ESTRUCTURAS

QUE SON

Una estructura es una entidad física de carácter unitario, concebida como una
organización de cuerpos dispuestos en el espacio de modo que el concepto del
todo domina la relación entre las partes”.

Según esta definición vemos que una estructura en un ensamblaje o unión
de elementos que mantiene su forma y su unidad.

Sus objetivos son: resistir cargas resultantes de su uso y de su peso
propio y darle forma a un cuerpo, obra civil o maquina.

Ejemplos de estructuras son: puentes, torres, edificios, estadios, techos,
barcos, aviones, maquinarias, presas y hasta el cuerpo humano.

La estructura se puede definir como un conjunto de elementos simples dispuesto de tal forma que permitan soportar pesos y cargas, sin romperse, ni sufrir deformaciones excesivas de otras partes del sistema o mecanismo. La mayoría de los objetos fabricados por las personas disponen de una estructura. Puedes reconocer muchas estructuras a simple vista, como la de una grúa, un taburete, una antena de televisión o una bicicleta. También existen estructuras naturales. Por ejemplo, esqueletos, conchas, panales, etc. TIPOS DE ESTRUCTURAS  SEGUN SU MATERIAL  Si observas detenidamente las estructuras están hechas con diferentes materiales, formas y dimensiones, se pueden clasificar en: METALICAS, DE FIBRAS NATURALES (MADERA), DE MATERIAL CERAMICO (CONCRETO U HORMIGON), DE MATERIALES PLASTICOS. Ejemplos de estructuras especiales:  Laminar  Los coches se arman con laminas de acero y si observas se ensamblan paneles a los que se le ha dado forma.  De armazón  Las torres eléctricas se construyen con perfiles o barras metalicas, atornilladas unas con otras.  De hormigón armado  Los edificios modernos se construyen con este tipo de estructura (cimientos, pilares y vigas de hormigón armado).  Vigas metálicas  Naves industriales.

