por tanto cada viga se ha de disear y construir para soportar correctamente todos los esfuerzos a que esta sometida, teniendo en cuenta adems que en los extremos est sometida a un esfuerzo de corte d.

  • ESTUDIANDO ESFUERZOS

    TraccinCompresinFlexinCortaduraTorsin

    http://www.profes.net/varios/videos_interactivos/estructuras/index.html

  • ESTUDIANDO ESFUERZOS

    TraccinCompresinFlexinCortaduraTorsin

  • Las siguientes estructuras son estables, es decir,no vuelcan, gracias a distintos sistemas. Adems de la estabilidad Qu otras condiciones debe cumplir una estructura para funcionar como tal?

  • ESTRUCTURAS ESTABLESPara que una estructura funcione bien, debe cumplir tres condiciones independientes entre s: Estabilidad. Alude a la capacidad de una estructura de mantenerse erguida y no volcar. Para ello, su centro de gravedad debe estar centrado sobre su base. Cuanto ms centrado y mas cercano al suelo est el centro degravedad, ms estable ser la estructura. Resistencia: Es la capacidad de la estructura de resistir las tensiones a las que esta sometida sin romperse. En la resistencia de una estructura interviene la forma y el material que la constituye. Rigidez: Aunque todos los objetos se deformanlevemente al aplicarles una fuerza, esta

    deformacin nunca debe ser tan grande que le impida cumplir su misin.

  • ESTABILIDADCentro de gravedad: Cuando representamos la fuerza peso de un objeto, lo suponemos situado en un punto (el centro de gravedad), esto no es real, ya que el peso est distribuido por todo el espacio fsico ocupado por el cuerpo. Definimos el centro de gravedad como ese punto caracterstico en el que suponemos el total de la masa del objeto.

  • CMO HACER QUE UNA ESTRUCTURA SEA ESTABLE, RESISTENTE Y RGIDA?

    Podemos dar estabilidad a un cuerpo, aadiendo masa en su base, atirantndolo o empotrando su parte inferior en el suelo.

    La resistencia depende del material con que se construye (el hormign, el acero, la madera o la piedra tienen distintas resistencias), de la cantidad de material que se use y de la forma que tenga la estructura. Cul de las dos posiciones de esta tabla presenta mejor resistencia a flexin? Por qu?

    La rigidez se consigue soldando las uniones, dando a la estructura una forma apropiada y haciendo triangulaciones, como veremos ms adelante. La forma es muy importante, cuando ms canto tenga una viga o ms ancho sea un pilar, mayor ser su rigidez.

  • ELEMENTOS RESISTENTES EN LAS ESTRUCTURAPARTES GENERALES DE UN EDIFICIO

  • ELEMENTOS RESISTENTES EN LAS ESTRUCTURAS

    FORJADO UNIDIRECCIONAL

  • ELEMENTOS RESISTENTES EN LAS ESTRUCTURAS

  • La funcin de los pilares es soportar todo elpeso de la construccin, es decir, aguantan elpeso de la estructura, paredes interiores,techos, suelos, muebles, personas, etc.

    Aunque a simple vista parece que los pilaresestn sometidos a esfuerzos de compresin, la realidad es que la deformacin que sufren suele ser lateral, sobre todo si son esbeltos.Por tanto los pilares debern ser resistentesa pandeo, que es la combadura de un elementolargo y estrecho en su parte central cuandoest sometido a compresin.

    Pandeo = flexin lateral por compresin

    ELEMENTOS RESISTENTES EN LAS ESTRUCTURAS

    PILARES

  • Los pilares transmiten los esfuerzos a los cimientos, que son los encargados de transmitirlos a su vez al suelo.

    Los elementos de cimentacin ms comunes son las zapatas, cuya misin es la de sostener la estructura para que no se hunda. HA.

    Las losas crean una base de gran tamao que permite asentarse sobre suelos blandos . HA.

    Los pilotes, empleados tambin en terrenos blandos, se clavan enla tierra hasta encontrar una zona de roca dura donde apoyarse.

