fuerza que soporta una estructura

 Los elementos que forman las estructuras

En una estructura podemos distinguir diferentes partes, llamadas elementos estructurales. Cada elemento estructural esta pensado para soportar la carga de una determinada manera, es decir, para resistir distintos tipos de fuerzas.

 Las fuerzas que soporta una estructura

 

Una estructura tiene que soportar su propio peso, el de las cargas que sujeta y algunos empujes exteriores, como el viento,  etc. Los tres tipos de fuerzas más importantes que actúan sobre las estructuras son:

-La fuerza de compresión: las columnas de un edificio soportan el peso del techo y de los pisos superiores. Estos elementos están sometidos a una fuerza que tiende a aplastarlos. Los elementos estructurales que soportan fuerzas de compresión se llaman soportes.

-La fuerza de tracción: los cables de un puente colgante soportan unas fuerzas que tienden a estirarlos. Los elementos estructurales que soportan fuerzas de tracción se llaman tensores o tirantes.

-La fuerza de flexión: un estante de un mueble soporta una fuerza que tiende a doblarlo. Los elementos estructurales que soportan fuerzas de flexión se llaman vigas o barras, las cuales están puestas en sentido horizontal.

 Otras fuerzas que actúan sobre las estructuras

Además de estas tres fuerzas, también pueden actuar en los elementos de una estructura dos fuerzas: la de torsión y cizalla miento.

-La fuerza de torsión actúa sobre elementos que giran. La punta de un destornillador se puede deformar por la acción de esta fuerza.

-Las fuerzas de cizalla miento actúan sobre elementos que soportan tracción y empuje, como los remaches de una gran estructura metálica.

. La importancia de repartir el peso

El peso de la estructura debe estar repartido igualmente, en los pilares inferiores deben soportar más peso que los superiores, así pues cuando se va ascendiendo en una estructura cada elemento soporta menos peso que el que lo soporta a él mismo.

. Los cimientos

Los cimientos de las construcciones proporcionan esta superficie firme a la que se anclan todos los demás elementos de la estructura de los edificios.

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construccion de un cubo

Construcción y evaluación de estructuras

Una estructura puede ser fabricada con muy diferentes material, desde acero a papel. Cada material tiene sus ventajas y sus desventajas.

Una vez que has elegido el material apropiado para la estructura que quieres construir, debes pensar en las fuerzas y cargas que tundra que soportar, la resistencia de los materiales, su precio, su durabilidad y su aspecto.

En este proyecto aprenderás cómo construir estructuras entramadas (estructuras muy poco pesadas hechas a partir de barras o vigas) utilizando diferentes materiales. Debes elegir un material que sea fácil de encontrar y utilizar, como papel, cartón o plástico.

Tienes que construir dos estructuras entramadas con forma de cubo, de 10 cm de lado. Los tienes que hacer en casa y traer a clase antes del día. No olvides poner tu nombre y tu clase en los dos cubos (debes idear alguna forma para ponerlo). Puedes elegir papel, cartón o plástico para hacerlos (en las páginas siguientes se explica cómo trabajar con cada uno de estos materiales).

Las caras del cubo como esta   A: Cubo sin barras extra entre las esquinas	B: Cubo con barras extra entre las esquinas. Debes construir una estructura entramada triangulada (cercha). El triángulo es una forma que no puede ser deformada. Usando triángulos se consiguen estructuras más rígidas, es decir, que no pueden ser deformadas fácilmente. Las caras del cubo como esta

Puedes construir una estructura más rígida aún si pones dos barras extra en cada cara, tal y como se muestra en el dibujo de abajo. Es un poco más difícil de construir pero vale la pena el esfuerzo.

  

Por lo tanto, tienes que construir 2 cubos:

·      Un cubo sin barras extra en las caras.

·      Un cubo con una o dos barras extra en cada cara.

materiales para una estructura y estructura piramidal

CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS PORTANTES CON PAPEL.

