Tema las estructuras Elementos y resistencia de las estructuras ..................................................................... 2 Pilares ..................................................................................................................................... 2 Vigas ......................................................................................................................................... 3 Forjado .................................................................................................................................... 4 Muros: ..................................................................................................................................... 4 Cimientos:............................................................................................................................... 5 Tirantes:.................................................................................................................................. 5 Arcos ........................................................................................................................................ 6 ESCUADRA: ........................................................................................................................... 6 PERFILES ............................................................................................................................ 8 Estructuras resistentes .................................................................................................... 13
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Elementos y resistencia de las estructuras Pilares: es una barra apoyada verticalmente, cuya función es la de soportar cargas o el peso de otras partes de la estructura. El principal esfuerzo que soporta es de compresión. También se le denomina poste, columna, etc. Los materiales de los que está construido son muy diversos, desde la madera al hormigón armado, pasando por el acero, ladrillos, mármol, etc. Suelen ser de forma geométrica regular (cuadrada o rectangular) y cuando son de sección circular se les suele denominar columnas.
Pilares y columnas: son unas barras apoyadas verticalmente, cuya función es la de soportar cargas o el peso de otras partes de la estructura.
Los principales esfuerzos que soporta son de compresión y pandeo.
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También se le denomina poste, columna, etc. Los materiales de los que está construido son muy diversos, desde la madera al hormigón armado, pasando por el acero, ladrillos, mármol, etc. Suelen ser de forma geométrica regular (cuadrada o rectangular) y las columnas suelen ser de sección circular. Son apoyos verticales sobre los que descansan las vigas y el resto de la estructura. Están sometidos a esfuerzos de compresión.
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Vigas: es una pieza o barra horizontal, con una determinada forma en función del esfuerzo que soporta. Forma parte de los forjados de las construcciones. Están sometidas a esfuerzos de flexión. Los pilares y las vigas son el armazón básico de las estructuras en grandes construcciones. Habitualmente se realizan con hormigón armado o acero, aunque en otras épocas se usó mucho la madera. Una vez realizada la cimentación, se construyen los pilares o soportes verticales. Sobre los pilares se apoyan las vigas o soportes horizontales. Estos elementos forman el entramado principal del edificio.
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Con los pilares se van consiguiendo las distintas alturas que vayan a tener la estructura. Vigas y
viguetas: es una pieza o barra horizontal, con una determinada forma en función del esfuerzo que soporta. Forma parte de los forjados de las construcciones. Están sometidas a esfuerzos de flexión. Son piezas horizontales, apoyados normalmente sobre dos puntos (pilares). Su misión es soportar la carga de la estructura y transmitirla a los pilares. Están sometidos a esfuerzos de flexión.
Forjado: es la estructura horizontal (o con una pequeña inclinación), formada por el conjunto vigas, viguetas, bovedillas, hormigón y solería, que nos sirve de techo (si hay una planta superior), y de suelo.
Muros: van a soportar los esfuerzos en toda su longitud, de forma que reparten
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las cargas. Los materiales de los que están construidos son variados: la piedra, de fábrica de ladrillos, de hormigón, etc.
Cimientos: es el elemento encargado de soportar y repartir en la tierra todo el paso de la estructura, impidiendo que ésta sufra movimientos importantes. Normalmente soporta esfuerzos de compresión. Los materiales de los que se compone son hormigón armado, hierro, acero, etc. Las cimentaciones a su vez son de muchos tipos (planas, profundas, con pilotes...) y tienen muchas partes diferentes (zapatas, pozos, pilotes, bancadas,...) son la base sobre la que se apoyan las estructuras, y se encargan de transmitir los esfuerzos al suelo.
Tirantes: es un elemento constructivo que está sometido principalmente a esfuerzos de tracción. Otras denominaciones que recibe según las aplicaciones son: riostra, cable, tornapunta y tensor. Algunos materiales que se usan para fabricarlos son cuerdas, cables de acero, cadenas, listones de madera... Tirantes: es un elemento constructivo que está sometido principalmente a esfuerzos de tracción. Otras denominaciones que
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recibe según las aplicaciones son: riostra, cable, tornapunta y tensor. Algunos materiales que se usan para fabricarlos son cuerdas, cables de acero, cadenas, listones de madera... son elementos generalmente flexibles de longitud fija, capaces de soportar tan sólo esfuerzos de tracción. Pueden utilizarse tensores para ajustar la tensión.
