tema 7 cuadernillo de estructuras solucionario 2º eso estructuras

TEMA 7
CUADERNILLO
DE
ESTRUCTURAS
SOLUCIONARIO
2º ESO
I.E.S. SIERRA DE SAN QUÍLEZ (BINÉFAR)
DPTO. TECNOLOGÍA
ESTRUCTURAS
INVESTIGA Nº1: Se necesita soportar un bloque de 1kg a una altura de 30 cm. Se dispone de un
papel DIN-A4. Buscar por parejas la mejor forma de hacerlo. (Prueba a darle distintas formas)
Conclusiones:

La resistencia de una estructura no depende solo del material, sino también de la forma o
sección de sus elementos.

Las acciones son soportadas por el terreno, las estructuras se encargan de transmitir esas
acciones hacia él. Esto quiere decir que la propia estructura debe estar bien asentada y sobre
un terreno estable (zapatas y cimientos sobre roca o estrato estable)

Las estructuras se construyen en el tamaño adecuado a las acciones que debe soportar.

Secciones adecuadas:
Todos los cuerpos, tanto naturales como los realizados por el hombre, poseen algún tipo

de estructura. Los cuerpos necesitan la estructura para resistir las fuerzas a las que todos
ellos están sometidos y trasmitirlas hasta el terreno donde se apoyan.
Sobre los cuerpos actúan múltiples tipos de fuerzas. De algunas de ellas no somos
totalmente conscientes porque se producen de una forma habitual y continua, como la fuerza
de la gravedad o la presión atmosférica. Sin embargo, otras son puntuales, como la producida
por un terremoto, el viento, un empujón o soportar un peso.
Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo se produce el llamado principio de acción y
reacción:
Toda fuerza, o conjunto de fuerzas, ejercida sobre un cuerpo (acción) lleva
asociada otra fuerza que se opone y trata de equilibrar a la anterior, a la que se
llama reacción
Si la fuerza realizada (acción) es mayor que
la resistencia que opone el cuerpo
(reacción), este se moverá.
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Si la acción es igual o menor que la
reacción, el cuerpo permanecerá en
reposo.
Copia la definición de fuerza de la página 152 del libro de texto y haz el ejercicio 1 en tu
cuaderno.
Una fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o alterar su estado de
reposo o movimiento.
1. a,b) Viento (sí produce movimiento); peso propio (no produce movimiento); un
niño subiendo (sí produce mov.); presión de la tierra sobre raíces (no produce
mov.); la nieve (no produce mov.).
c) Al empujar el árbol éste no se mueve porque la tierra en la que están
empotradas las raíces reacciona con la misma fuerza con que empujamos
nosotros.
Estructuras: estructuras naturales y artificiales.
Lee la pág. 153 del libro y contesta en el cuaderno el ejercicio Piensa y deduce.
a)Los pájaros sus nidos; las térmitas sus termiteros gigantes; los corales,
estructuras variadas; los topos sus túneles subterráneos…
b)El esqueleto de los vertebrados, las espinas de los peces, las conchas de los
moluscos y crustáceos…
c) Las latas, los rascacielos y las torres de alta tensión.
Con la información obtenida, y basándote en la definición general de estructura, propón las
