BLOQUE II: ELEMENTOS DEL PROCESO CONSTRUCTIVO
Anuncio
Unidad . Los materiales. La madera. 1. MATERIAS PRIMAS Y MATERIALES TÉCNICOS Se denomina MATERIA PRIMA a los elementos extraídos directamente de la naturaleza. Pueden ser de origen mineral (arcilla, mineral de hierro), vegetal (troncos de árboles, algodón, corcho) o animal (lana, cuero). Estas materias primas normalmente sufren unos procesos de transformación para conseguir los MATERIALES TECNICOS, que son los materiales ya preparados para elaborar directamente cualquier producto (mineral de hierro hierro; troncos de árbolesmadera; lanahilo de lana ). MATERIALES TECNICOS NATURALES MADERAS ARTIFICIALES FERRICOS METALES NO FERRICOS NATURALES PLASTICOS SINTETICOS CERAMICOS PETREOS NATURALES TEXTILES ARTIFICIALES 2. PROPIEDADES FISICAS DE LOS MATERIALES. Cada material tiene sus propiedades y en función de ellas se aplican en unas cosas u otras. El estudio de las propiedades físicas tiene por finalidad determinar cuál será el comportamiento del material ante las cargas o acciones a las que será sometido. 15 3. LA MADERA. La madera se obtiene de los árboles. Es un material abundante y renovable. Es un material agradable a los sentidos por su olor, color y suavidad. Su aspecto exterior es muy apreciado por sus vetas. Es ligera, resistente y aislante del frío, calor y ruido. Se trabaja con facilidad. La estructura de la madera puede ser observada si realizásemos un corte transversal al tronco de un árbol , distinguiríamos las siguientes partes, desde fuera a dentro: 1. Corteza. Es la capa más externa, que protege al árbol de los agentes atmosféricos. 2. Líber. Capa encargada de conducir la savia del árbol 3. Albura. Madera joven que con tiempo se irá endureciendo. 4. Duramen. Es la madera propiamente dicha. Para obtener la madera se realiza el siguiente proceso: 1. Tala: Consiste en cortar el tronco del árbol y abatirlo. Previamente deben seleccionarse los árboles más altos y luego repoblar la zona. 2. Descortezado y eliminación de ramas: Normalmente solo se aprovecha el tronco del árbol, por lo que es necesario quitarle la corteza y las ramas. 3. Aserrado: Consiste en realizar un despiece del tronco en tablas, de forma que se aproveche al máximo la madera. 4. Secado: Eliminación de la humedad de la madera. 4. TIPOS DE MADERAS. MADERAS NATURALES: Proceden de los troncos de los árboles cortados en tablones, tablas o listones. Podemos encontrar tantos tipos de madera como de árboles y, en general, éstas pueden ser blandas (CHOPO, PINO, ABETO, ETC) o duras (HAYA, ROBLE, NOGAL, CAOBA, ETC), dependiendo de si proceden de árboles de hoja caduca o perenne. Se utilizan para fabricar muebles, puertas, suelos, estructuras,... TABLEROS ARTIFICIALES: Son los aglomerados (virutas de madera prensadas con cola) y los contrachapados (láminas encoladas entre sí). Sirven para fabricar muebles. PAPEL Y CARTÓN: Se fabrican con celulosa, obtenida de la madera triturada y mezclada con sustancias que mejoran su calidad. Se usan en embalajes, libros, periódicos, etc. 16 Las cañas, los mimbres y el esparto se emplean para elaborar muebles y artesanía. Con el corcho, extraído de la corteza del alcornoque, se fabrican tapones y aislamientos. El caucho es una goma elástica que se obtiene a partir de la savia de ciertos árboles tropicales como el Hevea brasiliensis. 5. TRABAJO CON MADERA. A) Las herramientas más usuales para el trabajo con madera según su aplicación son: ‐Para Sujetar ‐> el tornillo de banco y el sargento o gato ‐Para marcar y trazar ‐> Para ello se usa el lápiz de carpintero, la regla, la escuadra, el compás y el flexómetro ‐Para serrar ‐> Las herramientas mas frecuentes son la sierra manual ( serrucho, segueta .. ) o las sierras eléctricas como la sierra de disco o sierra de calar ‐Perforar y taladrar ‐> Para la primera tarea se usa el taladro y para la segunda la barrena ‐Acabados. Para eliminar pequeños trozos de material empleamos las limas ( si es de diente grande se llama escofina ) y para dar un aspecto suave a la madera, las lijas B) Una vez que tenemos la pieza ya acabada, normalmente es necesario unirla a otras piezas, para ello utilizamos elementos de unión como: 1. Las espigas se hacen normalmente de madera y entran en las dos piezas. Al entrar en los orificios de las dos piezas crea una unión de gran resistencia. Es conveniente añadir cola blanca en ambos extremos de la espiga. 2. También podemos emplear una gran variedad de clavos y tornillos ( alguno de ellos requieren un taladrado previo ) 3. Ensambles, como por ejemplo la unión machiembrada, o la unión en cola de milano. 17 C) Finalmente debemos realizar las operaciones de acabado usando TINTES , BARNICES Y OTROS ACABADOS. Podemos emplear varias sustancias para mejorar el aspecto a la vez que lo protege. Las pinturas tienen el inconveniente que anulan la veta y la madera no transpira; el barniz protege de agentes exteriores, aunque es impermeable y por tanto la madera tampoco transpira Más ejercicios y apuntes. http://www.linalquibla.com/TecnoWeb/madera/madera_index.htm EJERCICIOS 1. ¿Qué es una materia prima? 2. ¿Qué son los materiales técnicos? 3. Di una materia prima de origen vegetal, otra de origen animal y otra de origen animal. 17. ¿Cómo son los árboles de las maderas blandas? ¿Qué color tienen? ¿Son caras? 18. ¿De donde se obtiene el papel y el cartón? 19. Completa este cuadro. 4. De que material se fabrican estos objetos... N_T_R_ _ _S D_ _ _ _ a) un papel b) una botella c) una camiseta _ _ _ _ DAS d) una ventana e) un lápiz f)un cable TABLEROS 5. Di un material técnico ... a) Textil artificial b) Pétreo c)Plástico sintético d) Metal no férrico e) Madera natural 6. ¿Por que se usan unos u otros materiales para la fabricación de objetos? 7. ¿De qué materiales distintos se puede fabricar una silla? 