Cada edificio debe tener una estructura, una armazón o esqueleto resistente que haga posible su permanencia para que siga en forma segura en pie. Una estructura puede concebirse como un sistema, es decir, como un conjunto de partes o componentes que se combinan en forma ordenada para cumplir una función dada.
La estructura debe cumplir la función a la esta destinada con un grado razonable de seguridad y de manera de que tenga un comportamiento adecuado en las condiciones normales de servicio.
Para comprender bien cómo esto se logra, cómo actúan sus diversas partes resistentes, es indispensable por entender, aunque sea en forma somera, las distintas formas de trabajo de los materiales.
Estas formas de trabajo, las principales, se conocen como:
- Compresión
- Tracción
- Flexión
- Pandeo
- Cizalle
1.- Compresión :
Supongamos que a un trozo de piedra la cargamos con un peso grande, representado por la flecha, ver figura 1. La piedra es capaz de resistir la carga sin que se note en ella alteración alguna.
Figura 1
Podemos decir que esta comprimida, que esta trabajando a la compresión. La piedra esta siendo presionada por dos fuerzas que actúan en sentido contrario y que tratan de achatarla. La segunda fuerza, que no aparece representada en la figura, esta constituida por el apoyo en que ella descansa, en forma de reacción hacia arriba. En la figura 2 se ven claramente estas dos fuerzas actuando en sentido contrario.
Figura 2
Estas fuerza se ven claramente en la figura 3, en una pieza de madera comprimida longitudinalmente (en el sentido de su largo). Estas fuerzas tratan de acortar el madero.
Figura 3
Figura 4
Figura 5
Es de esta forma como un pilar que mide 20 x 20 cm resiste cuatro veces más la compresión que uno que tiene una sección de 10 x 10 cm. Debido a que la superficie del primero es de 400 cm2 (cuatrocientos cenrimetros cuadrados), cuatro veces mayor que la del segundo, 100 cm2.
Figura 6
En general las cargas que recibe un elemento constructivo se miden en kilogramos o kilos y la resistencia de un material a la compresión se mide según los kilos que es capaz de resistir por cada centímetro cuadrado de su sección. Si se habla de una determinada madera que resiste 400 kilogramos por centímetro cuadrado, quiere decir, que cada centimetro cuadrado resiste a la ruptura 400 kilogramos. Un pilar que tenga 100 centimetros cuadrados de sección resistira también a la ruptura 400 x 100, es decir, 40.000 kilogramos.
En un edificio con todos los muros, los cimientos, los pavimentos, están trabajando a la compresión. Cada ladrillo de un muro trabaja a la compresión.
Los ladrillos de las hiladas inferiores trabajan más que los de las hiladas superiores, porque resisten más carga. Cuando éste trabajo llegue o este próximo a sobrepasar la carga admisible del ladrillo, podemos proceder a aumentar el espesor del muro.
Como este tipo de trabajo es uno de los más elementales, la mayoria de los materiales lo resiste bien, aunque naturalmente unos resisten más que otros, con grandes diferencias.
Por ejemplo, en el caso del adobe, el ladrillo la piedra, las maderas, el hormigón,el acero. Todos ellos son capaces de resistir una determinada carga, que varía con la cantidad del material, dentro de los límites que establecen los laboratorios oficiales.
Figura 8. Ensayo de compresión en madera
A modo de ejemplo, la piedra (según su composición) tiene una carga admisible a la compresión que fluctúa entre 30 a 60 kg/cm2. El hormugón (según su dosificación) de 10 a 70 kg/cm2. Los muros de ladrillo (según su calidad) fluctúa entre los 4 a 12 kg/cm2.
Los terrenos o suelos sobre los cuales edificamos, también tabajan a la compresión, puesto que soportan el peso del edificio.
Su carga admisible se mide en kilogramos por centímetro cuadrado, y fluctúan entre 0,25 a 6 kg/cm2 generalmente, según la naturaleza del suelo, llegando en casos muy especiales a 20 o 25 kg/cm2.
El hormigón simple, sin refuerzo, es resistente a la compresión pero es débil en tensión, lo que limita su aplicabilidad como material estructural. Para resistir tensiones, se emplea refuerzo de acero, generalmente en forma de barras, colocado en laz zonas donde se prevé que se desarrollarán tensiones bajo las acciones de servicio. El acero restringe el desarrollo de las grietas originadas por la poca resistencia a la tensión del hormigón.
El uso del refuerzo no esta limitado a la finalidad anterior. también se emplea en zonas de compresión para aumentar la resistencia del elemento reforzado parareducir las deformaciones debidas a carga de larga duración y para proporcionar confinamiento lateral al concreto, lo que indirectamente aumenta su resistencia a la compresión.
La combinación de hormigón simple con refuerzo de acero constituye lo que se conoce como hormigón armado.
El ensayo de compresión de probetas cúbicas y cilindricas de hormigón (NCh 1037 Of 77) se realiza utilizando una prensa de ensayo, como se ve en la figura, que debe tener la rigidez suficiente para resistir esfuerzos del ensayo. En terminos generales se asienta la placa superior sobre la probeta de hormigón. Se aplica la carga en forma continua y sin choque a una velocidad uniforme.Si se conoce la carga aproximada de rotura, se podrá aplicar en la primera mitad de la carga a una velocidad mayor. Fijada la velocidad, especialmente en la segunda mitad de la carga, no se modificara más. La carga máxima se registra en N ( Kgf)
Figura 9. Ensayo de resistencia a la compresión de una probeta cilindrica de hormigón.