Herramientas: Tijeras Pistola  Materiales: Papel de periódico Pegamento de barra Pegamento  Palillos Proceso: Corta las hojas en trozos rectangulares suficientemente grandes para obtener varillas largas.  Enrolla el papel desde una esquina de modo que  quede muy apretada.  Pega la esquina final con pegamento.  Corta con unas tijeras los extremos y enrásalos. Las varillas se pueden empalmar con palillos y cinta  aislante.  Usa pegamento para unir las varillas.

DISEÑO DE LA ESTRUCTURA PIRAMIDAL:Y recuerda las tres condiciones que debe cumplir una estructura para que funcione bien: ESTABILIDAD. Es la capacidad de una estructura de mantenerse en pie y no volcar. Se consigue con un adecuado diseño. Cuanto más centrado y más cercano al suelo esté su centro de gravedad, más estable será. RESISTENCIA. Es la capacidad que tiene la estructura de soportar las tensiones a la que está sometida sin romperse. Intervienen su forma y el material con el que esté construida. RIGIDEZ. Para evitar que ocurra una deformación tan grande que impida al objeto cumplir su función .  Las estructuras de papel se construyen convirtiendo hojas de papel normal en barras resistentes: 1. Se enrolla cada hoja partiendo de sus esquinas ( total 64 ). 2. Se fija el extremo final con cola blanca y tesa film. 3. Se cortan los extremos, ya que éstos son más débiles. 4. A veces, al unir las barras, habrá que cortar previamente a bisel los extremos para que encajen. 5. En otras ocasiones, será conveniente aplastar primero los extremos para que queden planos antes de hacer la unión. 6. Se pueden fijar las uniones con pegamento termo fusible. 7. Enrollando el papel en forma de tubos hemos conseguido aumentar la resistencia. 8. ¿Qué forma le daréis a vuestra estructura para conseguir que sea rígida? El triángulo es el único polígono indeformable. Por lo tanto, utilizaremos la triangulación de las barras para conseguir una estructura indeformable. 9. En la estructura del ejemplo se ha usado además, una base de cartón ( 40 x 70 cm), (un material más resistente que el papel), y las barras circulares miden todas lo mismo, 15 cm.

estructuras en periodico

Construcción de estructuras en el taller I

Para demostraros que es posible conseguir estructuras resistentes a partir de materiales que en un principio nos pueden parecer que no lo son, (como por ejemplo el papel,) 

El planteamiento del proyecto fue diseñar y construir una estructura que soportase su propio peso, a partir de un material como el papel (si es reciclado, mejor).

Éste fue el resultado:


Os puede asegurar que resistió.
¿Os atrevéis vosotros?

En el siguiente vídeo se muestran los pasos seguidos por los alumnos de 1º de ESO para elaborar su estructura.

CÓMO HACER ESTRUCTURAS DE BARRAS CON PAPEL

Las estructuras de papel se construyen convirtiendo hojas de papel normal en barras resistentes:

1. Se enrolla cada hoja partiendo de sus esquinas.
2. Se fija el extremo final con cola blanca.
3. Se cortan los extremos, ya que éstos son más débiles.
4. A veces, al unir las barras, habrá que cortar previamente a bisel los extremos para que encajen.
5. En otras ocasiones, será conveniente aplastar primero los extremos para que queden planos antes de hacer la unión.
6. Se pueden fijar las uniones con pegamento termofusible.
7. Enrollando el papel en forma de tubos hemos conseguido aumentar la resistencia.
8. ¿Qué forma le daréis a vuestra estructura para conseguir que sea rígida? Ya hemos visto en clase que el triángulo es el único polígonoindeformable. Por lo tanto, utilizaremos la triangulación de las barras para conseguir una estructura indeformable.
9. Un truco: si colocas unos alambres de refuerzo en el interior, aumentarás la resistencia.
10. En la estructura del ejemplo se ha usado además, una base de cartón, (un material más resistente que el papel), y las barras circulares miden todas lo mismo, 11 cm.

DISEÑO DE LA ESTRUCTURA PIRAMIDAL:

Si quieres ver más fotos de esta estructura, consulta Estructura piramidal o el poder del triángulo.