8. ¿Qué es la dureza? Di un material muy duro y otro muy blando. 9. Di un material muy tenaz y otro muy frágil. 10. Diferencia entre ductilidad y maleabilidad 11. Di un material conductor eléctrico y otro aislante M_DE_AS _RTI_ _C_A_ES _O_T_A C_ _ _ A _ _ _ TABLEROS _G__ME_ _D__ 20. ¿En que se emplea el mimbre? ¿y el corcho? ¿y el caucho? 21. Referente al trabajo con madera, indica una herramienta para cortar, una para sujetar, otra para marcar, otra para agujerear, otra para acabados. 22. De que tres formas podemos unir piezas de madera. 23. Encuentra 8 herramientas para trabajar con la madera. 12. Di 4 propiedades de las maderas. 13. ¿Que cuatro partes forman la estructura de la madera?. Explica la albura. 14. ¿Que 4 pasos se realizan para obtener madera? 15. Di dos maderas blandas y dos duras 16. ¿Qué son las maderas artificiales? ¿Di dos tipos? 18 I.E.S. Antonio Glez Glez-Tejina 2º E.S.O. Unidad 3. Materiales. Los metales 1. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES Los objetos que nos rodean están fabricados para satisfacer las necesidades del ser humano y mejorar su calidad de vida. Estos objetos se fabrican con una gran variedad de materiales cuya elección es fundamental si queremos que nuestro producto final cumpla su cometido. Por eso, es importante conocer los tipos de materiales que podemos encontrar; sus características; saber elegir los que mejor se adapten a nuestro objeto y valorar las ventajas e inconvenientes de cada uno. Empezaremos clasificándolos 1.1. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES SEGÚN SU ORIGEN Según el origen, es decir, según de donde provengan podemos encontrar materiales naturales y materiales artificiales. • Materiales naturales: son aquellos que se encuentran en la naturaleza, como el algodón, la madera o la lana. También se les conoce como materias primas. • Materiales artificiales: son aquellos fabricados por el hombre a partir de los naturales como el papel, el vidrio o el acero. Por eso también se les conoce como materiales elaborados. Si el material se obtiene a partir de uno artificial, se suele denominar como sintéticos, como el plástico. Para elaborar un producto primero se extraen las materias primas de la naturaleza. Posteriormente dichas materias primas se transforman en materiales y, por último, se emplean éstos para fabricar el producto. Aunque muchas veces, con la materia prima se pueden elaborar directamente productos. Por ejemplo: Una silla de pino. Materiales naturales Se transforman Materiales artificiales Se transforman Objetos y productos Ejemplo Bauxita (Mineral) Se transforma Aluminio Se transforma Lata de refrescos 19 Dpto. De Tecnología Materiales de uso técnico: metales Pag. 1 I.E.S. Antonio Glez Glez-Tejina 2º E.S.O. Ejercicios 1. Los materiales se pueden clasificar en dos grandes grupos: ¿Cuáles son? ¿Qué diferencias hay entre ambos? Indica un ejemplo de cada 2. Nombra tres materiales artificiales e indica de que material natural procede. 3. Con los materiales naturales se pueden hacer materiales artificiales, pero también podemos hacer productos directamente. Nombra tres materiales naturales y dos productos que se pueden hacer con ellos directamente. 1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES SEGÚN SU NATURALEZA Podemos clasificar los materiales más usuales en los siguientes grupos: maderas, metales, plásticos, materiales pétreos, cerámicas y vidrios o materiales textiles. Material Aplicaciones Propiedades Ejemplos Obtención Madera y sus derivados • Muebles • Estructuras • Embarcaciones • No conduce el calor ni la electricidad • Fácil de trabajar Metal • • • • Clips Cuchillas Cubiertos Estructuras • Buen conductor del calor y la electricidad • Buena resistencia mecánica • Bolígrafos • Carcasas de electrodomésti cos • Envases • Ligero • Mal conductor del calor y la electricidad • Encimeras • Fachadas y suelo de edificios • Muros • Pesados y resistentes • Difíciles de trabajar • Buenos aislantes del calor y la electricidad Plástico Pétreos Cerámica y vidrio Textiles • Pino • Roble • Haya • Acero • Cobre • Aluminio A partir árboles de los A partir de determinados minerales • PVC • PET • Porexpán (corcho blanco) • Metacrila to Mediante procesos químicos, a partir del petróleo • Mármol • Granito Se obtienen de las rocas en canteras • Vajillas • Ladrillos, tejas • Cristales • Duro • Frágil • Transparente (sólo vidrio) • Porcelana • Vidrio Cerámica: a partir de arcillas y arenas por moldeado y cocción en hornos. Vidrio: se obtiene mezclado y tratado arena silícea, caliza y sosa. • Ropa • Toldos • Flexibles y resistentes • Fáciles de trabajar • Algodón • Lana • Nailon Se hilan y tejen fibras de origen vegetal, animal o sintético 20 Dpto. De Tecnología Materiales de uso técnico: metales Pag. 2 I.E.S. Antonio Glez Glez-Tejina 2º E.S.O. Ejercicios 4. Clasifica los materiales atendiendo a su naturaleza, nombrándolos sin definirlos y poniendo dos ejemplos de cada uno. 5. (*) Dar dos ejemplos de objetos que conozcas hechos con: a) Cobre b) Aluminio c) Madera de pino d) Poliéster e) Vidrio f) Plata g) Hormigón armado. 