Estructuras
¿De qué va esta unidad?
Antes de entrar en cada parte, mira el mapa completo. Verás cómo se organizan las estructuras: qué son y de qué tipos hay, las cargas que soportan y su estabilidad, los esfuerzos que aparecen y los elementos y materiales con que se construyen. Despliega cada rama (+) para ver sus conceptos.
ESTRUCTURAS
Conjunto de elementos que resiste cargas y da forma y soporte a un objeto o una construcción sin romperse ni volcar.
1 · ¿Qué es y tipos de estructuras?
Para qué sirven y cómo se clasifican
1 · ¿Qué es y tipos de estructuras?
Para qué sirven y cómo se clasifican
Toda estructura resiste cargas y mantiene la forma. Las hay naturales (el esqueleto, un árbol) y artificiales (un puente, un edificio), y se clasifican por su forma: masiva, abovedada, entramada, triangulada y colgante.
Naturales
Esqueleto, árbol, telaraña
Artificiales
Puente, edificio, grúa, Torre Eiffel
Entramada
Pilares y vigas (edificios)
Triangulada
Barras en triángulo (cerchas, grúas)
Colgante
Cables que sostienen (puentes colgantes)
Laminar y geodésica
⊕ Láminas y cúpulas (depósitos, estadios)
2 · Cargas y estabilidad
Las fuerzas que soporta y por qué no se cae
2 · Cargas y estabilidad
Las fuerzas que soporta y por qué no se cae
Las cargas son las fuerzas que la estructura aguanta: fijas (su propio peso) o variables (viento, nieve, personas, vehículos). Una estructura es estable cuando no vuelca: ayuda una base ancha y un centro de gravedad bajo.
Cargas fijas
El peso propio (no cambia)
Cargas variables
Viento, nieve, personas, vehículos
Estabilidad
No vuelca: base ancha y peso bajo
Centro de gravedad
Cuanto más bajo, más estable
3 · Los esfuerzos
Cómo "sufren" las piezas cuando hay cargas
🎮
3 · Los esfuerzos
Cómo "sufren" las piezas cuando hay cargas
Cuando una estructura soporta cargas, sus piezas trabajan a tracción (las estiran), compresión (las aplastan), flexión (las doblan), torsión (las retuercen) o cortante (las cortan).
Tracción
Estiran: tirante, cable
Compresión
Aplastan: pilar, pata de silla
Flexión
Doblan: balda, viga
Torsión
Retuercen: una llave, un eje
Cortante
Cortan: tijera, remache
4 · Elementos y materiales
Las piezas de una estructura y de qué se hacen
🎮 ⊕
4 · Elementos y materiales
Las piezas de una estructura y de qué se hacen
Una estructura entramada tiene cimentación (apoyo en el terreno), soportes verticales (pilares) y horizontales (vigas), además de arcos y cerchas. La triangulación la hace rígida. Se construye con madera, hormigón, hormigón armado y acero.
Cimentación
Zapatas, losas, pilotes
Soporte vertical
Pilares, columnas, tirantes
Soporte horizontal
Vigas, viguetas, forjado
Arco y bóveda
Salvan huecos curvándose
Triangulación / cercha
El triángulo es rígido
Materiales
Madera, hormigón, hormigón armado, acero
Perfiles y cálculo
⊕ Perfiles (IPN, tubo), momentos y reacciones
🎯 Lo que vas a aprender
A reconocer los tipos de estructuras, a identificar los esfuerzos y los elementos, a entender por qué la triangulación da rigidez, y a aplicarlo construyendo un puente en la "Liga de Puentes". La rama con 🎮 tiene simulador; las marcas ⊕ son ampliación de 3.º.
¿Qué es una estructura?
Un puente aguanta el peso de cientos de coches, un edificio se mantiene en pie con viento y lluvia, y tu propio esqueleto te sostiene. Todos son estructuras: lo que hace que las cosas no se rompan ni se caigan.
Una estructura es un conjunto de elementos unidos entre sí cuya misión es resistir las cargas (las fuerzas que actúan sobre ella) y mantener la forma sin romperse ni volcar. Además suele dar soporte y proteger a un objeto o construcción.
Estructuras naturales y artificiales
Las estructuras no las inventamos los humanos: la naturaleza lleva millones de años creándolas. Distinguimos dos grandes grupos:
Las crea la naturaleza, sin intervención humana.
