1. Estructuras y mecanismos
¿Qué es la fuerza?

2. Fuerzas y estructuras
 Fuerza: Todo aquello capaz de deformar un
cuerpo o de alterar su estado de movimiento o
reposo.
 Si sólo deforma el cuerpo se dice que produce
un efecto estático.
 Si cambia el estado de movimiento o reposo se
denomina efecto dinámico.

3. Fuerzas y estructuras
 ¿Qué fuerzas pueden intervenir, por ejemplo,
en una casa?
 Fuerzas de la naturaleza, como pueden ser:
 Fuerza de la gravedad.
 Fuerza del viento. (Huracanes)
 Fuerza del agua. (Tsunamis)

4. Fuerzas y estructuras

5. Fuerzas y estructuras
 Debido a las distintas fuerzas que actúan sobre
un cuerpo nace la necesidad de crear un
conjunto de elementos que soporten las
fuerzas que sobre ese cuerpo actúan. La
estructura impide así que ese cuerpo se rompa
o se deforme en exceso.
 Todos los cuerpos tienen una estructura que
les permite mantener su forma y no romperse
bajo la acción de las fuerzas que actúan sobre
ellos.

6. Fuerzas y estructuras
 Tipos de estructuras:
➢ Estructuras naturales
➢ Estructuras artificiales
 ¿Sabríais poner un ejemplo de cada una de
ellas?

7. Fuerzas y estructuras
 Ejemplo de estructura artificial:
➢ Panal de abejas: El empaquetamiento
hexagonal de celdas es la forma más efectiva
de agrupar tantas celdas como sea posible en
un espacio limitado, dejando el mínimo espacio
vacío.

8. Fuerzas y estructuras
 Ejemplo de estructura natural
➢ El Gran Cañón del Colorado: El cañón fue
creado por el río Colorado, cuyo cauce socavó
el terreno durante millones de años. Tiene unos
446 km de longitud, cuenta con cordilleras de
entre 6 a 29 km de anchura y alcanza
profundidades de más de 1.600 m.

9. Esfuerzos
 Se denominan cargas a las distintas fuerzas
que actúan sobre una estructura.
 Hay 2 tipos principales de cargas:
➢ Cargas fijas o permanentes
➢ Cargas variables

10. Esfuerzos
 ¿Qué cargas actúan sobre el hombre de la
imagen y de qué tipo son?

11. Esfuerzos
 ¿Cómo afectan las distintas cargas a una
estructura?
 Depende de:
➢ La dirección de la carga.
➢ La intensidad.
➢ El punto de aplicación.
➢ La forma de la estructura.

12. Esfuerzos
 Si se aplica la misma carga a las estructuras mostradas:
➢ ¿Cuál de ellas soportará más carga?
➢ Será igual la carga sobre el banco si un niño se sienta que si se
tumba?
➢ ¿Se deforma de la misma manera la silla que la hamaca?

13. Esfuerzos
 Estas cargas provocan tensiones internas en
las estructuras. A estas tensiones internas se
les denominan esfuerzos.
 Cargas=Fuerzas
 Tensiones internas=Esfuerzos

14. Esfuerzos
 Tipos principales de esfuerzos:
➢ Tracción: Las fuerzas tratan de estirar el
cuerpo sobre el que actúan

15. Esfuerzos
 Tipos principales de esfuerzos:
➢ Compresión: Las fuerzas tratan de aplastar o
comprimir el cuerpo sobre el que actúan

16. Esfuerzos
 Tipos principales de esfuerzos:
➢ Flexión: Las fuerzas tratan de doblar el cuerpo
sobre el que actúan

17. Esfuerzos
 Tipos principales de esfuerzos:
➢ Torsión: Las fuerzas tratan de retorcer el
cuerpo sobre el que actúan

18. Esfuerzos
 Tipos principales de esfuerzos:
➢ Cizalladura o cortante: Las fuerzas tratan de
cortar el cuerpo sobre el que actúan

19. Esfuerzos
 ¿Qué tipo de esfuerzos serían los siguientes?
➢ Esfuerzo sobre las patas de las sillas al
sentarse.
➢ Esfuerzo sobre una hoja al cortarla.
➢ Esfuerzo sobre un somier al acostarse.
➢ Esfuerzo sobre un cerrojo al girar una llave.
➢ Esfuerzo sobre la cuerda de una persiana al
subirla.
✗ Tracción, compresión, flexión, torsión o
cizalladura.

20. Condiciones de las estructuras
 El centro de gravedad: Es el punto de
aplicación del peso de un cuerpo.
Un cuerpo se mantiene en equilibrio porque
su centro de gravedad se encuentra
verticalmente alineado dentro de la superficie
de apoyo. Cuanto mayor es la base sobre la
que se apoya, mayor estabilidad tiene, porque
el centro de gravedad puede moverse sin
salirse de la base.
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21. Condiciones de las estructuras

22. Condiciones de las estructuras
 ¿ Qué tendrá más estabilidad; un camión
cargado o un camión vacío?
 ¿ Por qué?

23. Condiciones de las estructuras
 Estabilidad: Capacidad de una estructura de
mantenerse erguida y no volcar. Cuanto más
centrado sobre su base esté el centro de
gravedad y más cerca del suelo, mayor será la
estabilidad.