1.3. OTROS MATERIALES Algunas veces necesitamos combinar las propiedades de varios tipos de elementos en uno solo, para lo cual se usan materiales compuestos. Un ejemplo de material compuesto es le tetrabrick, que está formado por capas de material plástico, cartón y aluminio. El plástico hace que sea impermeable. El cartón aporta resistencia. El aluminio conserva los alimentos sin dejar pasar la luz. También son materiales compuestos el aglomerado y el contrachapado. Se fabrican a partir de láminas (contrachapado) o restos de madera (aglomerado) con cola. Existen también fibras de origen mineral como la fibra de vidrio, que aporta resistencia a algunos plásticos y da lugar a materiales resistentes y ligeros que se utilizan para fabricar raquetas o bicicletas por ejemplo. La fibra óptica es el material de las comunicaciones del siglo XXI porque es capaz de transmitir mucha más información que el cable de cobre. Es un hilo del grosor de un cabello, constituido por dos vidrios diferentes de gran pureza, uno conectado con el otro. 2. MATERIALES METÁLICOS 2.1. INTRODUCCIÓN Los metales son materiales con múltiples aplicaciones y se ha utilizado desde la prehistoria. Son elementos simples cuyas propiedades los convierten en uno de los materiales más importantes en la industria y en la sociedad. En la actualidad constituyen una pieza clave en prácticamente todas las actividades económicas. 21 Dpto. De Tecnología Materiales de uso técnico: metales Pag. 3 I.E.S. Antonio Glez Glez-Tejina 2º E.S.O. 2.2. PROPIEDADES MÁS IMPORTANTES DE LOS METALES Cada producto necesita de un material que cumpla determinadas características. Piensa: ¿sería útil fabricar un paraguas con un material que no sea impermeable? Para poder elegir adecuadamente un metal debemos conocer sus características o propiedades. Podemos definir las propiedades de un material como el conjunto de características que hacen que dicho material se comporte de un modo determinado ante una fuerza, la luz, el calor o la electricidad. Vamos a destacar las siguientes: Propiedades mecánicas de los metales: Gracias a estas propiedades, podemos saber cómo se comporta un metal cuando se somete a una fuerza. a) Dureza: Es la resistencia que ofrece un material a ser rayado, cortados o perforados. No todos los metales son duros, pues muchos de ellos son bastante blandos, como el plomo o el estaño. b) Resistencia mecánica: Es la capacidad que tiene un material de soportar una fuerza o una carga sin romperse. Esta fuerza puede ser de tracción (estirar), compresión, flexión (doblar) o torsión. Los metales suelen tener buena resistencia mecánica. c) Tenacidad: Es la resistencia que ofrece un material a romperse cuando se somete a un golpe. La mayoría de los metales son tenaces. Lo contrario de tenaz es frágil. d) Ductilidad: Capacidad que tienen algunos metales para ser alargados y estirados hasta convertirse en hilos. Por ejemplo, el oro es muy dúctil. e) Maleabilidad: Capacidad que tienen algunos metales para ser estirados y comprimidos hasta convertirse en láminas. Un metal dúctil suele ser maleable. f) Deformación elástica: Sucede cuando se deforma un material y este recupera su forma original al cesar las fuerzas que lo deformaron. Los metales, especialmente el acero, son elásticos hasta cierto límite. g) Deformación plástica: Sucede cuando se deforma un material y este no recupera su forma original al cesar las fuerzas que lo deformaron; es lo que le pasa también a materiales como el barro. Los metales sufren deformación plástica si las fuerzas son altas. Lo contrario de deformación plástica es deformación elástica. h) Son forjables: Un metal se puede calentar y golpear para darles forma. Es la forja. Propiedades térmicas: Gracias a estas propiedades, sabemos cómo se comporta un cuerpo ante el calor. a) Los metales sufren cambios de estado: Pueden pasar de sólido a líquido y a gas. Los metales suelen ser sólidos, pero pueden pasar de sólido a líquido cuando se eleva la temperatura, que normalmente es alta. Se dice que se funden o sufren fusión. Hay un metal, el mercurio, que es líquido a temperatura ambiente. b) Los metales se pueden moldear, es decir, se pueden fundir y, en estado líquido verter en un molde para que al enfriarse se solidifique y adopte la forma de éste. 22 Dpto. De Tecnología Materiales de uso técnico: metales Pag. 4 I.E.S. Antonio Glez Glez-Tejina 2º E.S.O. c) Algunos metales se pueden soldar: La soldadura consiste en unir metales a altas temperaturas. El acero se puede soldar, pero el aluminio no. d) Conductividad térmica: Capacidad de algunos materiales para dejar pasar el color y el frío a través de ellos. Todos los metales son buenos conductores térmicos. Propiedades eléctricas: Gracias a estas propiedades, sabemos cómo se comporta un material ante la electricidad. a) Conductividad eléctrica: Capacidad de algunos materiales de dejar pasar la corriente eléctrica a través de ellos. Todos los metales son buenos conductores eléctricos. Propiedades ópticas: Gracias a estas propiedades, sabemos cómo se comporta un material ante la luz. a) Reflejan la luz: Por eso los metales suelen ser brillantes. b) Todos los metales son opacos, es decir, no dejan pasar la luz. Propiedades químicas: Gracias a estas propiedades, podemos saber cómo se comporta un material cuando entra en contacto con otras sustancias. a) Se oxidan: Un material se oxida cuando se combina con el oxígeno para formar óxidos. Como el oxígeno se encuentra en el aire y en el agua, un metal puede oxidarse si entran en contacto con ellos. No todos los metales se oxidan. El oro, prácticamente no se oxida, pero el hierro puro se oxida con facilidad. Propiedades ecológicas: Estas son las propiedades relacionadas con el medio ambiente. a) Los metales se pueden reciclar, es decir, una vez desechado, se pueden reutilizar. b) Los metales no son biodegradables, pues la mayoría tarda mucho tiempo en descomponerse de forma natural. c) Los metales son materiales no renovables, es decir, algún día los metales se agotarán. d) Algunos metales son tóxicos, como el plomo o el mercurio, es decir, pueden dañar a los seres vivos. Ejercicios 6. El cobre es un metal más duro que el plomo. ¿Cómo se podría demostrar? 7. ¿Qué es un material frágil? ¿Qué es lo contrario de frágil? 8. ¿Crees que un material duro puede ser frágil? Razona tu respuesta. Dar dos ejemplos de materiales que sean duros y frágiles a la vez. 9. El plomo es un metal blando, pero no es frágil. Razona tu respuesta con una frase como... “El plomo es blando porque... pero es no es frágil porque..... “ 10. ¿En qué se diferencias los materiales maleables de los dúctiles? 11. ¿Qué es lo contrario de elástico? Razona tu respuesta. 12. Todos los metales se pueden fundir. ¿Qué significa eso? 13. El estaño es un metal que se puede fundir y soldar, además es dúctil maleable. 23 Explica qué significa tener cada una de esas propiedades. Escribe frases como, “El Dpto. De Tecnología Materiales de uso técnico: metales Pag. 5 I.E.S. Antonio Glez Glez-Tejina 2º E.S.O. estaño se puede fundir porque ...., se puede soldar porque ...., es dúctil porque... y es maleable porque...” 14. Dar tres ejemplos de materiales que cambien de estado (no todos tienen que ser metales). 15. Todos los metales tienen buena conductividad eléctrica. ¿Qué significa esto? 16. Dar cinco ejemplos de materiales aislantes de la corriente eléctrica 17. ¿Cuál es la causa de la oxidación de algunos metales? Nombra un metal que se oxide con facilidad y otro que no. 18. ¿Qué quiere decir que el acero..... a) es dúctil y maleable? b) es conductor del calor? c) tiene una temperatura de fusión de 1.480 ºC? d) es económico? e) se puede forjar? f) es tenaz? 19. Uno de los metales que más se reciclan es el hierro. ¿Qué significa que el hierro se puede reciclar? 20. ¿Por qué decimos que al reciclar reducimos el impacto medioambiental? 21. Los metales son materiales no renovables. ¿Qué significa esto? Indica un ejemplo de material que sí sea renovable. 22. El mercurio es un metal muy tóxico. ¿Qué significa que sea tóxico? 23. Indica cuales de estas características no son ciertas para la mayoría de los metales, y corrígelas: a) Poseen un brillo característico. b) Con ellos es difícil obtener hilos y planchas. c) Presentan una gran elasticidad. d) Son malos conductores eléctricos, y buenos conductores térmicos, y acústicos. e) Sólidos a temperatura ambiente, salvo el mercurio. f) La temperatura de fusión suele ser muy baja. g) Son tenaces. h) Presentan buena resistencia mecánica a los esfuerzos de tracción, compresión y flexión. i) Suelen ser reciclables y biodegradables. 24. (*) Completa las siguientes frases: • La propiedad que tienen los metales de deformarse permanentemente cuando actúan fuerzas externas se llama______________. La propiedad de los metales para ser extendidos en láminas muy finas sin romperse es la ________________. Se llama ___________________ la propiedad que tienen los metales de recuperar su forma original tras la aplicación de una fuerza. • Las propiedades ________________ son las relativas a la aplicación de calor. • Todos los metales trasmiten _______ ______ el calor. • Los metales se ____________ cuando aumenta la temperatura y se ______________ si disminuye. 24 Dpto. De Tecnología Materiales de uso técnico: metales Pag. 6 I.E.S. Antonio Glez Glez-Tejina 2º E.S.O. • Gracias a su fusibilidad muchos metales se pueden _____________ con facilidad a otras piezas. • Un material resistente a los golpes es un material __________________. • Los metales se caracterizan por ser buenos conductores tanto del _____________ como de la _________________ • Pueden estirarse en hilos muy finos, es decir, son _____________, o en láminas muy finas, es decir, son _______________.´ 2.3. OBTENCIÓN DE LOS METALES Los metales no se suelen encontrar puros en la naturaleza, puesto que suelen encontrarse combinados con otros materiales. Los metales son materiales que se obtienen a partir de minerales que forman parte de las rocas; por ejemplo: • El hierro se extrae de la magnetita o la siderita. • El cobre se obtiene de minerales como la calcopirita o la malaquita. • El aluminio se extrae de la bauxita. La extracción del mineral se realiza en minas. Mina a cielo abierto Hay casos raros en que algunos metales pueden encontrarse en estado puro (oro, cobre,...). Estos metales se llaman nativos. Los minerales de los que se extraen los metales se componen de dos partes: − Mena: Parte aprovechable del mineral para obtener el metal. − Ganga: Parte no aprovechable para obtener el metal del mineral. Se dedica a otros usos. 25. ¿De donde provienen los metales? 26. ¿Cómo se presentan normalmente los metales en la naturaleza? 27. ¿Qué partes principales tienen los minerales metálicos? Define cada una de ellas. 28. ¿De dónde se extraen los minerales y en qué afecta al medio ambiente su extracción 29. (*) Rellena los huecos con las palabras adecuadas: ✔ La parte útil de un mineral, de la que podemos extraer el metal que nos interesa recibe el nombre de ............................... ✔ La industria que se encarga de los procesos de extracción y transformación de los metales de hierro se llama....................................... ✔ La industria que se encarga de los procesos de extracción y transformación de los metales se llama........................................ ✔ La parte desechable de un mineral se denomina....................................... ✔ Si un metal se encuentra en la naturaleza en estado puro se llama metal................... 25 Dpto. De Tecnología Materiales de uso técnico: metales Pag. 7 I.E.S. Antonio Glez Glez-Tejina 2º E.S.O. 2.3. CLASIFICACIÓN DE LOS METALES Suelen clasificarse atendiendo a su densidad, aunque hay algunas excepciones debido a sus propiedades especiales y a su importancia industrial e histórica. Los metales se clasifican en: Tipos FÉRRICOS METALES NO FÉRRICOS Ejemplos - Hierro puro Aquellos metales cuyo componente principal es - Acero el hierro - Fundiciones Materiales metálicos que no contienen hierro. - Cobre - Estaño - Plomo A) Pesados Densidad alta B) Ligeros Densidad media - Aluminio C) Ultraligeros Densidad baja - Magnesio Densidad alta - Oro - Plata - Platino D) Nobles NOTA: La densidad es la relación entre la masa de una sustancia y el volumen que ocupa. Ejercicios 30. Los metales se clasifican en dos grandes grupos. ¿Cuáles son? ¿Qué diferencias existen entre ellos? Indica dos ejemplos de cada tipo 31. Los metales no férricos se clasifican según su densidad en tres grupos. ¿Cuáles son? Indica un ejemplo de cada tipo. 32. Existen unos metales muy especiales porque tienen mucho valor. Son los metales nobles. ¿Cuáles son? ¿Son pesados o ligeros? 