Tema 4: Estructuras y Mecanismos

Las fuerzas son magnitudes que se caracterizan por su valor o intensidad y por su dirección. Producen efectos sobre los cuerpos, deformarlos o cambiar su estado de movimientos.Las fuerzas aparecen cuando los cuerpos interaccionan entre si y son sometidos a una aceleración.LAS FUERZAS PUEDEN:Mover un objeto que esta en reposoDetener un cuerpo en movimiento Deformar un cuerpoModificar la dirección del movimiento de un cuerpo.

Para medir una fuerza, existen varios instrumentos, el más abitual e la balanza, pero también se utiliza el dinamómetro, este se basa en la capacidad de un muelle para alargarse Unidades de medida:La masa, en kilogramos(kg)La fuerza, el newton(N) como unidad de fuerza.

Una estructura en equilibrio está afectadas por múltiples fuerzas. Entre ellas debido al peso se llaman cargas.Se clasifican en :Cargas est´´áticas o muertas Cargas dinámicas o vivasCargas accidentales.

Un objeto o una estructura es estable cuando la distribución de su masa se equilibra ante las fuerzas de la gravedad, el centro de gravedad que se define como punto representativo de un cuerpo en el que se puede considerar concentrada toda su masa.Por otro lado, en las figuras carentes de simetría y dada su forma, el centro de gravedad puede situarse fuera del cuerpo.

Existen dos criterios para clasificar el tipo de fuerzas y cargas.PERMANENTES: su magnitud y su dirección son siempre constantes.VARIABLES: cambian continuamente de magnitud y de dirección.PUNTUALES O CONCENTRADAS: como el golpeo de un martillo sobre la cabeza de un clavo o la forma en que se clava con el dedo una chincheta.DISTRIBUIDAS: las cargas reparten y dispersan su peso.

EXISTEN 5 TIPOS DIFERENTES:TRACCIÓN: Esfuerzo en el que dos fuerzas estiran una pieza, la pieza aumenta su longitud y disminuye su sección.COMPRESIÓN: Esfuerzo en el cual dos fuerzas aplastan una pieza provocando una disminución de su longitud y un ensanchamiento de la pieza.FLEXIÓN: Una fuerza actúa de forma perpendicular a una pieza, produciendo la curvatura de esta.TORSIÓN: Retorcimiento de la pieza cuando sobre sus extremos actúan dos fuerzas giratorias y en sentido contrario.CIZALLADURA: Efecto de corte de una pieza cuando actúan sobre ella.

Una estructura es un objeto complejo cuya función principal es la de soportar cargas, mantiene en su interior o sobre ellas determinados pesosTiene que ser estable[mantenerse en equilibrio estático]Se tiene que mantener sin deformarse Tiene que tener resistencia.

Se formara con un conjunto de elementos sólidos, unidos y acoplados, soportan pesos, fuerzas y cargas.

ESTRUCTURAS NATURALESAlgunas estructuras naturales provienen de la formación y evolución geológica, los castores son magnificos constructores de presas.

Profesionales de la arquitectura y de la ingeniería se han fijado en la naturaleza, muchos estudios de arquitectura y universidades analizan construcciones estructurales desde sus departamentos de biomimetismo, la biomimética es un área de la ciencia que tiene por objetivo el estudio de estructuras biológicas .

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ELEMENTOS ESTRUCTURALES:CIMENTACIÓN: Encargada de transmitir las cargas de la estructura al terreno.ARCOS: Marcos curvos en los que las fuerzas soportadas se distribuyen entre sus elementosTIRANTES: Cables de acero que se utilizan con el objetivo de dar rigidez y aumentar la resistencia de la estructura.PILARES Y COLUMNAS: Elementos verticales de la estructura.VIGAS: Elementos horizontales de la estructura.

LAS PRICIPALES SITUACIONES DE FALLO DE UNA ESTRUCTURA SE ORIGINAN POR:FATIGA DEL MATERIAL: las estructuras están sometidas a la fuerza y a la carga permanentemente.OXIDACIÓN Y CORROSIÓN: todos los materiales, en especial los metales sufren proceso de oxidación.DISEÑO ESTRUCTURAL ERRÓNEO: los materiales alcanzarán condiciones indeseables de ruptura, y la estructura terminará por derrumbarse.

Empleadas desde la antiguedad, se basan en la solidez, la resistencia y permanencia en el tiempo de las estructuras materiales.

Son aquellas estructuras que emplean elementos resistentes, como pilares y columnas verticales .

Tienen la función de servir de elemento de recubrimiento y protección. Suelen ser ligueras y normalmente frágiles.

Este tipo de estructuras se basa en el empleo de tirantes y cables de acero para sostener elementos estructurales macizos.

El triangulo es el único polígono indeformable, un objeto compuesto por tres barras rígidas formando un triángulo no sufre variación en la forma cuando se le aplican fuerzas.

ARCOS: en la construcción de arcos hay dos momentos particularmente delicados: el encaje de la clave o piedra angular y la subsiguiente eliminación del andamio.BÓVEDAS Y CÚPULAS: las cúpulas fueron las primeras construcciones artificiales que imitaron las cuevas naturales.Bóveda: cuerpo cóncavo sostenido por las paredes que rodean un espacio al cual sirve de cubierta o techumbre.Cúpula: tipo de bóveda esférica, generada por el giro de un arco sobre su eje de simetría.

Los perfiles son formas comerciales en las que se suelen suministrar el acero, aluminio y otros materiales.PERFILES MÁS HABITUALES:Perfil en I, H o doble TPerfil en TPerfil en LPerfil en USección rectangularSección cuadradaSección circularSección triangular

Las cerchas son uno de los sistemas que la ingeniería estructural resuelve con el empleo de elementos simples como los perfiles.Una cercha se construye como un sistema plano de barras y bigas, y para formar un volumen se van añadiendo planos sucesivos de cerchas.