1. ESTRUCTURAS
Todos los productos concebidos por el hombre tienen una organización,
una manera precisa de composición de sus partes.
Estructuras Óseas
Desde los primeros tiempos los seres vivos se vieron forzados a un
proceso de evolución que trajo como consecuencia la aparición de los
vertebrados.
Su estructura les ha permitido adaptarse mejor al medio en el que se
han desarrollado en cuanto a supervivencia y a control del entorno.
Un elemento esencial en esta evolución ha sido el establecimiento de un
sistema eficaz que les ha permitido sostenerse en pie, moverse en el
agua o ser capaces de volar : el esqueleto o estructura ósea de los
animales vertebrados.
Estructuras artificiales – Breve historia
El hombre, que siente inquietudes y necesidades de cambiar el medio en
que se desenvuelve, inventa y construye sistemas estructurales que en
cada momento le resuelven los problemas que se le presentan.
• Año 13000 a.C.
Los primeros pobladores ya construían sus tiendas con armazones
(estructuras) de palos de madera sobre los que se colocaban pieles de
animales.
• Hacia el año 8000 a.C.
Aparecen estructuras tales como puentes básicos construidos de troncos
de madera sobre pilares de piedra plana. Si bien no eran muy seguros
dado que los componentes no estaban sujetos, cumplía su misión :
permitir el paso de personas sobre río de poca profundidad sin mojarse.
• Hacia el año 2500 a.C.
Algunas estructuras son el telar de la edad de bronce y el cigoñal, una
especie de grúa empleada para extraer agua de un río o lago a un
recipiente situado en un lugar más alto.
• Año 432 a.C.
Con la utilización de materiales fuertes y resistentes, como la piedra,
se dio un salto cualitativo muy grande. Se buscaba la perpetuidad de
las obras, sin reparar en los gastos ni en el tiempo empleados para
terminarlas. Un ejemplo de estructura construida en esta época es el
Partenón en Grecia.
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2. • Año 140 a.C.
Los acueductos construidos por los romanos eran estructuras
extraordinariamente resistentes que se utilizaban para trasvasar agua
entre lugares de altitudes análogas separadas por valles o zonas bajas.
Estaban formadas por bloques de piedra con una forma y disposición que
evitaban el derrumbamiento debido a su propio peso y al del agua .
• Año 132 d.C.
En la Europa Medieval se construyen puentes de piedra que solían tener
viviendas encima de ellos y en sus partes laterales, por ejemplo el
puente sobre el Arno (Florida).
También la fabricación de grandes barcos de madera a remo y a vela
adoptan una estructura interna específica que permitía una construcción
más sencilla y resultados más satisfactorios dado que la embarcación
era más resistente al impacto de las olas.
• Hacia el año 1555
A partir de la Edad Media para construir iglesias y catedrales se
utilizaban en muchos casos estructuras con una combinación de columnas
y paredes de piedra que sujetan el peso de todo el edificio. La madera
solamente se utiliza para construir andamios y algunas veces los
techos.
En esta época los materiales más empleados eran la piedra, madera y en
menor proporción el acero.
• En el siglo XVIII
Se construye el primer puente de acero, en Inglaterra sobre el río
Severn en Coalbrookdale entre los años 1775 y 1779 por Abraham Darby.
Tiene una longitud de 30 m y se emplearon 387 toneladas de hierro
fundido para su construcción.
A partir de ese momento, el acero comienza a desplazar a la piedra (y
en menor medida a la madera) en la mayor parte de las construcciones
que disponían de estructuras como elemento de sujeción.
• Año 1884
La Estatua de la Libertad, donación del gobierno francés a los Estados
Unidos para conmemorar el primer centenario de su independencia
simboliza la libertad. Tiene aproximadamente 90 m de altura desde el
extremo de la antorcha hasta la base. Posee una estructura interna de
acero y exteriormente va recubierta de una chapa de cobre.
Otra gran estructura de la época es la Torre Eiffel, Francia,
construida en el parisiense Campo de Marte por el Ing. Alexandre-
Gustave Eiffel a partir de 1887 con motivo de la Exposición Universal
de 1889.
Tiene 320 m de altura y un peso de 7341 toneladas. Su forma es
piramidal con base cuadrada y coronada en su cúpula que contiene el
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3. faro. En 1959 se instalaron en ella las antenas de la radiotelevisión
francesa.
• Siglo XX
Torres de alta tensión : se utilizan para el transporte desde los
centros de producción de energía eléctrica hacia los centros de
consumo. Son capaces de soportar grandes pesos y garantizar la
seguridad de las personas y animales que pasen junto a ellas.
Para construir la estructura se utilizan generalmente perfiles
angulares de acero galvanizado y pintado.
Rascacielos de hormigón : uno de los materiales utilizados es el
cemento por su resistencia una vez fraguado y su facilidad de trabajo.
En general, le proceso de construcción de edificios comienza con
excavaciones en el lugar donde se va a asentar el edificio. A
continuación se emplazan los cimientos (hormigón armado : hormigón con
barras de acero en su interior) profundos y rígidos dado que van a
soportar el peso del edificio.
El esqueleto se construye con columnas y vigas de acero o de hormigón
para que el peso del edificio descanse sobre el esqueleto y no sobre
las paredes.
Finalmente se cierra la construcción con paredes exteriores y / o
vidrio o ventanas y se concluye el interior con lo que el edificio
queda terminado.
El hecho de utilizar vigas y columnas metálicas evita tener que
construir pilares de hormigón de dimensiones excesivas. Son útiles en
edificios que van a estar sometidos a esfuerzos o cargas muy
importantes.
Un elemento fundamental es la aparición de la soldadura como elemento
de unión de las piezas metálicas.
Estructura es el modo en que están relacionados los elementos que
constituyen los objetos para lograr un producto estable, resistente y
estético : implica no sólo el concepto de soporte (capacidad para
resistir esfuerzos) sino también considerar la disposición de los
componentes de un objeto.
De esto se deduce que para resolver formalmente un determinado producto
hay múltiples posibilidades de diseño, es decir, podemos encontrar
varias formas de estructurar un producto, por ejemplo : un puente sobre
un río puede concebirse de diferentes maneras combinando los mismos
componentes y permitiendo múltiples alternativas de vinculación entre
ellos o bien con elementos cuyos materiales, formas y uniones sean
diversos.
Para optimizar un producto se puede a partir de su concepto
estructural, tenemos diferentes respuestas:
1. descubriendo que a partir de un mismo problema es factible hallar
respuestas estructurales diferentes.
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4. 2. utilizando distintos materiales, componentes y/o uniones entre los
mismos para la conformación de estructuras, apuntando al logro de
la mayor calidad y aprovechamiento de los recursos disponibles.
3. recurriendo al uso de máquinas, herramientas e instrumentos
adecuados para trabajar los materiales, con el mayor nivel de
seguridad posible.
4. analizando las diversas posibilidades que ofrecen los elementos
conformados con un mismo material, según sean las dimensiones,
formas o posiciones que ellos adquieran.
5. valiéndose de elementos prefabricados (bloques de madera o
plástico, tubos, planchas o cajas de cartón, plástico, etc.) en la
construcción de estructuras, para descubrir cómo se puede dominar
la conformación del espacio y cómo varían las condiciones de
resistencia y estabilidad según las formas, posiciones y tamaño
relativo de los componentes utilizados.
6. organizando adecuadamente las tareas y los recursos materiales
disponibles. Aquí se observa la importancia de lo gestional
(organización grupal, distribución de roles entre los integrantes
del equipo de trabajo, la racional planificación de las
actividades) para el resultado del proyecto.
En cuanto a las formas de los elementos utilizados para conformar
estructuras:
• Elementos volumétricos: formas prismáticas, pirámides, cilindros,
etc.
• Elementos laminares: membranas, redes, etc.
• Elementos lineales: varillas, tubos, cables, etc.
Reflexiones que surgen desde la estructura:
• ¿Qué estructuras permiten resolver un determinado problema?.
• ¿Cuáles son los materiales, máquinas, herramientas e instrumentos
que intervienen para la conformación de una determinada estructura?.
• ¿Qué diferencias existen entre las distintas propuestas
estructurales?.
• ¿Cuáles son los elementos que se pueden utilizar para conformar una
determinada estructura?.
• ¿Con qué tipos de uniones se pueden asociar éstos elementos para
lograr la estructura propuesta?