El esqueleto, el tronco y las ramas de un árbol, una telaraña, un panal, una concha.
Las construye el ser humano para un fin.
Un puente, un edificio, una grúa, una torre, una silla, la Torre Eiffel.
Tipos según su forma
Según cómo estén hechas y cómo resistan las cargas, las estructuras se clasifican en varios tipos:
Masiva
Mucho material macizo; aguanta por su peso. Ej.: una presa, una muralla, una pirámide.
Abovedada
Usa arcos y bóvedas para salvar huecos. Ej.: un acueducto, una catedral.
Entramada
Malla de pilares y vigas. Es la de los edificios modernos.
Triangulada
Barras formando triángulos (cerchas). Ej.: una grúa, una torre de alta tensión.
Colgante
Se sostiene con cables tensados. Ej.: un puente colgante.
Laminar y geodésica ⊕
Láminas curvas finas o cúpulas de triángulos. Ej.: un depósito, un estadio cubierto.
Toda estructura tiene la misma misión: resistir cargas sin romperse ni volcar. Lo que cambia es cómo lo consigue (con masa, con arcos, con barras trianguladas o con cables).
Afianzamiento: 5 preguntas
Pulsa la respuesta correcta. Feedback al instante.
1. ¿Qué es una estructura?
2. ¿Cuál de estas es una estructura natural?
3. Un edificio hecho con pilares y vigas es una estructura…
4. ¿Qué tipo de estructura se sostiene con cables tensados?
5. Una presa de hormigón aguanta el empuje del agua sobre todo por…
Cargas y estabilidad
Una balda llena de libros se comba, el viento empuja una grúa, la nieve se acumula en un tejado… Todo eso son cargas que la estructura tiene que aguantar sin romperse y sin volcar.
Una carga es toda fuerza que actúa sobre una estructura y que esta debe resistir: su propio peso, lo que sostiene, el viento, la nieve, las personas… Diseñar bien una estructura es asegurarse de que aguanta todas sus cargas.
Cargas fijas y cargas variables
Según si cambian o no con el tiempo, las cargas se dividen en dos tipos:
No cambian con el tiempo: están siempre ahí.
El peso propio de la estructura, el de un tejado, el de un muro.
Cambian con el tiempo: aparecen y desaparecen.
El viento, la nieve, las personas, los vehículos de un puente.
La estabilidad: no volcar
Además de no romperse, una estructura tiene que ser estable: no debe volcar (caerse de lado) con las cargas. Dos cosas la hacen más estable: una base ancha y un centro de gravedad bajo (que el peso esté repartido abajo).
Una estructura es más estable cuanto más ancha es su base y más bajo está su centro de gravedad. Por eso una pirámide casi nunca vuelca y una farola alta y fina necesita anclarse bien al suelo.
Afianzamiento: 5 preguntas
Pulsa la respuesta correcta. Feedback al instante.
1. ¿Qué es una carga?
2. El peso propio de un puente es una carga…
3. El viento que empuja un edificio es una carga…
4. ¿Cuándo es más estable una estructura?
5. Un vaso alto y estrecho vuelca más fácilmente que uno bajo y ancho porque…
Los esfuerzos
Cuando te sientas en una silla, sus patas se aplastan; si te cuelgas de una barra, esta se estira; si doblas una regla, se curva. Cada pieza de una estructura "sufre" de una forma según cómo le llegan las fuerzas: eso es un esfuerzo.
Un esfuerzo es la forma en que una pieza resiste por dentro las cargas que recibe. Hay cinco: tracción, compresión, flexión, torsión y cizalladura (o cortante).
Los cinco esfuerzos
Tracción
Las fuerzas estiran la pieza (tiran de sus extremos hacia fuera). Ej.: un cable, un tirante, la cuerda de un columpio.
Compresión
Las fuerzas aplastan la pieza (la aprietan). Ej.: un pilar, la pata de una silla, una columna.
Flexión
Las fuerzas doblan la pieza. Ej.: una balda con libros, una viga, el trampolín.
Torsión
Las fuerzas retuercen la pieza (la giran en sentidos opuestos). Ej.: una llave, un destornillador, un eje.
