10- COLAPSO DE ESTRUCTURAS

Cuando se produce el colapso de un elemento constructivo, con capacidad de afectar a la población, los servicios de bomberos activan de forma inmediata sus propios protocolos con el personal de guardia, que posee una amplia formación multidisciplinar. Y se solicita, si es necesario, la presencia de medios de refuerzo, que sirvan de apoyo en la intervención. En el caso de España, las intervenciones reales por estructuras colapsadas representan una excepción, sólo se producen algunos episodios aislados (por ejemplo, el terremoto de Lorca). Un ejemplo de este tipo de situaciones son los terremotos, sus efectos pueden derrumbar edificios y casas, y dejar atrapadas a personas entre los escombros. Sus consecuencias pueden amplificarse debido a la rotura de tuberías de gas, ya que pueden incendiarse y quemar a los heridos bajo las ruinas.

Frente a las causas naturales, las antrópicas tienen en común la acción humana. No solo causan catástrofes, sino que son factores que incrementan la magnitud de las emergencias (la explotación de los recursos naturales, la construcción de edificaciones en zonas de alto riesgo, etc.). Entre ellas destacan la falta de mantenimiento y reformas en la edificación, construcciones de edificaciones paralelas, explosiones de gas, atentados terroristas e incendios.

9- ACERO ESTRUCTURAL

Se define como acero estructural a lo que se obtiene al combinar el hierro, carbono y pequeñas proporciones de otros elementos tales como silicio, fósforo, azufre y oxigeno, que le contribuyen un conjunto de propiedades determinadas. El acero laminado en caliente, elaborado con fines estructurales, se le nombra como acero estructural al carbono, con límite de fluencia de 250 mega pascales, eso es igual a 2.549Kg/cm2. Es el resultado de la aleación del hierro y carbono

Ventajas del acero como material estructural:

- Tiene una gran firmeza. La gran firmeza del acero por la unidad de peso significa que el peso de las estructura se hallará al mínimo, esto es de mucha eficacia en puentes de amplios claros.

- Semejanza. Las propiedades del acero no cambian perceptiblemente con el tiempo.

- Durabilidad. Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran unos tiempos indefinidos.

 - Ductilidad. La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas prematuras.

- Tenacidad. Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad.

Desventajas del acero como material estructural:

- Costo de mantenimiento. La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente.

- Costo de la protección contra el fuego. Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios.

8- HORMIGÓN

HORMIGÓN EN MASA:

Una de sus principales características es que puede aguantar de forma efectiva los efectos de la compresión y de tensión una vez sólido. El problema es que para estructuras de mayor envergadura, necesita ser reforzado para poder soportar otras cargas mecánicas, como la tracción y la flexión. De ahí que se le incorporen estructuras internas para hacerlo más estable. 

Se una principalmente para elementos estructurales que trabajan solamente a compresión.

HORMIGÓN ARMADO:

Este compuesto deriva de la inclusión de armaduras de acero que pueden ser barras o mallas para hacerlo mucho más dinámico. También se le puede incorporar algunos tipos de fibras plásticas en diversas proporciones y en función de algún diseño específico.

Es sin duda el material más popular en la modernidad y se le da forma haciendo uso de encofrados, que son una especie de moldes rígidos para su vaciado durante la obra. Se usa habitualmente en la arquitectura e ingeniería para hacer puentes, túneles, edificios, puertos, diques y mucho más.

Se una principalmente en elementos estructurales que trabajen a flexión, asumiendo la armadura de acero el esfuerzo de tracción que provoca la flexión en algunas de sus fibras.

7- ESTRUCTURAS DE PAPEL

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?

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.

6- ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Los elementos de una estructura de un edificio son:

PILARES: Son los elementos verticales de una estructura y se encargan de soportar el peso del forjado. Los pilares están sometidos a esfuerzos de compresión. Si los pilares son cilíndricos se llaman columnas y si son  cuadrados se llaman pilastras. Las pilastras están pegadas a las paredes.