Figura 3La mínima deformación que debe experimentar el cuerpo que esta siendo comprimido seria posible observarlo a simple vista, si en vez de una piedra o un madero, hicieramos la misma experiencia con un trozo de goma. En el caso de la goma, al mismo tiempo que se acorta la pieza se ensancha hacia los lados, figura 4.
Figura 4La capacidad de resistencia de un elemento constructivo esta relacionado con su tamaño, especialmente con la superficie de la cara que recibe el esfuerzo, o más exactamente , con la sección del elemento comprimido.
Llamamos sección o corte de un cuerpo a la superficie que resulta si le cortamos transversalmente o longitudinalmente, (a traves de lo largo de él). En este caso interesa la sección transversal, que es la que se ilustra en la siguiente figura. La sección transversal es la proyección de una sección de un objeto, en este caso un cilindro, que se ha realizado mediante un corte perpendicular al eje largo del mismo.
Figura 5 Es de esta forma como un pilar que mide 20 x 20 cm resiste cuatro veces más la compresión que uno que tiene una sección de 10 x 10 cm. Debido a que la superficie del primero es de 400 cm2 (cuatrocientos cenrimetros cuadrados), cuatro veces mayor que la del segundo, 100 cm2.
Figura 6En general las cargas que recibe un elemento constructivo se miden en kilogramos o kilos y la resistencia de un material a la compresión se mide según los kilos que es capaz de resistir por cada centímetro cuadrado de su sección. Si se habla de una determinada madera que resiste 400 kilogramos por centímetro cuadrado, quiere decir, que cada centimetro cuadrado resiste a la ruptura 400 kilogramos. Un pilar que tenga 100 centimetros cuadrados de sección resistira también a la ruptura 400 x 100, es decir, 40.000 kilogramos.
En un edificio con todos los muros, los cimientos, los pavimentos, están trabajando a la compresión. Cada ladrillo de un muro trabaja a la compresión.
Los ladrillos de las hiladas inferiores trabajan más que los de las hiladas superiores, porque resisten más carga. Cuando éste trabajo llegue o este próximo a sobrepasar la carga admisible del ladrillo, podemos proceder a aumentar el espesor del muro.
Figura 7. Columna trabajando a la compresión.
Como este tipo de trabajo es uno de los más elementales, la mayoria de los materiales lo resiste bien, aunque naturalmente unos resisten más que otros, con grandes diferencias.
Por ejemplo, en el caso del adobe, el ladrillo la piedra, las maderas, el hormigón,el acero. Todos ellos son capaces de resistir una determinada carga, que varía con la cantidad del material, dentro de los límites que establecen los laboratorios oficiales.
La resistencia a la compresión experimenta cierta pequeña variación si se cambia también la altura del trozo que estamos cargando. Por esto, las mediciones de los laboratorios se hacen con muestras de forma cúbica, es decir que tienen un alto igual en cada uno de sus lados cuando se ensayan. En el caso de la madera, la compresión es diferente si la cargamos en la dirección de las fibras o en dirección contraria a ellas.
Figura 8. Ensayo de compresión en maderaA modo de ejemplo, la piedra (según su composición) tiene una carga admisible a la compresión que fluctúa entre 30 a 60 kg/cm2. El hormugón (según su dosificación) de 10 a 70 kg/cm2. Los muros de ladrillo (según su calidad) fluctúa entre los 4 a 12 kg/cm2.
Los terrenos o suelos sobre los cuales edificamos, también tabajan a la compresión, puesto que soportan el peso del edificio.
Su carga admisible se mide en kilogramos por centímetro cuadrado, y fluctúan entre 0,25 a 6 kg/cm2 generalmente, según la naturaleza del suelo, llegando en casos muy especiales a 20 o 25 kg/cm2.
El hormigón simple, sin refuerzo, es resistente a la compresión pero es débil en tensión, lo que limita su aplicabilidad como material estructural. Para resistir tensiones, se emplea refuerzo de acero, generalmente en forma de barras, colocado en laz zonas donde se prevé que se desarrollarán tensiones bajo las acciones de servicio. El acero restringe el desarrollo de las grietas originadas por la poca resistencia a la tensión del hormigón.
El uso del refuerzo no esta limitado a la finalidad anterior. también se emplea en zonas de compresión para aumentar la resistencia del elemento reforzado parareducir las deformaciones debidas a carga de larga duración y para proporcionar confinamiento lateral al concreto, lo que indirectamente aumenta su resistencia a la compresión.
La combinación de hormigón simple con refuerzo de acero constituye lo que se conoce como hormigón armado.
El ensayo de compresión de probetas cúbicas y cilindricas de hormigón (NCh 1037 Of 77) se realiza utilizando una prensa de ensayo, como se ve en la figura, que debe tener la rigidez suficiente para resistir esfuerzos del ensayo. En terminos generales se asienta la placa superior sobre la probeta de hormigón. Se aplica la carga en forma continua y sin choque a una velocidad uniforme.Si se conoce la carga aproximada de rotura, se podrá aplicar en la primera mitad de la carga a una velocidad mayor. Fijada la velocidad, especialmente en la segunda mitad de la carga, no se modificara más. La carga máxima se registra en N ( Kgf)
Figura 9. Ensayo de resistencia a la compresión de una probeta cilindrica de hormigón.
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