2.4. ALEACIONES Normalmente, los materiales metálicos no se utilizan en estado puro, sino formando aleaciones. Una aleación está compuesta de dos o más elementos, siendo al menos uno metálico. Como, por ejemplo: • • • El acero, aleación de hierro y carbono. El bronce, aleación de cobre y estaño. El latón, aleación de cobre y cinc. Ejercicios 33. ¿Qué es una aleación? aleaciones. Pon tres ejemplos de 26 Dpto. De Tecnología Materiales de uso técnico: metales Pag. 8 Unidad 5: Estructuras 27 TECNOLOGÍAS 2OESO U.T. 3: ESTRUCTURAS Estructuras naturales: tanto de origen animal (nidos de aves, presas de los castores, colonias de corales, colmenas y avisperos, túneles de los topos, ratones, huevos de aves, caparazones....); vegetal (troncos, ramas de árboles y arbustos, tallos de plantas....); y geológico (cuevas, montañas.....) I. INTRODUCCIÓN S i aplastamos la goma de borrar con los dedos estamos aplicando una fuerza capaz de deformarla. Si empujamos el lápiz con un dedo, la fuerza provoca el desplazamiento del lápiz. La Tierra nos atrae con una fuerza (la de la gravedad) proporcional a la cantidad de materia (masa) de nuestro cuerpo... En el mundo existen innumerables ejemplos de lo que llamamos fuerza, pero: ¿qué es realmente una fuerza? Una fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de modificar su estado de movimiento o reposo. Estructuras artificiales: creadas por el hombre: puentes, barcos, edificios, torres, carcasas.....Estudiaremos éstas en un apartado posterior, ya que antes deberemos conocer algunos elementos arquitectónicos que nos faciliten su estudio. II. CARGAS Y ESFUERZOS EN LAS ESTRUCTURAS Los productos tecnológicos por sencillo que sean, han de disponer de un esqueleto o armazón que soporte su propio as estructuras se ven sometidas a fuerzas externas, tales como peso, lo proteja frente a fuerzas externas y, además, mantenga pesos de objetos situados sobre ellas, su propio peso, la fuerza unidos todos sus elementos. Dicho de otro modo, todo objeto del viento, del oleaje...etc. Así, la estructura de un edificio debe poseer una estructura que soporte las fuerzas a las que habrá de soportar el peso de todos los elementos del edificio (vigas, se ve sometido. pilares, ladrillos...), el peso de las personas, los muebles, la fuerza L del viento.... La estructura de un objeto es el conjunto de elementos que permiten, mantener su tamaño y forma (sin deformarse en exceso) cuando sobre él actúa fuerzas externas. Por consiguiente, las funciones de una estructura son: A estas fuerzas externas aplicadas sobre las estructuras se les denominan CARGAS. Las fuerzas externas que actúan sobre una estructura se denominan cargas. Soportar pesos: el peso de los elementos sobre la estructura, y el peso mismo del objeto y de la propia estructura). (Ej: los pilares de un puente, la estructura de un edificio...) Las cargas que soportan las estructuras generan fuerzas internas en la propia estructura (tensiones), que tienden a deformarlas y/o romperlas. A estas fuerzas deformantes producidas por las cargas se las llaman esfuerzos. Resistir fuerzas externas (Ej: la pared de una presa o dique soporta la fuerza del agua contenida...). Se denomina esfuerzo a la tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas.. Mantener la forma: evitar las deformaciones en exceso, que pueden llevar a la rotura, las estructuras deben de ser capaces de soportar pesos y resistir Por ejemplo, imagínate que tu compañero te tira de un dedo de fuerzas sin llegar a deformarse (Ej: los tirantes de un la mano. Tu mano sería la estructura, mientras que la fuerza externa que hace tu compañero para estirar de ti sería la carga. puente....). El esfuerzo sería la tensión que notas en el dedo, que te causa Servir de protección (el chasis de un automóvil cierta molestia. Si tu compañero hiciese mucha fuerza, el protege a los pasajeros, la carcasa de un móvil protege esfuerzo que sufrirías podría llegar a doblarte o romperte el dedo. los elementos electrónicos de su interior....) Las estructuras están presentes en todo lo que nos rodea Los tipos de esfuerzo más importantes, vistos en el tema de los pudiéndolas encontrar tanto en los seres vivos como en los materiales son: tracción, compresión, flexión, torsión, y cizalla. objetos (caparazón de un caracol, tronco de un árbol, máquinas, Vamos a repasarlos: 28 muebles, edificios, etc.). De ahí que las estructuras suelen clasificarse atendiendo a su origen en: U.T.3: ESTRUCTURAS http://www.pelandintecno.blogspot.com PÁGINA 2 DE 11 TECNOLOGÍAS 2OESO U.T. 3: ESTRUCTURAS Tracción: la fuerza tiende a alargar el objeto. III. PROPIEDADES BÁSICAS DE LAS ESTRUCTURAS Para que una estructura realice correctamente sus funciones ha de ser resistente (soportar las tensiones a las que se ve sometida sin romperse), estable (mantenerse en su posición original sin desmoronarse o caerse al verse sometida a esfuerzos.....) y rígida (no se deforme ante los esfuerzos a los que se ve sometida). Compresión: la fuerza tiende a acortar el objeto. Flexión: la fuerza tiende a curvar o doblar el objeto. La resistencia de la estructura depende de la forma de dicha estructura, del tipo (acero, hormigón, madera, papel...) y de la cantidad de material. Del mismo modo, la forma de una estructura está íntimamente relacionada con la rigidez. Así cuanto más canto tenga una viga mayor será su rigidez. Para aumentar la rigidez de la estructura se puede recurrir a una técnica denominada triangulación, asociada a aquellas estructuras de barras o perfiles (torretas de alta tensión, grúas, puentes....). TRIANGULACIÓN Torsión: la fuerza tiende a retorcer el objeto. Una estructura con forma de polígono distinta al triángulo (por ejemplo un cuadrado, figura A) se deformará al aplicarle una fuerza. (figura B) Cizalla o cortadura: la fuerza tiende a cortar el objeto. En este caso la fuerza es paralela a la superficie que se rompe. El triángulo es el único polígono que no se deforma cuando se le aplica una fuerza. Por consiguiente, se puede obtener estructuras rígidas haciendo que los elementos estructurales formen triángulos indeformables (figura C). A esta operación se le denomina triangulación. 