VIGAS: Son los elementos horizontales de una estructura con forma de prisma rectangular. Las vigas están sometidas a esfuerzos de flexión. Las vigas soportan el peso del forjado. Las barras que forman parte del forjado se llaman viguetas y se llaman así porque son vigas pequeñas. Las vigas se colocan siempre sobre dos pilares. Entre las viguetas se colocan unos bloques llamados bovedillas.

FORJADO: Es el suelo y el techo de los edificios. Aunque sólo veamos en el suelo las baldosas, bajo ellas hay una estructura llamada forjado que está formada por barras y relleno de hormigón.

CIMENTACIÓN: El peso total de la estructura no va directamente hasta el suelo (si fuese así, se hundiría como una estructura de palillos levantada sobre mantequilla). La cimentación se emplea para que los pilares de la estructura no se claven en el terreno y se hunda en él. Funciona como los zapatos del edificio. Fundamentalmente adoptan la forma de zapatas (dados anchos) o losas de hormigón armado para repartir toda la carga en el terreno. 

TIRANTES: Es un elemento constructivo que está sometido principalmente a esfuerzos  de tracción. Otras denominaciones que recibe según las aplicaciones son: riostra, cable, tornapunta y tensor. Algunos materiales que se usan para fabricarlos son cuerdas, cables de acero, cadenas, listones de madera, etc.

ARCOS: Es un elemento que se emplea mucho en las estructuras para dar solidez (y salvar distancias). Soportan esfuerzos de compresión.

5- CIMENTACIONES

¿Que es la cimentación? Tipos de cimentaciones

La cimentación es el conjunto de elementos estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la edificación o elementos apoyados a este al suelo transmitiéndolas de forma que no superen su presión admisible ni produzcan cargas zonales. Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de los pilares o muros que soportará, el área de contacto entre el suelo y la cimentación será proporcionalmente más grande que los elementos soportados.

La cimentación es importante porque es el grupo de elementos que soportan a la superestructura. 

Propósitos:
-Ser suficientemente resistentes para no romper por cortante.
-Soportar esfuerzos de flexión que produce el terreno, para lo cual se  dispondrán armaduras en su cara inferior.
-Acomodarse a posibles movimientos del terreno.
-Soportar las agresiones del terreno y del agua y su presión, si las hay.

Tipos de cimentación

La elección del tipo de cimentación depende especialmente de las características mecánicas del terreno, como su cohesión, su ángulo de rozamiento interno, posición del nivel freático y también de la magnitud de las cargas existentes. A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante, que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentación. 

Zapatas aisladas:

 Zapatas combinadas o corridas:

 Losa de cimentación:

Cimentaciones profundas:

4- PUENTES

La necesidad humana de cruzar pequeños arroyos y ríos fue el comienzo de la historia de los puentes. Hasta el día de hoy, la técnica de su construcción ha pasado desde un simple tronco hasta los grandes puentes colgantes que miden varios kilómetros y que cruzan bahías y estrechos. Los puentes se han convertido a lo largo de la historia en un elemento básico para las sociedades y un símbolo de su capacidad tecnológica.

El diseño de cada puente varía dependiendo de su función y la naturaleza del terreno sobre el que el puente es construido. Los puentes pueden clasificarse según múltiples criterios; tales como material de construcción, obstáculo que salva, el fin para el cual es construido, los elementos estructurales...

Atendiendo a su fundamento arquitectónico los podemos clasificar en:

PUENTES DE VIGA: es el puente más sencillo, derivado del puente de tronco y empleado en vanos cortos e intermedios, como por ejemplo las pasarelas peatonales sobre autovías. Como su nombre indica, están constituidos por vigas; es decir, por piezas rectas horizontales apoyadas en dos o más puntos que soportan las cargas que actúan sobre ellas mediante su capacidad para resistir flexiones. Antiguamente, hasta conocerse el hormigón armado eran poco útiles para salvar grandes obstáculos, ya que los materiales empleados no trabajaban bien a flexión.

