5. Condiciones de las estructuras

Debate con tus compañeros sobre las condiciones que ha de cumplir una estructura para comportarse como tal.

Una estructura debe cumplir varias condiciones para poder funcionar correctamente, las tres básicas son:

Estabilidad: debe mantenerse erguida y no volcar. Para ello, su centro de gravedad ha de estar centrado sobre su base. Cuanto más centrado y más cercano al suelo se encuentre, más estable será la estructura.
Resistencia: tiene que resistir las tensiones a las que esté sometida sin romperse. La resistencia de una estructura depende de su forma y del material con el que está construida.
Rigidez o deformación controlada: aunque todos los cuerpos se deforman levemente al aplicarles una fuerza, esta deformación no debe impedirles cumplir su función.

Además de las tres condiciones básicas de toda estructura, debemos tener en cuenta su viabilidad económica y la adecuación estética de la misma.

Analiza cómo afecta cada condición a tu diseño del puente. Propón al menos dos soluciones distintas para asegurar su estabilidad, resistencia y rigidez.

5.1.¿Cómo se consigue que una estructura sea estable, resistente y poco deformable?

Estabilidad

Para conseguir que una estructura sea estable se puede recurrir a las siguientes soluciones:

2. Empotrar la parte inferior en el suelo y emplear una cimentación especial.

3. Centrar el peso del cuerpo en su parte baja, incluso añadiendo peso de manera artificial.

4. Atirantar la estructura para evitar que vuelque (con los tirantes aumentamos el radio de la base).

Resistencia

Depende del material con el que se construya la estructura, de la cantidad del mismo que se emplee, de la forma que tenga cada parte y de su adecuación al esfuerzo al que esté sometida.
Todos los materiales poseen una tensión de rotura para cada tipo de esfuerzo. Esta tensión es la máxima fuerza por unidad de superficie que pueden aguantar sin romperse. El orden de los materiales más comunes en función de su mayor a menor resistencia es: acero, piedra, hormigón, madera, plástico, hilo, cartón y papel.

Rigidez

Para evitar deformaciones excesivas y dar rigidez a las estructuras debemos tener en cuenta tres aspectos fundamentales: forma, uniones y triangulación.

La forma de los elementos, debe decidirse en función del esfuerzo que soportan:

Compresión: emplearemos elementos gruesos, aunque sean huecos, para evitar el pandeo.
Tracción: bastará con aumentar la sección y tensar bien los elementos traccionados.
Flexión: aumentaremos el canto del elemento y acumularemos el material en las partes superior e inferior.

Los **perfiles huecos** se adaptan bien al esfuerzo de compresión.

Los **perfiles en I y en T** son óptimos para resistir los esfuerzos de flexión.

Ideas claras

Para que una estructura cumpla su función debe cumplir estas condiciones: ser estable, resistente y rígida.

Para conseguir uniones rígidas entre los elementos de una estructura de hormigón armado se entrelaza laarmadura de acero. En el caso de una estructura metálica se utilizan elementos intermedios, como las cartelas. Estas aumentan la superficie de soldadura y, por tanto, de unión.
La triangulación evita deformaciones en las estructuras de barras. Podemos emplearla directamente o añadir arriostramientos posteriores mediante cables en forma de cruz.

Condiciones de una estructura. Especificaciones técnicas.

¿Cuál de estos tres cuerpos te parece más estable? ¿Cuál menos? ¿Por qué?

¿Cuál de estas formas fue utilizada como estructura antes que las otras dos? ¿Por qué?

¿Dónde estaría el centro de gravedad de esta torre?

El centro de gravedad de la torre se encontrará entre , centrado sobre para facilitar su estabilidad.

¿Por qué es peligroso el pandeo en una estructura?

Observa los dos cables que se cruzan en la estructura. ¿Qué crees que le aportan?

Le aportan para que no pueda deformarse

Arriostramiento en cruz de San Andrés

Imagina una estructura formada por cuatro palos de helados unidos por encuadernadores o tornillos:

¿Qué ocurre si presionamos dos de sus vértices?

Si reforzamos la estructrua cuadrada con un palo en diagonal, ¿se podría deformar al presionar dos vértices opuestos?

Sí porque solo disponemos de una barra, por lo que si presionamos donde no existe barra en diagonal se deformaría facilmente.

Verdadero

Falso
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Falsche Antwort
En ese caso la barra que triangula impide la deformación en cualquier sentido al resistir tanto a compresión como a tracción.

Verdadero

Falso
Richtige Antwort

Falsche Antwort

¿Podría reforzarse la estructura con hilos o alambres? ¿Cuántos harián falta?

Observa la estructura del puente de la fotografía. ¿Cómo se han resuelto la estabilidad, la resistencia y la rigidez? Relaciona cada una de las condiciones con su solución.

Estabilidad
Resistencia
Rigidez

Con la forma y las uniones.
Con el grosor del tablero y los tirantes.
Con la simetría, la localización centrada de los pilares y el aumento de la base en la cimentación.

Una vez estudiadas todas las condiciones que deben cumplir las estructuras, revisa el diseño de tu puente y haz un croquis a escala 1:2 o 1:3 de tu maqueta.

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