29 U.T.3: ESTRUCTURAS http://www.pelandintecno.blogspot.com PÁGINA 3 DE 11 TECNOLOGÍAS 2OESO U.T. 3: ESTRUCTURAS La estabilidad está relacionada claramente con el centro de De ese modo, podremos aumentar la estabilidad (además de gravedad (o punto en el que podemos representar todo el peso colocando tirantes) aumentando las dimensiones de su base o bajando su centro de gravedad. del objeto). En general se cumplen las siguientes normas: a) Si la base sobre la que se apoya la estructura es grande la estructura será estable. IV. ELEMENTOS b) Cuanto más abajo se sitúe el centro de gravedad más ARQUITECTÓNICOS estable será la estructura. De ese modo se concentra casi toda la masa de la estructura cerca de la base. Como ya hemos visto, la misión que ha de cumplir cualquier estructura es la de soportar los esfuerzos a que se la somete, sin romperse ni deformarse en exceso. Para ello existen una serie de elementos que forman parte de la mayoría de las estructuras y que son los encargados de darle la suficiente resistencia. Los principales son: c) El centro de gravedad debe situarse dentro de la base. Sino es así, la estructura será INESTABLE, y por lo tanto, automáticamente volcará. Cimientos: es el elemento encargado de soportar y repartir en el suelo todo el peso de la estructura, impidiendo que ésta sufra movimientos importantes. La vertical del centro de gravedad La vertical del centro de gravedad cae dentro de la base cae fuera de la base (el coche no vuelca) ( el coche vuelca) Cimentación: es el conjunto de elementos estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la edificación al suelo. CENTRO DE GRAVEDAD El centro de gravedad de un objeto es el punto teórico en el que tendría que estar concentrada toda su masa para poder considerarlo, de forma simplificada, como un objeto sin dimensiones (un punto). Es el punto en el que se aplicaría la fuerza de gravedad, como resultante de las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas partículas que componen el cuerpo. Pilares: es un elemento estructural en forma de barra que se apoya verticalmente, cuya función es la de soportar el peso de otras partes de la estructura y transmitirla a la cimentación. Los pilares, a diferencia de la columna, tienen sección poligonal (cuadrada, rectangular…). Columnas: Pilar de sección ,mas o menos circular. Por ejemplo, si quieres mantener en equilibrio el bolígrafo sobre un dedo, debes encontrar su centro de gravedad para que el bolígrafo no se incline hacia ningún lado. Igual ocurre con una carpeta, una hoja, etc. 30 U.T.3: ESTRUCTURAS http://www.pelandintecno.blogspot.com PÁGINA 4 DE 11 TECNOLOGÍAS 2OESO U.T. 3: ESTRUCTURAS Vigas:Elemento estructural con forma de barra que se coloca horizontalmente y se apoya sobre las columna y pilares. Fig 4: Algunos tipos de arcos Vigueta: Elemento estructural con forma de barra que se coloca horizontalmente y se apoya sobre las vigas. Zapata: Cubo de hormigón que aumenta la superficie de apoyo de un pilar. Dintel: Viga maciza que se apoya horizontalmente sobre dos soportes verticales y que cierra huecos tales como ventanas y puertas. Fig 1: Crómlech de Stonehenge (Gran Bretaña). Tirantes: es un elemento constructivo que está sometido principalmente a esfuerzos de tracción. Fig 2: Tower Bridge (Londres) Arco: es el elemento estructural, de forma curvada, que salva el espacio entre dos pilares o muros. Está compuesto por piezas llamadas dovelas, y puede adoptar formas curvas diversas. Es muy útil para salvar espacios relativamente grandes con piezas pequeñas, existiendo múltiples tipos de arco. Fig 3: Arcos de medio punto y contrafuertes del acueducto de Elvas. U.T.3: ESTRUCTURAS Arco de medio punto (Estilo: románico) Arco apuntado (Estilo Gótico) Arco de herradura (Estilo: visigodo e islámico) Arco lobulado: (Estilo: islámico) Una bóveda es un elemento arquitectónico de forma curva, que sirve para cubrir el espacio comprendido entre dos muros o una serie de pilares alineados. Fig 5 Cargas y tensiones en una bóveda La cúpula o bóveda esférica: es un elemento arquitectónico que se utiliza para cubrir un espacio de planta circular, cuadrada, poligonal o elíptica. Fig 6: Cúpula de San Pablo (Londres) http://www.pelandintecno.blogspot.com 31 PÁGINA 5 DE 11 TECNOLOGÍAS 2OESO U.T. 3: ESTRUCTURAS Contrafuerte, también llamado estribo, es un engrosamiento de un muro, normalmente hacia el exterior, usado para transmitir las cargas transversales a la cimentación. Fig 7: Contrafuertes V. TIPOS DE ESTRUCTURAS ARTIFICIALES A lo largo de la historia se han empleado diferentes tipos de estructuras para las edificaciones, desde las chozas de piles, madera y piedras, hasta los castillos hinchables y cúpulas geodésicas, pasando por los acueductos, castillos, grandes catedrales, puentes colgantes... 