    CIMENTACIN: ZAPATAS, LOSA, PILOTES

  • El ACERO EN LAS ESTRUCTURASEs uno de los materiales ms importantes en la construccin de estructuras. Se utiliza principalmente de dos maneras: Como armadura en estructuras de hormign armado. Son las barras o redondos de acero macizo. El hormign esta formado por un aglomerante, por lo general, cemento, arena, grava y agua. Una vez fraguado resiste muy bien la compresin, pero no la traccin. Cuando va acompaado de una armadura de acero para dar ms resistencia a flexin se llama hormign armado.

    Qu zona de la viga es ms necesario reforzar con barras de acero? pq?

    Qu es la flecha?

  • El ACERO EN LAS ESTRUCTURAS Formando con perfiles la estructura completa:

  • PERFILES I Las barras que componen las estructuras se fabrican en diferentes

    formas, a la seccin transversal perpendicular al eje longitudinal se le denomina perfil.

    Dependiendo del material del que est construida la barra, la obtencin de un determinado perfil se realizar por un procedimiento u otro.

    En las barras metlicas los procesos ms usados para la obtencin de perfiles son: Mediante un molde: consiste en la fabricacin de un molde (de

    acero, escayola, de cera etc), sobre el que se vierte el material al que se le va a dar forma. Se utiliza por ejemplo para la fabricacin de prefabricados de hormign, fundiciones, etc.

    Laminacin: consistente en hacer pasar al material base (acero, aluminio) por una serie de rodillos que irn poco a poco dndole la forma apropiada. Para facilitar el proceso, se calientan los metales, de forma que sean ms maleables. Mediante la laminacin se consiguen piezas como planchas, vigas, redondos, traviesas, etc.

    Extrusin: el metal extrusionado tiene que ser fcilmente maleable, de forma que se le empuja a travs de un orificio que tiene la forma del perfil que queremos obtener.

    Formas ms comunes:

  • PERFILES IIVeamos a continuacin con ms detalle algunos perfiles. Perfil en T: es muy usual en la construccin, se coloca con las

    alas hacia abajo, de manera que puedan apoyarse sobre l ladrillos, rasillones, y otros elementos constructivos.

    Perfil en L o angular: es un perfil de forma que la seccin es un ngulo recto. Se utiliza mucho en la construccin de estructuras metlicas, en la parte de cubiertas. Principalmente para traccin y compresin, poco a flexin.

  • PERFILES III Perfil en doble T: es el que se coloca en

    pilares. Trabaja tambin muy bien con esfuerzos de flexin (tambin a traccin y compresin). Son perfiles IPN o IPE.

    Perfil de ala ancha: es una viga en doble T, en la que la altura total es igual a la anchura de las alas. Es un perfil HEB.

    Perfil UPN: seccin en U. Se utilizapara traccin, compresin y flexin. En pilares se usa la seccin UPN en cajn.

    Seccin cuadrada, perfiles huecos, listones planos, etc.

  • PERFILES IVIMPORTANTE: La eleccin de un tipo especfico de perfil depende de la misin que deba desempear dentro de la estructura y de los esfuerzos que tenga que soportar. Los perfiles se disean de manera que alcanzando los distintos elementosla misma resistencia sean lo ms ligeros posible.

  • PERFILES VUNIONES

    Con los perfiles que hemos visto, se realizan las estructuras metlicas, para ello es necesario realizar una serie de uniones entre los diferentes elementos. Tipos de uniones:

    Soldadura: se trata de un sistema que une las partes de forma permanente (fija), por tanto es apropiado para estructuras que no van a ser desmontadas o trasladadas. Mtodos de soldadura hay muchos, pero bsicamente consiste en calentar las piezas a unir de manera que mediante la aportacin de un material fundente o no, queden perfectamente unidas.

    Unin mediante tornillos: es el apropiado para estructuras que son desmontables, de forma que las diferentes partes de la estructura quedan unidas mediante un tornillo y su correspondiente tuerca.