PUENTES DE ARCO: Un puente de arco es un puente con apoyos a los extremos del vano, entre los cuales se halla una estructura con forma de arco por donde se transmiten las cargas. El tablero puede estar apoyado o colgado de esta estructura principal, dando origen a distintos tipos de puentes (arco con tablero superior, con tablero intermedio o con tablero inferior). Estos puentes reparten el peso sobre los pilares de apoyo, los arcos contiguos y los apoyos en tierra firme. De esta manera consiguen mayor distancia entre los pilares.

PUENTES EN MÉNSULA: Es un puente que se construye usando ménsulas consecutivas, que son estructuras horizontales que se proyectan en el espacio y sólo están soportadas en un extremo. Para pequeños puentes peatonales, pueden construirse con vigas simples, pero para mayores puentes se construyen con grandes estructuras reticuladas de acero. En estos puentes la parte de la estructura trabaja a tracción, mientras la inferior lo hace a compresión.

PUENTES DE ARMADURA: La armadura es una viga es una composición de barras rectas unidas entre sí en sus extremos para constituir un armazón rígido de forma triangular, capaz de soportar cargas en su plano, particularmente aplicadas sobre las uniones. Todos los elemento de la armadura se encuentran trabajando a tracción o compresión sin la presencia de flexión y corte. Este sistema permite realizar a un costo razonable y con un gasto mínimo de material estructuras de metal que salvan desde treinta hasta más de cien metros, distancias que resultan económicamente imposibles para estructuras que funcionen a base de flexión, como las vigas simples.

PUENTES COLGANTES: son puentes sostenidos por un arco invertido formado por numerosos cables de acero, del que se suspende el tablero del puente mediante tirantes verticales. Al igual que el puente de arco, es un puente que resiste gracias a su forma. Las fuerzas principales en este tipo de puentes son de tracción en los cables principales y de compresión en los pilares.

PUENTES ATIRANTADOS: Se denomina puente atirantado a aquel cuyo tablero está suspendido de uno o varios pilones centrales mediante tirantes. Su estructura básica está formada por los pilares, tirantes y tablero. Se distingue de los puentes colgantes porque en éstos los cables principales se disponen de pila a pila, sosteniendo el tablero mediante cables secundarios verticales, y porque los puentes colgantes trabajan principalmente a tracción, y los atirantados tienen partes que trabajan a tracción y otras a compresión.

3- FUNCIONAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS

¿QUÉ ES UNA ESTRUCTURA?

Una estructura es un conjunto de elementos unidos entre sí, con la misión de soportar las fuerzas que actúan sobre ellos.

Fíjate en la imagen siguiente donde puedes ver algunos de los elementos de una estructura:

Como vemos, las estructuras sirven para soportar fuerzas, por eso vamos a estudiar primero un poco las fuerzas. Las fuerzas que actúan sobre una estructura se llaman cargas.

Las fuerzas se representan con una flecha (vector), donde la longitud del vector es la intensidad de la fuerza, la flecha la dirección y el principio del vector es el punto donde se aplica la fuerza.

TIPOS DE CARGAS EN LAS ESTRUCTURAS:

Las cargas son las fuerzas que tienen que soportar.

- Cargas Fijas: Las que no varían sobre la estructura. Siempre tienen el mismo valor. Por ejemplo el propio peso de la estructura y el de los cuerpos que siempre están en la estructura.

- Cargas Variables: Las que pueden variar sobre la estructura con el paso del tiempo. Ejemplos: la fuerza del aire, el peso de la gente, la nieve, etc.

ESFUERZOS EN LAS ESTRUCTURAS:

Un esfuerzo es la fuerza interna que experimentan los elementos de una estructura cuando son sometidos a fuerzas externas. Los elementos de una estructura deben soportar estos esfuerzos sin romperse ni deformarse.