Ellos también lo construyeron: "El poder del triángulo"

Y recuerda las tres condiciones que debe cumplir una estructura para que funcione bien:

• ESTABILIDAD. Es la capacidad de una estructura de mantenerse en pie y no volcar. Se consigue con un adecuado diseño. Cuanto más centrado y más cercano al suelo esté su centro de gravedad, más estable será.
• RESISTENCIA. Es la capacidad que tiene la estructura de soportar las tensiones a la que está sometida sin romperse. Intervienen su forma y el material con el que esté construida.
• RIGIDEZ. Para evitar que ocurra una deformación tan grande que impida al objeto cumplir su función.

Más fotos de estructuras de hechas con canutillos de papel en el taller:

TRIANGULACIÓN

En las siguientes fotos puedes ver un ejemplo de cómo conseguir estructuras rígidas con barras de madera (palos de helado en este caso). Recurrimos a la triangulación de nuevo. Para la unión se han empleado chinchetas de encuadernar. Experimento fácil y rápido.

Torre de vigilancia hecha con madera

Torre de vigilancia hecha con cartón

http://auladetecnologias.blogspot.com/2009/04/construccion-de-estructuras-i-con-papel.html

cascarones

CASCARONES   


  

Un cascaron es una estructura de superficie delgada y curva que transfiere las cargas a los apoyos solo por tensión, comprensión y cortante. Los cascarones se distinguen de las bóvedas tradicionales por su capacidad para resistir esfuerzos de tensión.

Los cascarones arquitectónicos se construyen de concreto reforzado. Los cascarones son muy eficientes en las estructuras (como en los techos) donde las cargas se distribuyen de manera uniforme y las formas curvas son adecuadas.

TIPOS DE CASCARONES

Los cascarones se clasifican de acuerdo con su forma:

sinclastico
Los de forma sinclastica (domos) son doblemente curvados y tienen una curvatura similar en cada dirección.

DESARROLLABLE
Los de forma desarrollada (conos y cilindros o de cañón) son de una sola curva; son rectos en una dirección y curvados en las otra, y se pueden formar doblando una placa plana.

ANTICLÁSTICO
Los de forma anticlasticas (con forma de silla de montar que incluyen conoides, paraboloides hiperbólicos e hiperboloides) son doblemente curvados y tienen una curvatura opuesta en cada dirección.

conoides

Se generan moviendo el extremo de una línea recta a lo largo de una trayectoria curva y el otro extremo a lo largo de una línea recta o una curva más suave

paraboloides hiperbólicos

Se generan moviendo una parábola convexa a lo largo de una parábola cóncava de la misma curvatura.

hiperboloides

Se generan rotando una línea recta respecto a un eje vertical

FORMA LIBRE
Son aquellas que no se derivan matemáticamente.
La habilidad de los cascarones para resistir esfuerzos de tensión, permite mucha mayor libertad en la forma
Se pueden diseñar para responder a consideraciones estéticas y funcionales, y aún ser estructuralmente satisfactorios.

Cascarones de cañón corto

Los cascarones de cañón corto tienen la dimensión más corta en planta a lo largo de su eje longitudinal.

Se comportan de dos formas o la combinación de ambas:

1.- Rigidizando los extremos
2.- Rigidizando cada borde inferior en el sentido longitudinal para proporcionar la forma de una viga.

Cascarones de cañón largo

Tienen las dimensiones más largas en planta. Están soportados en las esquinas y se comportan como vigas largas en dirección longitudinal.

COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL
Un domo se encuentra en compresión a lo largo de las líneas de arco en todas las direcciones. En un domo hemisférico, hay una tendencia a permanecer estable en la parte superior, pero a pandearse hacia arriba en la parte mas baja.

Los domos elípticos, acentúan la tendencia al pandeo hacia arriba en la región mas baja y, por consiguiente, dependen aun mas de la tensión de los aros para la estabilidad, los domos parabólicos, son casi funiculares, tienen menos tendencia al pandeo y produce menos tensión en los aros.

ESFUERZOS
De arco
De aro.