Cizalladura (cortante)
Dos fuerzas muy juntas en sentidos contrarios cortan la pieza. Ej.: unas tijeras, un remache, una alcayata.
En las estructuras de barras (como un puente de celosía), los dos esfuerzos que más mandan son la tracción (rojo 🔴) y la compresión (azul 🔵). En el simulador verás cada barra de ese color según cómo trabaje.
Pruébalo en el laboratorio
Abre el simulador en modo libre, monta una estructura sencilla, aplica una carga y observa qué barras se ponen rojas (tracción) y cuáles azules (compresión).
Afianzamiento: 5 preguntas
Identifica el esfuerzo en cada caso. Feedback al instante.
1. El cable del que cuelga una lámpara trabaja a…
2. La pata de una silla en la que te sientas trabaja a…
3. Una balda llena de libros se comba en el centro. Sufre…
4. Al girar una llave en la cerradura, su cuerpo sufre…
5. Unas tijeras al cortar un papel aplican un esfuerzo de…
Elementos y triangulación
Un edificio se sostiene sobre un "esqueleto" de pilares y vigas apoyado en el suelo. Y una grúa o un puente no se deforman gracias a un truco genial: están llenos de triángulos. Vamos a ver las piezas de una estructura y por qué el triángulo es tan importante.
Una estructura entramada es una malla de soportes verticales (pilares) y soportes horizontales (vigas) apoyada sobre una cimentación que reparte el peso en el terreno. Es la estructura de los edificios actuales.
Las partes de una estructura entramada
Cimentación
Apoya la estructura en el terreno y reparte el peso. Tipos: zapatas, losas y pilotes.
Soportes verticales
Llevan el peso hasta la cimentación: pilares, columnas, dinteles y tirantes.
Soportes horizontales
Sostienen las cargas y los suelos: vigas, viguetas y el forjado (el suelo de cada planta).
Arco y bóveda
Salvan huecos curvándose y trabajan a compresión. Ej.: acueductos, puentes de piedra.
Tipos de cimentación
La cimentación reparte el peso en el terreno de tres formas, según cómo sea el suelo:
Zapata
Un bloque ancho de hormigón bajo cada pilar. Lo más común.
Losa
Una gran plataforma de hormigón bajo todo el edificio. Para suelos blandos.
Pilotes
Columnas hincadas muy profundas hasta el terreno firme.
Soportes verticales
Bajan el peso de la estructura hasta la cimentación. Los principales son:
Pilar
Soporte vertical de sección cuadrada o rectangular. El más habitual en edificios.
Columna
Pilar de sección circular, clásica en templos y fachadas (Partenón).
Dintel
Viga que cierra el hueco de una puerta o ventana, apoyada en dos soportes.
Tirante / tensor
Barra o cable que trabaja a tracción y arriostra (da estabilidad).
Soportes horizontales
Sostienen las cargas y los suelos, repartiéndolos hacia los pilares:
Viga
Elemento horizontal principal; salva la distancia entre dos pilares.
Vigueta
Vigas pequeñas y repetidas que reparten la carga del suelo.
Forjado
El suelo de cada planta: viguetas + bovedillas + una capa de hormigón.
Arco y bóveda
Salvan huecos curvándose, de modo que el material trabaja a compresión (su punto fuerte):
Arco
Curva que salva el hueco entre dos apoyos. Ej.: Acueducto de Segovia.
Bóveda
Un arco prolongado en profundidad; cubre un espacio alargado (un túnel, una nave).
Cúpula
Una bóveda girada sobre su eje; cubre un espacio redondo (una catedral).
Los soportes (pilares y vigas) suelen ser de hormigón armado, acero o madera; los arcos y bóvedas, de piedra, ladrillo u hormigón. Los materiales los verás a fondo en el Bloque 5.
Estructuras famosas: reconoce sus elementos
Mira estas construcciones famosas y fíjate en qué elemento estructural domina en cada una:
Fotos: Wikimedia Commons (licencias libres).
La triangulación: el secreto de la rigidez
Si haces un cuadrado con barras unidas por sus esquinas, al empujarlo se deforma y se aplasta (se convierte en un rombo). En cambio, un triángulo es indeformable: no puede cambiar de forma sin que se rompa o se estire algún lado. Por eso, para que una estructura sea rígida, la llenamos de triángulos: es lo que se llama triangular.