  • ESTRUCTURAS TRIANGULADASEstn compuestas por barras enlazadas formando tringulos. Constituyen una estructura rgida. Sus elementos ms importantes:Barras: perfilesTirantes o tensores: elementos que soportan vigas, columnas, etc.Nudos: uniones entre las diferentes barras: soldadura, tornillos

  • ESTRUCTURAS TRIANGULADAS

  • TRIANGULACIN

    El tringulo es el nico polgono indeformable, por lo que se emplea con mucha frecuencia en la construccin de estructuras.

  • ESTUDIO DE ESFUERZOS EN BARRAS

  • ELEMENTOS RESISTENTES EN LAS ESTRUCTURA

  • ESTRUCTURAS COLGANTES Se utilizan cables de los que cuelga la estructura. Tirantes y tensores que trabajan solo a TRACCIN. Para sujetar carpas, puentes, antenas, torres, etc.

  • MATERIALES DE ESTRUCTURAS IMadera:- Obtencin: Se obtiene del rbol, lleva un proceso de corte, secado y preparacin de la madera.- Tipos: Pino Flandes, Eucalipto, Haya, Roble, Caoba, aglomerado, contrachapado.- Propiedades: Dureza media, ligero, flexible, fcil de trabajar (moldeable).- Aplicaciones: Muebles en su mayora, pasta de papel, algunos edificios (Japn edificios sin clavos).Acero:- Obtencin: Fundicin de Hierro (99%) y Carbono (1%). Si se aade Cromo o Nquel es inoxidable.- Tipos: Acero al carbono, acero inoxidable, Hierro fundido, etc.- Propiedades: Dureza alta, no frgil, flexible, moldeable a altas temperaturas.- Aplicaciones: Industrias, edificios, llaveros, relojes, etc.Hormign:- Obtencin: Mezcla proporcionada de: arena, cemento, agua, ridos ( y acero si es hormign armado).- Tipos de acero: Hormign en masa (poco practico, solo de relleno), hormign armado.- Propiedades: Dureza alta, frgil a traccin y flexin, moldeable (fragua en 21 das). - Aplicaciones: construccin en general.

    Otros: ladrillos (relleno-aislante), cemento (unin, enlucir), corcho (aislante trmico y acstico), etc.

  • MATERIALES DE ESTRUCTURAS IIELECCIN DEL MATERIAL:

    Se realiza teniendo en cuenta 4 factores:

    - Propiedades del material (dureza, flexibilidad, conductividad elctrica, etc.)

    - Disponibilidad (si el material es abundante o escasea, donde se encuentra, transporte, etc.)

    - Procesos de fabricacin (Si se puede fabricar, que procesos conlleva, contaminacin, etc.)

    - Costes (lo que cueste al final, sumando obtencin, transporte, transformacin, venta, etc.)

  • Qu se tiene en cuenta para disear estructuras?

    TIPO DE ESTRUCTURA APROPIADO: Armazn (barras), laminar, de hormign armado, metlica, colgante, etc.

    CONSEGUIR ELEMENTOS DE ESTRUCTURAS RESISTENTES:a) Eleccin material- Propiedades fsicas- Disponibilidad- Procesos de fabricacin- y Costesc) Basndonos en elementos conocidos:- Viga elemento destinado a resistir a flexin- Pilar elemento destinado a resistir a compresin- Prtico conjunto de elementos que dan forma a edificios o naves- Zapata elemento de sustentacin de las construcciones- Montantes y tirantes elementos caractersticos para salvar grandes distancias (Ej.: puentes)- Otros elementos (tirantes, cartelas, etc.)d) Eligiendo secciones adecuadas segn a los esfuerzos que estn sometidas las barras.

    Ejemplos:- Un cable resiste bien a traccin.- Una viga en doble T la que mejor resiste a flexin.- En que posicin resiste mejor a flexin una regla tumbada o de canto?

  • Qu se tiene en cuenta para disear estructuras?