1. ESTRUCTURAS MASIVAS Y ADINTELADAS Son estructuras muy pesadas y macizas, construidas con elementos muy gruesos, anchos y resistentes. Las primeras Un arco arbotante, o arbotante, es un elemento construcciones realizadas por el hombre se obtuvieron estructural exterior con forma de medio arco que recoge excavando en la roca o acumulando materiales sin dejar apenas la presión en el arranque de la bóveda y la transmite a huecos. un contrafuerte, adosado al muro de una nave lateral. Ejemplos claros son las pirámides mayas y egipcias, iglesias escavadas en la roca....Se emplearon dinteles de piedra o madera para las ventanas o pasos libres, como por ejemplo en los templos griegos. Fig 10: Pirámide maya Fig 8: Arbotantes y su función. Perfiles: barras, normalmente metálicas, de distintas secciones que se emplean para conseguir estructuras más ligeras que soportan grandes pesos con poca cantidad de material. Fig 11: Partenón (Atenas, Grecia). 2. ESTRUCTURAS ABOVEDADAS Fig 9: Secciones de diferentes perfiles. U.T.3: ESTRUCTURAS El descubrimiento posterior del arco y la bóveda permitió cubrir cada vez espacios mayores, aumentando los huecos de las estructuras. Con este tipo de estructuras se construyeron edificios realmente grandes, tales como catedrales, panteones, basílicas.... Los elementos arquitectónicos 32 de este tipo de estructuras se siguen empleando actualmente. http://www.pelandintecno.blogspot.com PÁGINA 6 DE 11 TECNOLOGÍAS 2OESO U.T. 3: ESTRUCTURAS Fig 12: Arcos de medio punto (arco superior) y de herradura (arco inferior) de la mezquita de Córdoba. 5. ESTRUCTURAS COLGANTES En este caso las estructuras emplean cables, llamados tirantes (cuando se pueden regular estirándolos o acortándolos se llaman tensores) de los que cuelgan gran parte o el resto de la estructura. Ejemplos: carpas, puentes colgantes, antenas, cubiertas de pabellones, torres.... 3. ESTRUCTURAS ENTRAMADAS Estructuras constituidas por barras de hormigón o acero unidas de manera rígida formando un emparrillado, donde cada elemento de la estructura tiene un cometido diferente.Son las estructuras empleadas en los edificios de bloques de pisos. Fig 15: Puente de Rande sobre la ría de Vigo. 6. ESTRUCTURAS LAMINARES Están constituidas por láminas finas de metal, plástico o materiales compuestos que se emplean como carcasas en todo tipo de objetos y en cubiertas onduladas que envuelven y protegen. A pesar de su poco espesor ofrecen una gran resistencia debido a su curvatura (“actúan como bóvedas”). Ejemplos: chasis del coche, carcasa del ordenador, de un teléfono móvil etc. Fig 13: Ejemplo de estructura entramada. Fig 16: Ejemplos de estructuras laminares. 4. ESTRUCTURAS TRIANGULADAS Basadas en el empleo de perfiles, normalmente metálicos, obteniéndose estructuras muy ligeras y resistentes. Ejemplos: grúas, andamios, puentes, torretas de alta tensión,.... Fig 14: Descarga en el puerto de Marín de los trolebuses procedentes de Londres; y torre de alta tensión. 33 U.T.3: ESTRUCTURAS http://www.pelandintecno.blogspot.com PÁGINA 7 DE 11 TECNOLOGÍAS 2OESO U.T. 3: ESTRUCTURAS EJERCICIOS TEMA 03: ESTRUCTURAS 1. Completa las frases siguientes, usando las siguientes palabras: cargas, fuerzas, artificiales, estructura, realizadas, naturales, soportar, esfuerzo, deforme. ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ Una …… es el conjunto de elementos de un cuerpo destinados a … las …… que actúan sobre el, haciendo que no se…… Las estructuras .......................... son aquellas creadas por la naturaleza. Las estructuras diseñadas y ………….. por el hombre las llamaremos .................................................. . Una .......... es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de modificar su estado de movimiento o reposo. Las fuerzas externas que actúan sobre una estructura se denominan ....... Un ........ es la tensión interna que experimenta un cuerpo cuando se somete a una o varias fuerzas. c) d) P P 7. En cada figura, indica el tipo de esfuerzo que experimenta el elemento estructural indicado: 2. ¿Cómo se llama a todo aquello capaz de deformar un cuerpo o alterar su estado de movimiento? 3. ¿Cuáles son las principales funciones de una estructura? 4. Completa los espacios vacíos con la palabra adecuada: ✔ Una ......... es un conjunto de elementos capaces de soportar fuerzas y de transmitirlas a los puntos donde se apoya con el fin de ser resistente, rígida y estable. ✔ Una estructura es ............ cuando conserva su posición al aplicarle cargas. ✔ Las fuerzas que actúan sobre una estructura se llaman ................ ✔ Una estructura es ......... cuando conserva su forma al aplicarle cargas. ✔ Un .............. es la fuerza que aparece en los elementos estructurales cuando está sometido a otras cargas. 5. Relaciona mediante flechas los tipos de esfuerzo con el verbo adecuado: Tracción Retorcer Compresión Cortar Flexión Estirar Torsión Aplastar Cizalla Doblar 6. Determina qué tipo de esfuerzos sufre la barra negra en cada una de las siguientes situaciones (se indica con la letra P un objeto pesado). a) b) P P U.T.3: ESTRUCTURAS 8. Relaciona cada una de las siguientes acciones u objetos con el tipo de esfuerzo aplicado o que soporta: a) Pulsar los botones del mando de la TV b) Hinchar un globo c) Saltar sobre una cama elástica. d) Abrir el tapón roscado de un cartón de leche. e) Poner la tapa al bolígrafo f) Quitar la tapa al bolígrafo 34 g) Clavar un clavo en una tabla h) El tapón roscado de una botella, al abrirla. http://www.pelandintecno.blogspot.com PÁGINA 8 DE 11 TECNOLOGÍAS 2OESO U.T. 3: ESTRUCTURAS i) Bisagras de una ventana cuando se abre j) Cerrar una cremallera k) El cable de una grúa l) La patas de un taburete m) La unión del larguero y el poste de una portería de fútbol n) El radio (hueso del brazo) al estar de pié con los brazos caídos o) La barra en la que hacen ejercicios los gimnastas p) El cuello de una botella con tapón de rosca q) Clavo