• ¿Qué condiciones de resistencia y estabilidad se pueden conseguir
con la solución generada?
• ¿Existe armonía entre lo funcional, lo económico y lo estético en
las diferentes soluciones estructurales?.
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5. Una tipificación de las estructuras:
Elementos Rígidos
Elementos Flexibles Bastidor
Fijas Portantes Reticulada
Desmontables Jaula
Elementos Rígidos Monocasco
Elementos Flexibles Cáscara (carcasa)
Fijas Autoportantes Reticulada (triangulada)
Desmontables Jaula
Elementos Rígidos Cuerdas
Elementos Flexibles Cuerdas + Membrana
Fijas Tensoestructuras Redes
Desmontables Fluidos : Gases
Líquidos
Estructura portante: para el caso de un objeto tan cotidiano como la
silla, observaremos infinidad de respuestas frente al mismo problema
: diferentes tipos de sillas realizadas con materiales y procesos
tecnológicos distintos. Algunas sillas están dotadas de una
estructura portante que se mantiene a la vista (“esqueleto”) y
vinculados a ella aparecen el respaldo y la banqueta. Aquí
observamos una doble función de la estructura : por un lado es el
órgano que confiere solidez a la construcción y demás, es quien da
apoyo a los otros dos componentes.
Otro ejemplo, la estructura de hormigón armado de una vivienda sobre
la que se deposita un techo liviano (madera).
Estructura autoportante: aquí no hay una estructura que sostenga al
resto de los componentes. Un ejemplo es el armario de madera como
una construcción que se auto sostiene por la acción de las uniones y
encastres entre las piezas.
Otro ejemplo es el monocasco utilizado en la construcción de
automóviles, donde se reemplaza el chasis por una estructura por un
diseño en donde la solidez del conjunto es producto de la acción de
cada parte, trabajando todas ellas como una unidad.
Tensoestructuras: aquí la tensión a la que están sometidos los
objetos la que define la forma y capacidad de sostén de estos
objetos.
En el caso de un globo, la acción de una gas a presión en el
interior de la cámara elástica hace que ésta adopte su forma final
condicionada a la cantidad de líquido que se le insufle. Puede
utilizarse un líquido en lugar de gas, como ocurre en un sachet.
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6. En el caso de una carpa de circo, esta se sostiene por la tensión
generada por cuerdas y una membrana convenientemente traccionada
sobre la que se aplican la suma de esfuerzos de múltiples elementos
flexibles trabajando en conjunto dando estabilidad a las
construcciones.
En los puentes colgantes, el trabajo coordinado de un verdadero
sistema de cuerdas tensas, capaz de soportar la suma de esfuerzos
estáticos y dinámicos. Estas estructuras permiten grandes luces y
alturas en puentes es un avance sobre las otras construcciones
tradicionales, que por necesitar más elementos de base en el lecho
de los ríos, dificulta la navegación con grandes navíos.
UNIONES ENTRE PIEZAS
En la mayoría de los casos, la estructuras, herramientas, útiles y
mecanismos están compuestos por varias de estas piezas, unidas de
forma que cumplan su función dentro del conjunto :
Las uniones pueden ser de dos tipos :
• Fácilmente desmontables : permiten separar las piezas con suma
facilidad sin romper el medio de unión.
• Fijas o difícilmente desmontables : se realizan entre piezas
que no se prevé su desmontaje durante la vida útil de la
máquina o estructura, o en caso de seguridad o exigencia del
diseño. Para la separación de las piezas necesitamos romper el
elemento de unión o en muchos casos deterioras algunas de las
piezas.
Clasificación general de los elementos de unión más empleados en la
industria, en función del material de las piezas que van a unir :
Material de las Elementos de unión
piezas a unir Desmontables Fijos
Metales • Elementos roscados • Remaches y
• Pasadores roblones
• Chavetas • Piezas
• Ejes estriados ajustables (con
aprieto)
• Guías
• Soldadura
• Adhesivos
Plásticos • Elementos roscados • Adhesivos
Madera • Elementos roscados • Clavazones
• Adhesivos
Textiles • Botón y ojal / • Costura
Cremallera • Adhesivos
• Tiras de velcro
• Corchetes
Cerámicos • Elementos roscados • Adhesivos
Pétreos • Adhesivos
• Cemento
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