Arcos es un elemento que se emplea mucho en las estructuras para dar solidez (y salvar distancias). Son elementos con forma curvilínea que se apoyan sobre dos pilares. Están sometidos a esfuerzos de compresión.
ESCUADRA: Son triángulos rectángulos que se utilizan para
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reforzar las uniones de las estructuras. • DIAGONALES: son barras que unen dos vértices opuestos de un polígono.
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PERFILES Muchos de los elementos estructurales como por ejemplo las vigas y los pilares están fabricados con perfiles. Si las vigas y columnas fuesen macizas, pesarían tanto y serían tan caras que no podríamos fabricar grandes estructuras. Los perfiles nos permiten hacer las estructuras resistentes, ligeras, baratas y con ahorro de material.
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Las barras que componen las estructuras se fabrican en diferentes formas, a la sección transversal perpendicular al eje longitudinal se le denomina perfil. Dependiendo del material del que está construida la barra, la obtención de un determinado perfil se realizará por un procedimiento u otro. En las barras metálicas los procesos más usados para la obtención de perfiles son: • Mediante un molde: consiste en la fabricación 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 fabricación de prefabricados de hormigón, fundiciones, etc. • Laminación: consistente en hacer pasar al material base (acero, aluminio) por una serie de rodillos que irán poco a poco dándole la forma apropiada. Para facilitar el proceso, se calientan los metales, de forma que sean más maleables. Mediante la laminación se consiguen piezas como planchas, vigas, redondos, traviesas, etc. • Extrusión: el metal extrusionado tiene que ser fácilmente maleable, de forma que se le empuja a través de un orificio que tiene la forma del perfil que queremos obtener. Los perfiles pueden ser abiertos o cerrados. Perfiles abiertos:
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Perfiles cerrados:
Formas más comunes de perfiles: Las formas más habituales son las que puedes ver aquí:
Pero no son las únicas, pues tenemos en el mercado una amplia variedad de perfiles, ángulos, pletinas, chapas, etc. Veamos a continuación con más detalle algunos perfiles. • Perfil normal en forma de T: es muy usual en la construcción, se coloca con las alas hacia abajo, de manera que puedan apoyarse sobre él ladrillos, rasillones, y otros elementos constructivos.
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• Perfil en L o angular: es un perfil de forma que la sección es un ángulo recto. Se utiliza mucho en la construcción de estructuras metálicas, en la parte de cubiertas.
Perfil en doble T: es el que se coloca en pilares. Trabaja también muy bien con esfuerzos de flexión. Es un perfil I (PN). Perfil de ala ancha: es una viga en doble T, en la que la altura total es igual a la anchura de las alas. Redondo: hierro, acero, cobre, de unas determinadas propiedades. Se utiliza en múltiples áreas de la construcción. En estructuras, ejes, etc.
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Triangular, cuadrado o rectangular. Uniones de los perfiles. Con los perfiles que hemos visto, se realizan las estructuras metálicas, para ello es necesario realizar una serie de uniones entre los diferentes elementos. Las uniones se realizan normalmente por soldadura, aunque también se realizan algunas mediante tornillos y tuercas y mediante remaches. • 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. Métodos de soldadura hay muchos, pero básicamente consiste en calentar las piezas a unir de manera que mediante la aportación de un material fundente o no, queden perfectamente unidas. • 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. • Remaches: consiste en unir de forma permanente dos o más piezas, haciendo pasar por un orificio un metal en forma de chaveta cilíndrica, que es posteriormente deformado.
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Estructuras resistentes
El triángulo es el único polígono que no se deforma cuando actúa sobre él una fuerza. Al aplicar una fuerza de compresión sobre uno cualquiera de los vértices de un triángulo formado por tres vigas, automáticamente las dos vigas que parten de dicho vértice quedan sometidas a dicha fuerza de compresión, mientras que la tercera quedará sometida a un esfuerzo de tracción. Cualquier otra forma geométrica que adopten los elementos de una estructura no será rígida o estable hasta que no se triangule. Para comprender mejor el significado de triangulación, observa estas tres imágenes:
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Observarás que el cuadrado y el pentágono se deforman al aplicarles una fuerza y que el triángulo no se deforma aunque puede llegar a romperse una de sus barras si la fuerza que se ejerce es demasiado elevada. Para conseguir que el cuadrado y el pentágono no se deformen se le añaden barras para obtener estructuras trianguladas. Observa las barras que se le han añadido al cuadrado y al pentágono:
Cuando se realiza una determinada estructura, esta se construye mediante triangulación, observa las siguientes estructuras realizadas mediante triangulación: