Prueba de carga - Práctica Estructuras 1º ESO [versión reducida]

A triangular se ha dicho: construyendo estructuras

El arte de triangular, el poder del triángulo...

Llámale como quieras. Pero los alumnos no olvidarán conceptos clave del tema de estructuras como la estabilidad, la rigidez que aporta la figura del triángulo, la resistencia de los materiales, etc.

De nuevo este curso les propuse el reto de construir una estructura con materiales aparentemente poco resistentes, como papel, palos de helado, pajitas, palillos... a elegir por ellos. Debían de ser diseñados bien para soportar un peso determinado (el que ellos decidiesen) o que representase la maqueta de una estructura real.

Algunos recurrieron a la conocida estructura piramidal, que podéis ver en el post "Construcción de estructuras en el taller I", otros hicieron ligeras variaciones, en cuanto a tamaño o diseño.

Y hubo quien realmente me sorprendió, como una pequeña estructura hecha con pajitas que soportó el peso de varios libros, o la maqueta del puente de Vizcaya con canutillos de papel.

A continuación podéis ver algunas de las fotos de los trabajos.

Taller - Construcción de estructuras

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,) veamos una foto de una estructura realizada por alumnos de 1ºE.S.O.

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 polígono indeformable. 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

TALLER. Las estructuras artificiales

A lo largo de la historia se han utilizado distintos tipos de estructuras, desde los puentes romanos, hasta los actuales rascacielos o puentes colgantes.
Al principio, las estructuras eran muy sencillas, empleaban gran cantidad de material y tenían poca altura. Con el paso del tiempo, se han ido utilizando estructuras más eficaces, empleando distintos materiales y aumentando la resistencia, llegando a construir edificios más altos.
En este vídeo se puede ver cómo han ido evolucionando las estructuras a lo largo de la historia. Después de verlo, contesta a las preguntas.

-¿Cuál es la forma estructural más antigua?
-¿De qué material se realizaron las primeras estructuras? ¿Qué problema tenían?
-¿Qué figura geométrica revolucionó la construcción de las antiguas estructuras artificiales?
-¿Qué material generó un gran cambio en el mundo de la construcción en sus técnicas fundamentales? ¿Por qué?
-¿Cómo se llama el material formado por hormigón y acero? ¿Qué propiedades tiene?

Tipos de esfuerzos

La acción de las fuerzas sobre los cuerpos y su estructura provoca una serie de efectos internos. Estos efectos se manifiestan como tensiones externas.

Esfuerzo es la tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas.

     Atendiendo a la dirección y sentido en que actúan las fuerzas que los originan, los esfuerzos se clasifican en:

           Tracción.- Al aplicar dos fuerzas perpendiculares a la superficie, en la misma dirección y sentido contrario hacia fuera, el cuerpo tiende a estirarse.

          

            Compresión.- Al aplicar dos fuerzas perpendiculares a la superficie, en la misma dirección y sentido contrario hacia adentro, el cuerpo tiende a comprimirse.

            

            Flexión.- Al aplicar dos fuerzas perpendiculares a la longitud, en la misma dirección y sentido, el cuerpo tiende a doblarse.

                

           Torsión.- Al aplicar dos fuerzas perpendiculares a la longitud, en la misma dirección y sentido contrario, el cuerpo tiende a retorcerse.

      

           Cizalladura o cortadura.- Al aplicar dos fuerzas perpendiculares a la longitud , en la misma dirección y sentido contrario, el cuerpo tiende a cortarse.

         

Tipos de estructuras

Las estructuras se clasifican en dos grandes grupos:

          Estructuras naturales.- creadas por la naturaleza, el esqueleto humano, el tronco de los árboles, el caparazón de las tortugas,...