Fíjate en las uniones (los círculos): en el cuadrado pueden girar, así que la figura se aplasta y se convierte en un rombo. En el triángulo no hay manera de moverlas sin estirar o romper un lado → es indeformable. Al añadir una diagonal, el cuadrado queda partido en dos triángulos y ya no se mueve.
El triángulo es la única figura indeformable. Cuando veas una grúa, una torre eléctrica, una cercha de tejado o un puente metálico, fíjate: están llenos de triángulos. Esa es la triangulación, y es lo que les da rigidez sin gastar mucho material.
Pruébalo: estabiliza el cuadrado
Abre el simulador en modo triangulación: verás un cuadrado que colapsa. Añade una diagonal (une dos esquinas opuestas) y observa cómo pasa a aguantar.
Afianzamiento: 5 preguntas
Pulsa la respuesta correcta. Feedback al instante.
1. La parte que apoya la estructura en el terreno y reparte el peso es…
2. Los elementos verticales que llevan el peso hasta la cimentación son…
3. Los elementos horizontales que sostienen los suelos y las cargas son…
4. ¿Por qué un triángulo de barras es rígido y un cuadrado no?
5. Para que una estructura cuadrada de barras no se deforme, lo más sencillo es…
▸ Reconoce el elemento en estructuras famosas
6. El Acueducto de Segovia se mantiene en pie gracias a sus…
7. La Torre Eiffel es rígida y a la vez ligera porque está formada por miles de…
8. Las columnas del Partenón funcionan como soportes…
Materiales + ⊕ ampliación 3.º
Una misma estructura no se hace igual con madera que con acero. Elegir bien el material es parte del diseño: tiene que aguantar los esfuerzos, durar y no costar de más.
Los materiales estructurales
Estos son los materiales más usados en construcción y para qué destacan:
Madera
Ligera, fácil de trabajar y renovable. Tradicional en tejados y casas.
Hormigón
Mezcla de cemento, arena, grava y agua. Aguanta muy bien la compresión… pero mal la tracción.
Hormigón armado
Hormigón con barras de acero dentro. ¡Lo mejor de los dos! Es el material estrella de los edificios.
Acero
Muy resistente a tracción y compresión, y relativamente ligero. Rascacielos, puentes, grúas.
El hormigón armado es un truco genial: el hormigón aguanta de maravilla la compresión 🔵 pero se agrieta a tracción 🔴; el acero aguanta muy bien la tracción. Al meter barras de acero dentro del hormigón, cada uno hace lo que mejor se le da. ¡Por eso se usa tanto!
Materiales: 3 preguntas
Pulsa la respuesta correcta. Feedback al instante.
1. ¿Qué material combina hormigón (resiste compresión) y acero (resiste tracción)?
2. El material muy resistente y relativamente ligero que se usa en rascacielos, grúas y puentes es…
3. El hormigón sin armar (sin acero) resiste muy bien…
Calcular: momentos y reacciones
En 3.º damos un paso más y echamos cuentas. Dos ideas clave: el momento de una fuerza y las reacciones en los apoyos.
El momento de una fuerza (M = F · d)
Una fuerza que actúa a cierta distancia de un eje de giro produce un momento (un efecto de giro). Es la ley de la palanca aplicada a las estructuras: cuanto más lejos del eje, más giro produce la misma fuerza.
El balancín está equilibrado cuando los momentos a un lado y a otro son iguales: F₁ · d₁ = F₂ · d₂.
Reacciones y esfuerzos, paso a paso
Los apoyos empujan para sostener la estructura: son las reacciones. Para calcularlas usamos que la estructura está en equilibrio: no se mueve ni gira. Eso nos da tres condiciones — ΣFy = 0 (fuerzas verticales), ΣFx = 0 (horizontales) y ΣM = 0 (giros). Vamos a resolver esta estructura del simulador, con una carga de 12 N en el vértice:
💡 Monta esta misma estructura en el Laboratorio de estructuras (modo libre): verás las diagonales azules (compresión) y la barra inferior roja (tracción), y al pulsar un apoyo te dará R = 6 N. ¡Los mismos números que has calculado!
Numéricas: 3 cálculos
Escribe el resultado y pulsa Comprobar (se admite un pequeño margen).