Hay 5 esfuerzos diferentes:

- Esfuerzo de Tracción: Un elemento está sometido a un esfuerzo de tracción, cuando las fuerzas que actúan sobre él, tienden a estirarlo. Un ejemplo sería el cable de una grúa. Ojo tiende a estirarlo, pero en una estructura no debe conseguirlo nunca, por lo menos de forma visual. Esto debe pasar para todos los esfuerzos explicados a continuación.

- Esfuerzo de Compresión: Un elemento está sometido a un esfuerzo de compresión, cuando las fuerzas que actúan sobre él, tienden a comprimirlo (juntarlo). Ejemplo las patas de una silla.

- Esfuerzo de Flexión: Un elemento está sometido a flexión, cuando las fuerzas que actúan sobre él, tienden a curvarlo. Un ejemplo es la tabla de una mesa.

Estos 3 tipos de esfuerzos son los principales, pero hay más.

- Esfuerzo de Torsión: Cuando las fuerzas que actúan sobre él, tienden a retorcerlo. Ejemplo una llave abriendo una cerradura.

- Esfuerzo de Cortadura: Cuando las fuerzas que actúan sobre él, tienden a cortarlo o rasgarlo. Ejemplo un trampolín de una piscina en la parte de unión con la torre.

2- APLICACIÓN DE FUERZAS

En la naturaleza hay muchas fuerzas: la fuerza de la gravedad, la fuerza del viento, las fuerzas mecánicas que mueven máquinas, las presiones de los gases, las fuerzas que desarrollan los músculos...

¿Cómo podemos definir una fuerza? ¿qué es una fuerza?. Si empujamos un libro con un dedo, este se desplaza, mientras que si apretamos una goma de borrar esta no se desplaza sino que sufre una deformación. Siempre que aplicamos una fuerza sobre un cuerpo se produce uno de estos dos fenómenos o los dos simultáneamente.

Una estructura es un conjunto de elementos capaces de soportar fuerzas y transmitirlas a los puntos donde se apoya, con el fin de ser resistente y estable. Las fuerzas que actúan sobre una estructura se llaman cargas.

 Las cargas pueden ser el propio peso de la estructura, el peso de los elementos que se colocan sobre ellas, el viento, la nieve,...

Estas cargas pueden ser:

Fijas o permanentes .- No varían con el tiempo como el peso del cuerpo.

Variables o sobrecargas .- Unas veces actúan sobre el cuerpo y otras no, como las mochilas.

¿Qué condiciones debe cumplir una estructura para funcionar bien?.

En una estructura valoramos de formo independiente, las siguientes cualidades:

Estabilidad.- Ha de conseguir que el objeto sea estable, no vuelque con facilidad. Para esto el centro de gravedad debe de estar lo más cerca posible de su base.

Resistencia.- Tiene que soportar los esfuerzos a los que se ve sometida sin romperse.

Deformación controlada.- Debe deformarse siempre dentro de los límites que permiten al objeto para el cumplimiento de su función.

Estas condiciones son independientes, una estructura puede ser estable y romperse o ser resistente y no tener estabilidad

1- ¿QUÉ ES UNA FUERZA?

En física, la fuerza es una magnitud vectorial que mide la razón de cambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. 

Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía.

En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de fuerza es el newton que se representa con el símbolo: N, nombrada así en reconocimiento a Isaac Newton por su aportación a la física, especialmente a la mecánica clásica. El newton es una unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades que se define como la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de 1 m/s² a un objeto de 1 kg de masa.

Comúnmente nos referimos a la fuerza aplicada sobre un objeto sin tener en cuenta al otro objeto u objetos con los que está interactuando y que experimentarán, a su vez, otras fuerzas. Actualmente, cabe definir la fuerza como un ente físicomatemático, de carácter vectorial, asociado con la interacción del cuerpo con otros cuerpos que constituyen su entorno.