          Estructuras artificiales.- conjunto de elementos sencillos proyectados y construidos por el hombre y dispuestos de forma que den rigidez y permitan soportar, sin romperse o deformarse en exceso, determinadas cargas o esfuerzos para las que han sido diseñadas. dentro de las estructuras artificiales tenemos:

                   Estructuras masivas.-Las primeras estructuras se formaban acumulando material sin dejar apenas huecos, colocando bloques de piedra o arcilla unos encima de otros o excavando en la roca. Para las ventanas o huecos se utilizaban los dinteles de piedra o madera. Los dinteles constan de una barra horizontal colocada sobre dos soportes verticales, normalmente con la finalidad de dejar un hueco debajo de ellas. También se denomina viga o cargadero.

              

               Estructuras abovedadas.-El descubrimiento del arco y la bóveda permitió cubrir espacios mayores y aumentar los huecos en la estructura. Los arcos y las bóvedas están comprimidos. Una bóveda es el resultado de situar varios arcos uno a continuación de otro (bóveda de cañon) o de entrecruzarlos y rellenar los espacios intermedios (bóveda de crecería).

                           

              Estructuras de armadura o armazón. Estructuras formadas por piezas alargadas, como barras, tubos, pilares, vigas, travesaños o cables unidos entre sí para formar una especie de esqueleto o armazón. Según la disposición de sus elementos, las clasificamos en:  entramadas, trianguladas y colgadas.

                      Estructuras entramadas.-Son las estructuras utilizadas en a construcción de edificios y viviendas. Está constituida por barras de hormigón o acero unidas de manera rígida formando un emparrillado. Cada parte de la estructura tiene una misión específica.

            

                En el suelo que pisamos sólo vemos baldosas, pero debajo de ellas nos encontramos con una estructura llamada forjado formado por barras y relleno. El forjado transmite nuestro peso y el de todos los objetos existentes en la habitación hacia las vigas, elementos horizontales con forma de prisma rectangular y sometidas a un esfuerzo de flexión.

       

       Las vigas que van dentro del forjado reciben el nombre de vigueta, vigas pequeñitas. Las vigas se apoyan en los pilares y les transmiten el peso. Los pilares son verticales y se encargan de llevar el peso hasta la cimentación. están sometidos a esfuerzos de compresión, es decir, aplastados entre las vigas y cimientos. Los pilares circulares se llaman columnas y si están pegados a a pared pilastras.

           

      El peso total no va directamente al suelo porque se hundiría, para evitar que los pilares se claven en el terreno, se apoyan en la cimentación, elemento intermedio que actúa a modo de zapatos para el edificio. La cimentación puede hacerse con zapatas, losas de cimentación y pilotes, dependiendo de la naturaleza y características del terreno.

       

      Las losas y pilotes se utilizan en terrenos muy blandos. Estos elementos se pueden fabricar de distintos materiales, siendo los más usados el acero y el hormigón armado por su gran resistencia. La madera se suele utilizar como elemento decorativo en estructuras.

      Los perfiles se utilizan en numerosas estructuras, sobretodo metálicas. Son barras que tienen distintas secciones, dependiendo de los esfuerzos que deben soportar. Con los perfiles se consiguen estructuras más ligeras que soportan grandes pesos con menos cantidad de material, los perfiles abiertos se adaptan muy bien a los esfuerzos de compresión.

                Estructuras trianguladas.- Se caracterizan por la disposición de barras formando triángulos. Resultan muy resistentes y ligeras a la vez.

       

                   Estructuras colgadas soportan el peso de la construcción mediante cables o barras que van unidos a soportes muy resistentes.

             

     Estos cables se llaman tirantes, cuando estos se pueden regular más o menos se denominan tensores. Los tirantes sólo soportan esfuerzos de tracción, pero tienen la ventaja de poder adaptar su forma a las cargas que reciben en cada momento.

              Estructuras laminares o de carcasa Las estructuras  de carcasa están constituidas por láminas resistentes que envuelven al objeto, formando una caja o carcasa que protege y mantiene en su posición a las piezas que lo componen. Otros ejemplos de estructuras de carcasa son las carrocerías y fuselajes de coches y aviones, y la mayoría de los envases como botellas de plástico o tetra briks.