que sujeta un cuadro r) Cortar un cable s) Las muletas al caminar t) Cimentos de un edificio u) Cable del que cuelga una lámpara v) Pilares de un puente w) Pomo de un cajón al abrirlo x) El fémur (hueso de la pierna) estando de pié y) Una llave al abrir la cerradura z) Una alcayata de que cuelga un cuadro aa)Abrir una cremallera 9. La siguiente figura aparece una estructura indeformable formada por tres perfiles sometidos a una carga ( la dirección y sentido de la carga está indicada con la flecha). Indica el esfuerzo al que se ve sometido cada perfil. a) b) c) 15.Indica cuáles de las siguientes frases son verdaderas con respecto el centro de gravedad (c.d.g.) a) El c.d.g. es el punto donde se concentra toda la masa de un objetos. b) Para mejorar la estabilidad de un objeto tendremos que aumentar la superficie de su base. c) Para mejorar la estabilidad tendremos que aumentar el peso en la base del objeto. d) Cuanto más pesada sea la base, más bajo tendremos el c.d.g. del objeto. e) El c.d.g. es el punto del objeto donde consideramos concentrada toda su masa. 16.¿Cuál de las dos canastas es más estable? ¿Por qué? a) b) 17.Explica por qué una copa es menos estable que un vaso normal con el mismo tamaño de base. 18.Las tres torres del dibujo tienen la misma altura, pero su forma es diferente. Razona cuál es la mas estable de todas y cuál la más inestable. 10.¿Qué tres condiciones ha de cumplir una estructura? 11.Cuando una estructura no vuelca se dice que es..... ✗ Resistente ✗ Rígida ✗ Estable 12.Cuando una estructura al aplicar la carga no se deforma se dice que es...... ✗ Resistente ✗ Rígida ✗ Estable 13.Una estructura se hace más estable cuando......(señala las respuestas correctas): ✗ ✗ se triangula se ensancha su base ✗ ✗ se le colocan tirantes se baja su centro de gravedad 14.Una estructura se hace más rígida cuando......(señala las respuestas correctas) ✗ ✗ se triangula se ensancha su base U.T.3: ESTRUCTURAS ✗ ✗ se le colocan tirantes se baja su centro de gravedad 19.Indicar si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. Corrige las frases que sean falsas; REESCRIBIÉNDOLAS completamente para hacerlas verdaderas. a) Una estructura es rígida cuando al empujarla no vuelca. b) Una estructura es estable cuando al aplicar una fuerza no se deforma. 35 c) Las torres de alta tensión son estructuras trianguladas d) Todos los perfiles ofrecen la misma resistencia. http://www.pelandintecno.blogspot.com PÁGINA 9 DE 11 TECNOLOGÍAS 2OESO U.T. 3: ESTRUCTURAS e) Una estructura cuadrangular es estable. f) Un polígono cerrado de tres lados constituye una estructura rígida. g) Una estructura es rígida si es capaz de mantenerse en pie, sin volcarse ni caerse. 22.Indica el tipo de arco de cada fotografía, y el estilo arquitectónico al que pertenece 20.Indica a qué elemento estructural se refiere de estas definiciones: a) Elemento encargado de soportar y repartir en el suelo todo el peso de una estructura. a) b) c) d) e) f) b) Elemento estructural, de forma curvada, que salva el espacio entre dos pilares. c) Elemento arquitectónico de forma curva, que sirve para cubrir el espacio comprendido entre dos muros o una serie de pilares alineados. d) Elemento estructural en forma de barra que se apoya verticalmente, cuya función es soportar el peso de otras partes de la estructura y de transmitirla a la cimentación. e) Pilares con sección más o menos circular. f) Barra, normalmente metálica, de distintas secciones que se emplean para conseguir estructuras más ligeras que soportan grandes pesos con poca cantidad de material. g) Elemento arquitectónico que se emplea para cubrir un espacio de planta circular, cuadrada, poligonal o elíptica. h) Conjunto de elementos estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la edificación al suelo. i) Engrosamiento de un muro, usado para transmitir las cargas transversales a la cimentación. j) Elemento alargado que está sometido principalmente a esfuerzos de tracción. k) Elemento estructural con forma de barra que se coloca horizontalmente y se apoya sobre las columnas y pilares. l) Elemento estructural con forma de barra que se coloca horizontalmente y se apoya sobre las vigas. m) Viga maciza que se apoya horizontalmente y que cierra los huecos tales como puertas y ventanas. 21.Identifica en la siguiente figura los elementos estructurales marcados: 1 a) Estructuras ___: Son estructuras muy _________que se construyen sin dejar apenas ______ dentro de la estructura. Ejemplo: Pirámides de Egipto o templos griegos. b) Estructuras _______: Son estructuras que tienen __________ y ______. Los arcos y bóvedas permiten _____________en la estructura. Muy comunes en iglesias y catedrales. c) Estructuras ___________: Son las estructuras que se utilizan en los ____________ de hoy en día. Están constituidas por barras de __________ o acero unidas entre sí. d) Estructuras_________: Están formadas por barras unidas entre sí en forma de ________. Ejemplo: Una grúa de la construcción. 2 3 4 U.T.3: ESTRUCTURAS 23.Completa las siguientes frases: e) Estructuras_______: Estas estructuras emplean _______________de los que cuelga parte de la estructura. Esos cables se llaman _____ o ________ y tienden a ______. 36 f) Estructuras____: Está formada por________.Ejemplo: carrocería de un coche, carcasa de una tele, … http://www.pelandintecno.blogspot.com PÁGINA 10 DE 11 TECNOLOGÍAS 2OESO U.T. 3: ESTRUCTURAS 8. 24.Identifica el tipo de estructura que se muestra en cada fotografía: 1. 9. 2. 25.Indicar el tipo de estructura de los siguientes objetos o construcciones: 3. 4. 5. 6. 7. a) Lápiz e) Bolígrafo b) Stonehenge f) La iglesia del Cole. c) El edificio del Cole g) Puente de Rande d) Andamio h) Goma de borrar 37 U.T.3: ESTRUCTURAS http://www.pelandintecno.blogspot.com PÁGINA 11 DE 11