    CONSEGUIR UNA ESTRUCTURA RESISTENTE:

    a) Ser estable: sometida a esfuerzos que no vuelque.- Centro de Gravedad bajo.- Base ancha.-Anclaje o fijacin al suelo.

    b) Ser rgida: sometida a esfuerzos no se deforme, y sus elementos resistan.- Con triangulaciones.- Con uniones rgidas.

  • FUERZAS IRepresentacin de fuerzas: se puede entender por fuerza toda accin sobre un objeto que tiende a modificar el estado de reposo o movimiento de dicho objeto, o que puede deformarlo de forma permanente o transitoria. Una fuerza produce diferentes efectos sobre un cuerpo, segn sea la direccin y el sentido en que se apliquen.Para distinguir entre direccin y sentido, pongamos el smil de una carretera, sta (la direccin) es nica, pero tiene dos sentidos:

    Al representar las fuerzas emplearemos flechas que denominaremos vectores, estos quedan definidos por un mdulo (su valor), por la direccin y sentido.

  • FUERZAS IISuma y resta de fuerzas: las que tienen la misma direccin y sentido, se suman, mientras que las que tienen la misma direccin pero sentido contrario se restan. En el caso de que las fuerzas no tengan la misma direccin, hay que realizar una pequea composicin, consistente en colocar el principio de un vector en el final del anterior, la fuerza resultante el vector que va desde el inicio del primero al final del ltimo.

    Accin y reaccin: cuando se ejerce una fuerza sobre un cuerpo, se produce otra en la misma direccin pero en sentido contrario.

    Momento: podemos calcular el momento de una fuerza respecto de un punto, como el producto del valor de dicha fuerza por la distancia. El momento tiende a hacer girar un cuerpo, cuanto mayor sea la fuerza o mayor la distancia mayor ser el momento. M = F * D.

  • ESTABILIDAD- EQUILIBRIO

    Equilibrio: un objeto est en equilibrio, cuando la suma de todas las fuerzas que actan sobre l es cero.

    Pero adems, la suma de los momentos de todas las fuerzas que actan sobre el objeto debe ser igual acero. Supongamos un volante, en el que hay aplicada dos fuerzas iguales y de sentido contrario, tal y como el de la fotografa, est en equilibrio?

  • ESTABILIDAD- EQUILIBRIOCentro de gravedad: Cuando representamos la fuerza peso de un objeto, lo suponemos situado en un punto (el centro de gravedad), esto no es real, ya que el peso est distribuido por todo el espacio fsico ocupado por el cuerpo. Definimos el centro de gravedad como ese punto caracterstico en el que suponemos el total de la masa del objeto.

    Un cuerpo est en equilibrio cuando la proyeccin de su centro de gravedad cae dentro de la base de sustentacin, por el contrario cuando el CG cae afuera de esta el cuerpo pierde el equilibrio.

  • ESTABILIDAD- EQUILIBRIO Qu es el centro de gravedad C.G.? Es el punto

    donde se mantiene el equilibrio de un objeto.

    Aplicacin: La principal aplicacin del C.G. es la estabilidad y hay 3 formas de conseguirlo:

    LA ALTURACuanto ms bajo es un objeto mas bajo estar su CG y mayor equilibrio tendr

    LA BASE DE SUSTENTACINCuanto ms grande es la base de sustentacin, mayor ser el equilibrio de cualquier cuerpo

    FIJACIN AL SUELO CON CIMIENTOS O ANCLAJES QUE IMPIDAN EL VUELCO

  • ESTABILIDAD- EQUILIBRIO

    Rigidez y elasticidad: podemos definir elasticidad como la propiedad que tienen los cuerpos para retornar a su forma inicial una vez ha sido suprimidas las fuerzas que ha provocado la deformacin. La elasticidad depende del material, todos los materiales son ms o menos elsticos. Un cuerpo con un elasticidad baja ser rgido. Si sometemos a un material elstico a un determinado esfuerzo, de manera que este sobrepase un determinado valor (lmite elstico), en primer lugar veremos que la deformacin se ha convertido en permanente, pero si seguimos aplicando el esfuerzo, llegar un momento en que se produzca la rotura.

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