ELEMENTOS DE SOPORTE La mayoría de las estructuras se construyen combinando varios elementos. La estabilidad de la estructura depende de la forma, de los materiales de los que está hecha y de la disposición de estos elementos. Las vigas, los pilares, las mensuras y los tirantes son elementos resistentes muy frecuentes en las estructuras.  Las vigas son piezas de madera, hierro u hormigón armado, que se colocan horizontalmente dentro de la estructura, se apoyan en dos puntos y están destinadas a soportar cargas. Las vigas están sometidas a esfuerzos de flexión, por lo tanto los materiales con los que se construyen tienen que soportar esfuerzos de tracción y de compresión al mismo tiempo. Como ningún material es totalmente rígido,l las vigas tienden a doblarse, y así la mitad superior se comprime y la mitad  inferior se tracciona. Las vigas se emplean fundamentalmente en la construcción de grandes puentes y edificios de todo tipo, permitiendo la realización de grandes zonas voladas. En la construcción de edificios, las vigas sirven de apoyo a las viguetas, que son vigas más pequeñas en las que se sujetan elementos de cerámica y hormigón para formar los forjados que dan lugar a los suelos de las distintas plantas.  Los pilares son elementos que se colocan verticalmente y que tienen como misión servir de apoyo a vigas,  cerchas, etc.  A diferencia de las columnas, que son cilíndricas, los pilares poseen múltiples formas. Dado que los pilares soportan cargas, están sometidos fundamentalmente a esfuerzos de compresión. Los  pilares descansan habitualmente en grandes cubos de hormigón, que se llaman zapatas, para evitar, de esta manera, clavarse en el suelo como consecuencia de la fuerza que soportan.  Las mensuras son apoyos o repisas para sustentar otros elementos de  la estructura. Generalmente las mensuras se apoyan en las paredes, y  sobre ellas descansan balcones, plataformas, vigas, etc.  Los tirantes son elementos que soportan y ayudan a dar rigidez a las estructuras, por lo que realizan  esfuerzos de tracción. Los tirantes constituyen la base de las cubiertas triangulares de madera. En forma de cable rectilíneo y fijados por un lado a un pilar, sostienen por el otro el tablero de un puente. Igualmente, los tirantes ayudan a mantener verticales estructuras de una gran altura, como antenas, postes, grúas, etc. TIPOS DE UNIONES ENTRE LOS ELEMENTOS DE UNA ESTRUCTURA Las fuerzas y las acciones que inciden sobre una estructura se transmiten por sus distintos elementos a través de sus uniones. Dependiendo del tipo de unión que se realice entre dos elementos de la estructura, así será el esfuerzo que se transmita. Se pueden clasificar las uniones en tres tipos.  Apoyada  En la que los distintos elementos se pueden desplazar uno respecto del otro. En este caso, solo se transmiten esfuerzos perpendiculares al apoyo. Así ocurre con las  columnas que descansan sobre el terreno y con las vigas que se apoyan en pilares.  Articulada  Este tipo de unión permite que uno de los elementos gire respecto del otro. La unión articulada transmite esfuerzos en todas las direcciones, que pasen por el eje de la articulación.  El flotador de una cisterna, por ejemplo, esta articulado y cambia de posición dependiendo del nivel del agua.  Rígida  Lo es cuando no permite ningún desplazamiento de los elementos que la integran.  La transmisión de esfuerzos se realiza en cualquier dirección y sobre cualquier punto. La unión de un pilar de hormigón con su zapata correspondiente es rígida. FUNCIONES DE UNA ESTRUCTURA Con la evolución de los seres humanos, han surgido toda una serie de problemas que se han ido resolviendo con la construcción de múltiples tipos de estructuras.  Básicamente las estructuras se construyen para:  Almacenar materiales  Silos de grano, tinajas de vino, depósitos de gas, envases de cartón, etc. Cubrir espacios   Bóvedas, cúpulas, marquesinas, techumbres, etc.  Salvar accidentes geográficos  Puentes y túneles.  Crear espacios vacíos  Canales, presas, piscinas, etc.  Generar superficies utilizables  Carreteras, aeropuertos, campos deportivos, carrocerías de automóviles, fuselajes de aviones, etc.  Almacenar alturas en el espacio  Torres, postes de luz, grúas, etc.  Proporcionar apoyo y proteger a los restantes elementos de  un conjunto  Armaduras, chasis de una máquina, etc.  TIPOS de estructuras Las estructuras se pueden clasificar de muchas maneras, atendiendo a infinidad de criterios y variables. Si nos referimos a la forma que tienen y a como se reparten los esfuerzos, las cargas y las acciones que  actúan sobre ellas, se pueden establecer tres grandes grupos:  Lineales  Si la resistencia actúa en una única dirección, como es el caso de un pilar, un tensor, una viga, etc.  Superficiales  Cuando la resistencia se reparte por toda la superficie de la estructura, como ocurre en el muro de una presa, en una bóveda, en la carrocería de un coche o en la plataforma de un puente colgante.  Espaciales  Cuando contienen elementos que combinan y configuran resistencias en las tres dimensiones. Un edificio resiste, por un lado, las cargas y esfuerzos lineales a través de sus pilares y vigas, mientras que, por otro, reacciona con sus forjados a las acciones superficiales. Cualquier estructura, por muy sólida que nos parezca a simple vista, sufre  deformaciones. Atendiendo a la magnitud de estas deformaciones, las estructuras también se pueden clasificar en:  Rígidas  Cuando la deformación es escasa.  