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Tipos de estructuras, esfuerzos, estabilidad, triangulación - Ejercicios y resumen

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Estructuras: tipos, esfuerzos, estabilidad y triangulación (ejercicios y resumen)

Introducción

Una estructura es el conjunto de elementos de un objeto que le permiten mantener su forma y soportar las fuerzas (cargas) que actúan sobre él sin romperse ni deformarse en exceso. Tienen estructura un puente, un edificio, una silla, una bicicleta, una grúa o tu propio esqueleto. En esta lección repasamos los tipos de estructuras, los esfuerzos que soportan sus elementos, cómo se consigue que sean estables y por qué los triángulos son tan importantes. Al final encontrarás ejemplos resueltos, ejercicios y un resumen.

Explicación

1. Cargas y elementos de una estructura

Las cargas son las fuerzas que soporta una estructura. Pueden ser fijas (su propio peso, el de los tabiques o el tejado) o variables (personas, muebles, viento, nieve, vehículos). Los elementos estructurales más habituales son:

2. Tipos de estructuras

3. Esfuerzos

Cuando una carga actúa sobre un elemento, este sufre un esfuerzo. Los cinco esfuerzos básicos son:

Una viga que se flexiona trabaja a la vez a compresión (en su parte de arriba) y a tracción (en su parte de abajo).

4. Condiciones de una estructura

5. Triangulación

Un cuadrado formado por cuatro barras articuladas se deforma con facilidad: se convierte en un rombo. Un triángulo, en cambio, es la única figura que no se deforma si sus barras no se doblan ni se estiran, porque con tres lados fijos solo existe una forma posible. Por eso, para dar rigidez a una estructura de barras se añaden diagonales que la dividen en triángulos: es la triangulación. En una estructura plana triangulada sencilla, el número mínimo de barras para que sea rígida es b = 2n − 3, siendo n el número de nudos.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Esfuerzos en un columpio. Un niño se sienta en un columpio colgado de una barra horizontal que se apoya en dos patas.

Ejemplo 2. Triangular un marco cuadrado. Un marco cuadrado tiene 4 nudos y 4 barras. ¿Cuántas barras necesita como mínimo para ser rígido?

Ejemplo 3. Estabilidad de una lámpara de pie. Una lámpara alta se cae con facilidad. Para hacerla más estable podemos poner una base más ancha y más pesada: así el centro de gravedad baja y su vertical cae dentro de la base aunque la lámpara se incline un poco.

Ejercicios

El cable que sostiene la cabina de un ascensor, ¿a qué esfuerzo está sometido?

Una estructura plana de barras tiene 5 nudos. ¿Cuántas barras necesita como mínimo para estar triangulada y ser rígida?

Al girar una llave dentro de la cerradura, ¿qué esfuerzo soporta la llave?

¿Cuál de estas acciones hace más estable una estructura?

Resumen

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