1. Una fuerza de 30 N actúa a 2 m del eje de giro. ¿Qué momento produce? (M = F · d)
2. En un balancín, un niño que pesa 300 N se sienta a 1 m del eje. ¿A qué distancia debe sentarse otro de 200 N para equilibrarlo? (F₁·d₁ = F₂·d₂)
3. Una viga apoyada en sus dos extremos lleva 200 N en el centro. ¿Cuánto vale la reacción en cada apoyo?
Repaso de toda la unidad
Repasa todo el tema: qué es una estructura y sus tipos, los esfuerzos, los elementos y la triangulación, la estabilidad y, al final, algo de cálculo. Las preguntas marcadas con ⊕ son de ampliación (3.º). Tienes feedback al instante en cada una.
A1. ¿Para qué sirve, sobre todo, una estructura?
A2. Una concha de caracol y un panal de abejas son estructuras…
A3. Una cúpula, un iglú o un puente de arcos de piedra aguantan gracias a su forma curva. Son estructuras…
A4. Las pirámides de Egipto, enormes bloques macizos de piedra, son estructuras…
A5. Una torre eléctrica de alta tensión, hecha con barras de hierro en triángulos, es una estructura…
A6. Un puente del que la calzada cuelga de grandes cables (como el Golden Gate) es un puente…
Mira el dibujo de cada caso y di qué esfuerzo representa.
B1. Las flechas tiran de la pieza hacia fuera (la estiran). Es un esfuerzo de…
B2. Las flechas aprietan la pieza por sus extremos (la aplastan). Es un esfuerzo de…
B3. La pieza se curva hacia abajo por una carga en el centro. Es un esfuerzo de…
B4. Las dos flechas giran la pieza en sentidos opuestos (la retuercen). Es un esfuerzo de…
B5. Dos fuerzas muy juntas y en sentidos contrarios cortan la pieza. Es un esfuerzo de…
B6. Ahora júntalo todo. En este columpio, el peso del niño hace trabajar cada parte de una forma distinta. ¿Qué fila es la correcta?
C1. En una casa, el terreno bajo una esquina cede y esa parte del edificio se hunde y se agrieta. ¿Qué elemento ha fallado?
C2. Los tirantes y tensores de una estructura (como los vientos que sujetan una tienda de campaña o un mástil) trabajan sobre todo a…
C3. De estas dos formas de barras con uniones que pueden girar, ¿cuál es rígida (no se deforma)?
C4. El suelo de cada planta de un edificio, formado por vigas, viguetas y una capa de hormigón, se llama…
C5. ¿Qué tienen en común una grúa de obra, una torre eléctrica y la Torre Eiffel?
D1. ¿Cuál de estas dos torres es más estable (vuelca con más dificultad)?
D2. Un autobús de dos pisos lleva muchos viajeros en el piso de arriba. Comparado con uno de un solo piso, en una curva es…
D3. Una farola alta y estrecha se hace más estable…
D4. Una estructura vuelca cuando…
E1. ⊕ Momento de una fuerza. Una fuerza de 60 N se aplica a 0,5 m del eje de giro. ¿Cuánto vale el momento? (M = F · d)
E2. ⊕ Balancín. A la izquierda hay 200 N a 1,2 m del eje. A la derecha se cuelgan 400 N. ¿A qué distancia del eje deben ir para equilibrarlo? (F₁·d₁ = F₂·d₂)
E3. ⊕ Reacciones (caso simétrico). Una viga apoyada en sus dos extremos lleva 500 N justo en el centro. ¿Cuánto vale la reacción en cada apoyo?
E4. ⊕ Reacciones (carga descentrada). Una viga de 4 m está apoyada en sus extremos A y B. Una carga de 800 N actúa a 1 m de A. ¿Cuánto vale la reacción en B? (toma momentos respecto a A: RB·4 = 800·1)
E5. ⊕ En el Laboratorio de estructuras, una barra que se pinta de azul 🔵 está trabajando a…
Liga de Puentes 🌉
Por equipos vais a diseñar y construir un puente que salve un hueco (la luz) entre dos apoyos y aguante el máximo peso posible. Primero lo probaréis en el simulador y luego lo construiréis con palitos o espaguetis. Gana el que mejor combine resistencia y ligereza.