Flexibles  Cuando la deformación es considerable. Es muy importante que en una estructura haya siempre elementos que  sean capaces de absorber las deformaciones que se generan en las distintas partes de la propia estructura, ya que de lo contrario se  producirían roturas o grietas. Por ejemplo, las vías del tren y los  muros de las casas, presentan cada cierto espacio juntas de dilatación,  para poder absorber así las deformaciones que se producen por efecto del calor. Adicionalmente existen otras estructuras, según su origen: ESTRUCTURAS ARTIFICIALES: Que son elaboradas por el hombre, ESTRUCTURAS NATURALES: Creadas por la naturaleza, sin intervencion alguna del hombre  FUERZAS QUE ACTUAN Todas las estructuras, independientemente del tipo que sean y del motivo por el que se construyan, tienen que  soportar la acción de la fuerza de la gravedad, que es la que atrae a los cuerpos hacia el suelo. Con el fin de resistir y contrarrestar dicha fuerza, las estructuras aprovechan su forma y el material de que  están hechas. Son las estructuras las encargadas de transmitir y comunicar al suelo todos los esfuerzos que se ejercen sobre ellas y es el suelo el que recoge y absorbe todas las acciones. Como en general el suelo es muy resistente, es capaz, por lo tanto, de proporcionar el necesario equilibrio a las estructuras. El suelo es capaz de soportar esfuerzos entre cinco y cuarenta toneladas cada metro cuadrado. Además de tener que soportar su propio peso, las estructuras sufren el efecto de muchas otras acciones, como las fuerzas de inercia, que aparecen cuando los cuerpos frenan o aceleran y las presiones de los diferentes materiales que en ocasiones almacenan, como es el caso del grano de los silos, del agua de los depósitos o del gas butano que contienen grandes tanques en las afueras de las ciudades. En el caso de las estructuras de edificación, estas tienen que soportar las cargas derivadas de su uso (personas que las ocupan, muebles, instalaciones, vehículos, etc.) la acción del viento sobre sus paredes, la sobrecarga de la nieve en sus cubiertas, los movimientos sísmicos, los efectos térmicos debidos a los cambios de temperatura, etc. PERFILES Se llama perfiles a las formas que tienen las secciones de los aceros comerciales que se emplean en la construcción de estructuras. Actualmente se comercializan una gran variedad de perfiles, cada uno de los cuales tiene unas características que lo hacen idóneo para un determinado cometido. Estas características (dimensiones, peso por unidad de longitud, etc.) aparecen en los manuales de normas que publica cada país. La elección de un tipo específico de perfil depende de la misión que deba desempeñar dentro de la estructura y de los esfuerzos que tenga que soportar. Los perfiles se diseñan de manera que alcanzando los distintos elementos la misma resistencia sean lo mas ligeros posible, por lo que se eliminan aquellas partes que no aportan ninguna resistencia a la pieza. TRIANGULACIÓN DE ESTRUCTURAS Existen muchas estructuras que están formadas a base de triángulos unidos entre si. Este tipo de estructuras, que adquieren una gran robustez, tienen infinidad de aplicaciones. El triangulo 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 triangulo formado por tres vigas, automáticamente las dos vigas que parten de dicho vértice quedan sometidas a dicha fuerza de compresión, mientras que la tercera quedara 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. A base de triangulación se han conseguido vigas de una gran longitud y resistencia, que se llaman vigas reticuladas o arriostradas, y que se emplean en la construcción de grandes edificaciones que necesitan amplias zonas voladas y sin pilares, así como en la de puentes de una gran luz. Las vigas de este tipo tienen una mayor resistencia que las vigas macizas.  ESFUERZOS QUE SOPORTAN LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN LAS ESTRUCTURAS Al construir una estructura se necesita tanto un diseño adecuado como unos elementos que sean capaces de soportar las fuerzas, cargas y acciones a las que va a estar sometida. Los tipos de esfuerzos que deben soportar los diferentes elementos de las estructuras son:  Tracción  Hace que se separen entre sí las distintas partículas que componen una pieza, tendiendo a alargarla.  Por ejemplo, cuando se remolca un coche con un cable, el cable queda sometido a un esfuerzo de  tracción, tendiendo a aumentar su longitud.  Compresión  Hace que se aproximen las diferentes partículas de un material, tendiendo a producir  acortamientos o aplastamientos. Cuando colocamos un objeto encima de un libro, sometemos a la peana a un esfuerzo de compresión, con lo que tiende a disminuir su altura.  Cizallamiento o cortadura  Se produce cuando se aplican fuerzas perpendiculares a una pieza, haciendo  que las partículas del material tiendan a resbalar o desplazarse las unas sobre las otras. Al cortar con unas tijeras una plancha de cartón estamos provocando que unas partículas tiendan a deslizarse sobre otras.  Flexión  Es una combinación de compresión y de tracción. Mientras que las fibras superiores de la pieza sometida a un esfuerzo de flexión se alargan, las inferiores se acortan, o viceversa. Por ejemplo cuando se carga de libros un panel de una estantería, esta se flexiona  Torsión  Las fuerzas de torsión son las que hacen que una pieza tienda a retorcerse sobre su eje central. están sometidos a esfuerzos de torsión los ejes, las manivelas y los cigüeñales.