definiciones de estructura natural y estructura artificial.
Conjunto de elementos de un cuerpo destinados a soportar los efectos de las
fuerzas que actúan sobre él…
Estructura natural: …creados en la naturaleza sin la intervención humana
Estructura artificial: …creados por el ser humano
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Cargas y Esfuerzos:
Ya hemos dicho que la fuerza o conjunto de fuerzas que actúan sobre un cuerpo o
elemento resistente es una acción. A las acciones o fuerzas también se les puede
llamar cargas.
Completa la siguiente tabla:
Peso propio
Todas las cargas que soporta una estructura debido al peso de los
elementos que intervienen en ella, sin considerar las sobrecargas.
Según su movilidad
CARGAS
Sobrecargas
Según su duración
Estáticas: No cambian de dirección y
magnitud en un momento dado: Peso propio,
nieve y lluvia sobre tejado…
Dinámicas: Cambian de dirección y magnitud
continuamente: Viento, efectos de
terremotos…
Permanentes o fijas: No varían con el paso
del tiempo: Peso propio…
Variables: Varían con el paso del tiempo:
Viento, peso de personas entrando y
saliendo,…
Para que entiendas mejor lo que es el peso propio de una estructura, diremos
que el peso propio de un edificio será el peso de las vigas, pilares, suelos, tabiques,
tejado, etc. mientras que sus sobrecargas serán el mobiliario, el viento, la nieve que
cae sobre el tejado, etc.
Piensa cuál será el peso propio de un hombre y cuales sus sobrecargas:
El peso propio será el del esqueleto, musculatura y órganos internos. las
sobrecargas estarán formadas por todo aquello que nos colocamos sobre el cuerpo
(ropa, bolsas, mochilas, objetos que levantamos o transportamos, viento,…)
Después haz el ejercicio 5 de la pág.154 del libro.
5.- Igual que el anterior: permanentes sería el peso propio y variables todas las
demás.
Las cargas o fuerzas que actúan sobre las estructuras hacen que en ellas aparezcan
tensiones internas, similares a las que experimentan tus brazos cuando te estiras, te
apoyas fuertemente sobre las manos o te cuelgas una bolsa pesada en el antebrazo.
Estas tensiones internas se denominan esfuerzos.
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Lee las páginas 155 y 156 del libro y completa la tabla:
TIPO DE
ESFUERZO
Tracción
Compresió
n
Flexión
Torsión
Cizalladura
EFECTO EN EL
ELEMENTO
ESTIRAR
ALARGAR
DIBUJO
EJEMPLO
GOMA DE SUJETAR
TIRANTES
ASAS DE BOLSOS
ACORTAR
APRETAR
PATAS DE MUEBLES
MUELLES
PIERNAS
TRONCOS
PILARES
DOBLAR
BALDAS DE MUEBLES
ESTANTERÍAS
TABLEROS DE PUENTES
RETORCER
MANIVELA DE PUERTA
EJE DE MOTOR
ATORNILLAR
CORTAR
CORTAR CON TIJERAS
ESCARPIA SUJETANDO
UN CUADRO
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INVESTIGA Nº2: Por parejas, realizad la prueba de compresión con un espaguetti
según las instrucciones adjuntas.
10cm
1.- Coge un espaguetti de aproximadamente 10cm e intenta
presionarlo contra la mesa (ayudate del tape del boli para no
pincharte). Observa y anota en tu cuaderno todo lo que ocurre.
2.- Haz lo mismo con un espaguetti de 2cm, y compara los efectos.
Observaciones:

Compresión 1: Primero se curva y luego se rompe con facilidad

Compresión 2: No se curva y se rompe con dificultad
Conclusión:
Los cuerpos estrechos y largos que intentamos comprimir tienden a curvarse y a
romperse por la zona de máxima curvatura.
* ¿ QUÉ DEBERÍA CAMBIAR EN EL PRIMER CASO PARA QUE EL ESPAGUETTI NO SE CURVARA?
Se debería aumentar la sección del pilar (mayor diámetro)
Cuando una pieza delgada pero de gran longitud (a esto se le llama esbeltez) se
comprime, puede ocurrir que se curve y adopte forma de arco. Este fenómeno se
denomina pandeo.
INVESTIGA Nº3: Realizar la prueba de tracción con un espaguetti según las
instrucciones adjuntas
- Sujeta el espaguetti con una mano, fuertemente pero sin romperlo.
- Una vez sujeto intenta estirar hasta romperlo, procurando no ladearte,
haciendo siempre la fuerza, en la dirección del spaguetti
Observaciones:

Cuesta mucho romperlo. Aunque si te ladeas un poco rompe enseguida.
Conclusión:
Se necesita más fuerza para romper que en el caso anterior.
¿QUÉ CONCLUSIÓN SACAMOS DE LAS EXPERIENCIAS CON LOS ESPAGUETTI ?
Los cuerpos estrechos y largos soportan mejor la tracción que la compresión,
aunque esto se puede solucionar aumentando la sección del cuerpo.
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El esfuerzo de flexión se puede considerar como la combinación de dos esfuerzos
sobre el mismo elemento. Si
observas el dibujo podrás ver
cómo se pueden diferenciar
dos zonas. En la zona superior
las
fibras
acortado
(goma)
mientras
se
han
en
la
inferior se han estirado. En el
centro queda una fibra que se
mantiene sin alterarse y que se denomina fibra neutra.
Completa la siguiente frase
En resumen, en un esfuerzo de flexión el elemento soporta a la vez un esfuerzo de
TRACCIÓN en la parte superior y otro de COMPRESIÓN en la inferior, quedando la
FIBRA NEUTRA sin tensiones.
Condiciones de las estructuras:
Para que una estructura cumpla su función correctamente ha de reunir tres
condiciones. Lee la página 158 del libro de texto y explica que significan estos
conceptos:
ESTABILIDAD:
Capacidad para no volcar bajo la acción de las cargas. Se
consigue manteniendo el centro de gravedad bajo y centrado y sujetándolo
adecuadamente
RESISTENCIA: Capacidad para no romperse bajo la acción de las cargas. Se
consigue con un material adecuado y unas dimensiones y formas de los elementos
adecuadas a las cargas.
RIGIDEZ: Capacidad para no deformarse en exceso bajo la acción de las cargas.
Se consigue colocando los elementos estructurales necesarios y unas uniones
adecuadas.
______________________________________________________________
Como has visto, el concepto de estabilidad está muy ligado al de centro de
gravedad de un cuerpo. Escribe su definición a continuación:
Es el punto de aplicación de su peso. Es como si todo su peso estuviera
concentrado en ese punto.
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En algunas figuras es fácil determinar la posición del centro de gravedad. En
otras resulta útil aplicar el siguiente método práctico (intenta deducir por ti mismo
en qué consiste).
La estabilidad de una estructura se consigue con alguno de los métodos propuestos a
continuación. Pon algún ejemplo cotidiano de cada uno de ellos:

Aumento de las dimensiones de la base: Trípode, taburete, jarrón, copas.
Rascacielos (salvo excepciones), Pirámides, equilibrio en humanos (piernas
abiertas).

Empotramiento: Farolas, señales, canastas, cimientos de edificios (zapatas,
losa, pilotes), árboles…

Lastrado de la base o contrapeso: Grúas pluma, tensor de catenarias,
canasta lastrada en la base, sombrillas…

Mediante tirantes: puentes , mástiles, antenas …
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La resistencia de las estructuras no solo depende del tipo y cantidad de material
del que están hechas sino también de su forma, como ya comprobamos en el Investiga
nº1.
INVESTIGA Nº 4: Por parejas, coged un depresor y hacer un análisis de flexión en la
viga mediante acciones realizadas en ella en diferentes disposiciones (instrucciones
adjuntas)
A)
- Apoya el depresor por su parte plana sobre dos apoyos.
- Presiona en diferentes puntos (sin llegar a romper) y observa
qué ocurre al presionar y al dejar de hacerlo. Anótalo en tu cuaderno.
- Presiona hasta romper y observa por dónde empieza a hacerlo. Anótalo en tu cuaderno.
B)
- Coloca ahora otro depresor de canto sobre los apoyos.
- Presiona hasta romper, si se puede, y anota las diferencias
encontradas con el experimento anterior.
Observaciones:
A1)
- Se va curvando y recupera la forma inicial (elasticidad)
- Para una misma fuerza, se curva más cuanto más al centro se
presione
A2)
- NO recuperaría su forma inicial.
- Empieza a romperse por abajo (fibras traccionadas)
B)
- Se necesita hacer mucha mayor fuerza
Conclusión:
Hay que poner el mayor canto posible en la misma dirección en la que se
recibe la carga
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Las uniones entre los distintos elementos de una estructura no son totalmente
rígidas, es decir se deforman en mayor o menor medida.
Lo deseable en una
estructura es que se deforme lo menos posible.
INVESTIGA Nº5
- Observa las siguientes estructuras una a una y predice si aguantarán bajo el efecto de la
carga señalada con la flecha. Anótalo en tu cuaderno
- Una vez que hayas examinado todas las estructuras, constrúyelas y comprueba, si eran o no
ciertas, tus predicciones. Anótalo en tu cuaderno
- Por último, coge las estructuras 2, 3 y 4 y deduce a qué tipo de esfuerzo (acción) están
sometidas las barras que la componen. Anótalo en tu cuaderno
SI
SI
NO
SI
SI
NO
SI
NO
SI
SI
NO
FLEXIÓN Y
COMPRESIÓN
TRACCIÓN
FLEXIÓN Y
TRACCIÓN
FLEXIÓN Y
TRACCIÓN
TRACCIÓN
FLEXIÓN Y
COMPRESIÓN
TRACCIÓN
COMPRESIÓN
COMPRESIÓN
COMPRESIÓN
COMPRESIÓN
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Con las conclusiones que has obtenido, contesta las siguientes preguntas:

¿Cuál es la figura geométrica que menos se deforma? TRIÁNGULO

¿Cómo se consigue que una estructura con otra forma distinta aumente su rigidez?
COLOCANDO BARRAS PARA OBTENER TRIÁNGULOS

¿Resulta igual de efectivo para ello utilizar una barra y un cable o tensor? ¿Influye el
tipo de esfuerzo al que esté sometida la estructura?
NO EL CABLE SOLO TRABAJA A TRACCIÓN Y LA BARRA A TRACCIÓN Y
COMPRESIÓN

Busca algunos ejemplos de estructuras reales que ilustren lo que acabas de contestar.
TORRES DE ALTA TENSIÓN, PUENTES METÁLICOS, TORRES DE
COMUNICACIONES, PUENTES GRÚA, CERCHAS PARA TEJADOS DE
NAVES…
Haz el ejercicio 9 de la pág. 159 del libro de texto
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Realiza estos ejercicios:
1. Identifica a qué tipo de esfuerzo
están sometidas las barras de estas
dos estructuras de la izquierda.
2. ¿Cuál de las dos será capaz de
resistir la carga? ¿Por qué? Las dos
resistirán la carga pues son
estructuras trianguladas, no
obstante en la de la derecha es más fácil que fallen los anclajes de la pared o la
pared ceda hacia la izquierda.
3. Escribe el tipo de esfuerzo a que
están sometidos los elementos
numerados en las estructuras de la
izquierda.
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Tipos de estructuras
Lee las páginas 160 a 163 y completa la tabla siguiente:
Arcos y bóvedas.
Dóvelas (Pieza
clave)
Cimientos
Vigas, viguetas y
pilares, bovedillas.
Trianguladas: estructuras de barras
Barras metálicas o de
metálicas o de madera que sirven para
madera (montantes,
abarcar grandes luces (distancia entre
diagonales, superiores
apoyos) de forma sencilla y ligera.
o inferiores) y nudos
Colgantes: Utilizan tirantes y tensores
para sostener a la estructura que se
mantiene colgante.
Tejidos y anillos
de refuerzo
Laminares: Se emplean como carcasas de
Láminas finas
todo tipo de objetos y en cubiertas
con forma de
onduladas. Se refuerzan con pliegues.
diferentes
materiales
Barras lineales y
nudos (similar a
las trianguladas)
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Elementos de estructuras
Aquí encontrarás los principales elementos de las estructuras cotidianas. Busca su
definición y escríbela al lado:
Viga: Elemento estructural que se coloca en posición horizontal en las estructuras
entramadas y que trabaja a flexión.
Vigueta: Se trata de vigas secundarias que rellenas el entramado de un forjado.
Comienzan y terminan en una viga principal llamada jácena. Trabajan a flexión
Cercha: Estructura triangular de barras de acero o madera que se coloca en
tejados o cubiertas
Pilar: Elemento estructural que se coloca en posición vertical. En las entramadas
las vigas se apoyan en ellos para así transmitir los esfuerzos hacia el suelo.
Trabajan a compresión.
Columna: Igual que los pilares, pero de sección circular.
Tirante: Cable normalmente de acero que soporta las estructuras colgantes.
Trabajan a tracción
Tensor: Sirven para mantener en tensión a los tirantes
Zapata: Tipo de cimiento con forma de cubo que al ser más ancha que el pilar
transmite mejor las cargas al suelo. Son de hormigón y trabajan a compresión.
Losa: Tipo de cimiento que tiene las misma extensión que la estructura a
soportar. Se utiliza en suelos blandos para aumentar mucho la superficie de
apoyo y que disminuya la presión ejercida al suelo.
Pilote: Tipo de cimiento con forma de pilar que penetra en el terreno hasta
encontrar terreno rocoso estable. Suele complementar a la losa.
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