Construir un puente de barras que apoye solo en los dos extremos, salve una luz de al menos 30 cm y soporte el mayor peso en el centro sin derrumbarse. La estructura debe ir triangulada (de barras, no un bloque macizo) y pesar lo menos posible.
La ciencia que hay detrás
Un puente aguanta porque está triangulado: los triángulos no se deforman. Al cargarlo, cada barra trabaja a tracción (🔴 se estira) o a compresión (🔵 se aplasta). Cuantos más triángulos y mejor repartido el esfuerzo, más peso aguanta con menos material.
Un esquema de ejemplo
Este es un puente de celosía sencillo: una fila de triángulos entre dos apoyos (uno fijo y uno móvil) con la carga en el centro. Es justo el tipo de estructura que monta el simulador.
Diséñalo primero en el laboratorio
Abre el simulador en modo reto: tienes dos apoyos separados y una carga en el centro. Añade barras hasta que ponga AGUANTA usando las menos barras posibles. Fíjate en qué barras salen rojas (tracción) y cuáles azules (compresión).
Las 4 fases del proyecto
Diseña en el simulador
⏱ 1 sesión
En el Laboratorio de estructuras (modo reto), monta un puente que salve la luz y AGUANTE la carga. Apunta el diseño que mejor te funcione.
Entrega: esquema del puente (a mano o captura del simulador).
Constrúyelo
⏱ 1-2 sesiones
Construid el puente con palitos de helado o espaguetis y cola, copiando vuestro diseño. Triangulad bien y dejad secar las uniones.
Entrega: puente terminado y pesado (peso propio en gramos).
Prueba de carga
⏱ ½ sesión
Apoyad el puente solo en los extremos y colgad o apilad peso en el centro poco a poco hasta que falle. Anotad el peso máximo que aguantó.
Entrega: peso aguantado (gramos) y foto/vídeo de la prueba.
La Liga
⏱ ½ sesión
Comparad los resultados de la clase. Gana el de mejor eficiencia = peso aguantado ÷ peso del puente (no el más bestia, ¡el más listo!).
Entrega: ranking + explicación de por qué aguantó.
Materiales por equipo
Las barras del puente. También valen pajitas o brochetas de madera.
Para las uniones. La termofusible seca antes (con cuidado, quema).
Para marcar la luz y apoyar el puente solo en los extremos.
Para colgar el peso del centro en la prueba de carga.
El peso de la prueba. Se añade poco a poco.
Para cortar las barras a medida y sujetar mientras seca.
Reglas de la Liga
- El puente apoya solo en los dos extremos y debe salvar una luz de al menos 30 cm.
- Tiene que ser una estructura de barras trianguladas: nada de bloques macizos ni rellenar con pegamento.
- El peso propio cuenta: gana la mejor eficiencia (peso aguantado ÷ peso del puente), no el más pesado.
- La carga se añade poco a poco en el centro. Se anota el último peso que aguantó sin derrumbarse.
- Cuidado con la cola termofusible y las tijeras: seguridad primero.
Cómo se evalúa el proyecto
La nota sale de 5 dimensiones:
Trucos para que aguante
Triangula todo
Cada hueco cuadrado se deforma: ponle una diagonal y conviértelo en dos triángulos.
Uniones fuertes
El puente casi siempre falla por una unión despegada. Pega bien y deja secar del todo.
Ligero pero fuerte
No añadas barras "por si acaso": cada gramo de más baja tu eficiencia. Quita lo que no trabaje.
Prueba poco a poco
Añade peso despacio y observa qué barra se dobla primero: ahí está tu punto débil.
⊕ Ampliación (3.º): predice antes de construir
Si quieres ir más allá, haz de ingeniero/a de cálculo antes de montar nada:
Predice tracción y compresión
Mira tu diseño y anota qué barras crees que irán a tracción (🔴) y cuáles a compresión (🔵). Luego ábrelo en el simulador y compruébalo: ¿acertaste?
Calcula las reacciones
Si la carga va justo en el centro y los dos apoyos son iguales, cada apoyo aguanta la mitad del peso. Compruébalo clicando los apoyos en el simulador (Rx/Ry).
🌉 ¡A construir! El objetivo no es solo que aguante — es entender por qué: la triangulación que da rigidez y las barras trabajando a tracción y compresión que has visto en la unidad.