24. Condiciones de las estructuras
 Resistencia: Capacidad de una estructura de
soportar las tensiones a las que está sometida
sin romperse.
➢ ¿ Qué edificio requiere una mayor resistencia?
➢ ¿ Por qué? ¿ A qué tipo de esfuerzos están
sometidos?

25. Condiciones de las estructuras
 Rigidez: Capacidad de una estructura de no
deformarse o hacerlo tan levemente que el
objeto puede cumplir su función.

26. Condiciones de las estructuras
 Para que una estructura sea segura y fiable
debe ser:
➢ Estable.
➢ Resistente.
➢ Rígida.
¿ Cómo hacer que se cumplan estas 3
condiciones?

27. Condiciones de las estructuras
 Estabilidad: Se puede añadir masa a su base.
 Resistencia: Eligiendo un material adecuado.
 Rigidez: Dando a la estructura una forma
apropiada. Las triangulaciones son una buena
forma de dar rigidez a una estructura

28. Tipos de estructuras artificiales
 Las estructuras artificiales se clasifican en:
➢ Estructuras masivas y adinteladas.
➢ Estructuras abovedadas.
➢ Estructuras entramadas.
➢ Estructuras trianguladas.
➢ Estructuras colgantes.
➢ Estructuras neumáticas.
➢ Estructuras laminares.
➢ Estructuras geodésicas

29. Tipos de estructuras artificiales
 Estructuras masivas y adinteladas: Están
formadas por una acumulación de materiales
sin dejar apenas huecos entre ellos. Suelen
utilizar ”dinteles” para ventanas y puertas.

30. Tipos de estructuras artificiales
 Un dintel es una barra horizontal que se coloca
sobre dos soportes verticales, con la finalidad
de dejar un hueco.

31. Tipos de estructuras artificiales
 Estructuras abovedadas: Las bóvedas son
varios arcos uno a continuación del otro, que a
su vez son una combinación de dovelas.
dovela
boveda
arco

32. Tipos de estructuras artificiales
 Hay diferentes tipos de arcos:
➢ De medio punto.
➢ Apuntado.
➢ De herradura.
➢ Lobulado.
Para entregar: Ejercicio 10 página 160

33. Tipos de estructuras artificiales
 Estructuras entramadas: Las utilizadas en la
actualidad para los bloques de pisos. Están
formadas por los siguientes elementos:
➢ Forjado: Es la estructura que se encuentra bajo
el suelo. Está formado por viguetas y bovedillas
cerámicas.

34. Tipos de estructuras artificiales
 Ejemplos de forjado bidireccional (izq.) y
unidireccional (der.)

35. Tipos de estructuras artificiales
➢ Pilares: Son las columnas o pilastras verticales
que se encargan de llevar el peso hasta la
cimentación.
➢ Cimentación: Elemento intermedio que actúa
como la suela de los zapatos. Puede hacerse
con losas, zapatas y pilotes.
Actividad 13 página 161.

36. Tipos de estructuras artificiales
 Estructuras trianguladas: Normalmente de
madera o de metal, son muy ligeras y
presentan gran versatilidad y resistencia, dado
que utilizan los triángulos como figura
geométrica indeformable.
 Estructuras colgantes: Utilizan cables para
sujetar gran parte de la estructura.
 Estructuras neumáticas: Son desmontables y
ligeras, permitiendo transportarlas e instalarlas
rápidamente (castillos flotantes).

37. Tipos de estructuras artificiales
 Estructuras laminares: Formadas por finas
láminas de metal, ofrecen una elevada
resistencia debido a su curvatura (Carrocería
de coches).
 Estructuras geodésicas: Son estructuras
trianguladas tridimensionales que combinan las
propiedades de las bóvedas con las de las
estructuras de barras.
➢ Actividad 14 página 163.

38. Los mecanismos
 Son los que permiten el movimiento de los
objetos. Son elementos destinados a transmitir
y transformar fuerzas y movimientos desde un
elemento motriz a un elemento receptor.
 Los mecanismos se clasifican en:
➢ Mecanismos de transmisión de movimientos.
➢ Mecanismos de transformación de
movimientos.
➢ Otros mecanismos.

39. Mecanismos de transmisión de
movimientos
➢ Transmisión lineal.
➢ Transmisión circular.

40. Mecanismos de transmisión de movimientos –
transmisión lineal - polea
 Polea: Permite vencer de una forma cómoda
una resistencia R, aplicando una fuerza F.
Puede ser fija o móvil.
➢ Polea fija: Se encuentra en equilibrio cuando la
fuerza aplicada F es igual a la carga R.

41. Mecanismos de transmisión de movimientos –
transmisión lineal - polea
➢ Polea móvil: Se encuentra en equilibrio cuando
F=R/2, reduciéndose así la fuerza necesaria a
la mitad.

42. Mecanismos de transmisión de movimientos –
transmisión lineal - polipasto
 Polipasto: Constituido por dos grupos de
poleas. Mayor número de poleas implica más
complejidad, pero también menor esfuerzo
necesario para vencer la resistencia.
¿Se podría llegar a necesitar una fuerza nula
para vencer una resistencia si añadimos
muchas poleas?

43. Mecanismos de transmisión de movimientos –
transmisión lineal - palanca
 Palanca: Se encuentra en equilibrio cuando el
producto de la fuerza por su distancia al punto
de apoyo es igual al producto de la resistencia
por su distancia con el punto de apoyo.
F·d=R·r

44. Mecanismos de transmisión de movimientos –
transmisión lineal - polea
Las palancas pueden ser:
➢ De primer grado: El punto de apoyo se
encuentra entre la fuerza y la resistencia.
(Balanza).
➢ De segundo grado: La resistencia se encuentra
entre el punto de apoyo y la fuerza (Carretilla).
➢ De tercer grado: La fuerza aplicada se
encuentra entre el punto de apoyo y la
resistencia (Pinza cubitera).
Ejercicios 16 y 17 página 165.

45. Mecanismos de transmisión de movimientos –
transmisión lineal
 ¿A qué distancia del punto de apoyo se tendrá
que situar una niña de 10 kg de masa para que
la barra de un balancín esté en equilibrio, si se
sabe que un niño de 15kg está a 1,5 metros de
dicho punto?
 ¿Qué fuerza es necesaria aplicar para levantar
una carga de 50kg con una polea fija? ¿Y si
utilizamos una polea móvil?

46. Mecanismos de transmisión de movimientos –
transmisión circular – ruedas o poleas
 Ruedas o poleas: Dos o más ruedas que se
encuentran en contacto directo (ruedas de
fricción) o a través de una correa (sistemas de
poleas con correa).

47. Mecanismos de transmisión de movimientos –
transmisión circular – ruedas o poleas
➢ Ruedas de fricción: A una de las ruedas se le
denomina motriz o de entrada. La otra rueda,
denominada de salida, gira en sentido contrario

48. Mecanismos de transmisión de movimientos –
transmisión circular – ruedas o poleas
➢ Sistemas de polea con correa: Son poleas
situadas a una cierta distancia, con ejes
paralelos, y que giran en el mismo sentido.
¿Qué modificación se podría hacer para que
girasen en sentido contrario?

49. Mecanismos de transmisión de movimientos –
transmisión circular – ruedas o poleas
Existe una relación entre las velocidades de giro
de cada rueda, denominada relación de
transmisión:
D1 N 2
=
D2 N 1
D1: Diámetro de la rueda motriz.
D2: Diámetro de la rueda de salida.
N2: Velocidad de giro de la rueda de salida.
N1: Velocidad de giro de la rueda motriz

50. Ejercicio
 Calcula la relación de transmisión en un
sistema de poleas con correa en el que la
rueda motriz tiene diámetro D1=20cm, mientras
que la conducida tiene diámetro D2=100cm. ¿A
qué velocidad y en qué sentido girará la rueda
conducida si la rueda motriz gira a 80 rpm?

51. Mecanismos de transmisión de movimientos –
transmisión circular – engranajes
 Engranajes: Se diferencian de los anteriores en
que los juegos de rueda poseen ”dientes”.
También existen los sistemas de engranajes
con cadena. La nueva relación de transmisión
se calcula como: Z 1 N 2
=
Z2 N1
Z1: número de dientes de la rueda motriz.
Z2: número de dientes de la rueda de salida.
N2: velocidad de giro de la rueda de salida.
N1: velocidad de giro de la rueda motriz.

52. Ejercicios

53. Mecanismos de transformación del
movimiento
 Transforman un movimiento circular en uno
rectilíneo o viceversa.

54. Mecanismos de transformación del
movimiento – conjunto manivela-torno
 Una manivela es una barra unida a un eje al
que hace girar, de forma que el esfuerzo
necesario para ello sea menor. El torno está en
equilibrio cuando:
F ·d=R·r

55. Ejercicio
 Un torno tiene un radio de 4 cm, y está unido a
una manivela de 25 cm. ¿Qué fuerza habrá
que aplicar a la manivela para levantar un peso
de 10 kg?

56. Mecanismos de transformación del
movimiento - piñón-cremallera
 El piñón-cremallera utiliza un piñón que mueve
a la cremallera en movimiento rectilíneo al girar
o viceversa.

57. Mecanismos de transformación del
movimiento - biela-manivela
 El conjunto biela-manivela utiliza una barra en
la cuál un extremo realiza un movimiento
alternativo y en el otro extremo hay un
movimiento de rotación, por lo que permite
transformar un movimiento de rotación en uno
alternativo y viceversa.

58. Otros mecanismos
 Trinquete: permite el giro en un sentido y lo
impide en el contrario. Se utiliza en relojería, en
bolígrafos, etc.