Pandeo

Si se aumenta el trabajo a la compresión de un pilar muy alto y delgado, o una barra que sea esbelta (de poca sección en relación a su longitud), aparece el peligro del pandeo. Se llama así a una brusca curvatura hacia un lado que sufre el pilar o la barra, y que generalmente termina en su ruptura, ver figura 1.

Figura 1.

El pandeo se produce al comprimir un elemento esbelto, por medio de dos fuerzas opuestas, aplicadas en su eje (linea central) longitudinal. Dichas fuerzas deben trasladarse en linea recta a lo largo de ese je, hasta anularse o contrarrestarse una frente a la otra. En teoria si el elemento comprimido es perfectamente recto, no deberia producirse pandeo.

En pilares o barra muy largos, sin embargo, es posible que las fuerzas se aparten levemente de su eje. En ese mismo instante aparece un momento en fuerzas como se ve en la figura 2, que antes de disminuir, origina un esfuerzo perpendicular al elemento comprimido, que aumenta a su vez produciendo el pandeo. Generalmente termina con la ruptura de la pieza afectada, salvo que desaparezca o disminuya antes la carga.

Figura 2.

Diferencias entre flexión y el pandeo. En el primer caso la flexión es ocasionada por una carga perpendicular a la viga, mientras que en el segundo caso, se ha sometido una barra a dos fuerzas en el sentido de su largo.

Figura 3. Diferencia entre flexión y pandeo.

El pandeo se produce en la dirección en que la sección del elemento comprimido es más pequeña. Por ejemplo, si un pilar tiene sección rectangular, ver figura 4 letra A, tiene mucha facilidad para pandearse pero sólo en dos direcciones. Si, en cambio, su sección es cuadrada (letra B figura 4), la posibildad de pandeo es menor, pero posible en cuatro direcciones. Si a su vez, la sección es circular (letra C figura 4), puede pandearse en cualquier dirección, sin predominio de ninguna. Esta última es la forma más económica para prevenir esta deformación.

Figura 4. Dirección en que pueda producirse el pandeo. A Pilar de sección rectangular. B Pilar de sección cuadrada. C Pilar de sección circular.

La manera corriente de evitar el pandeo es aumentando la sección del elemento comprimido. Sin embargo, la parte realmente útil de la sección que aumentamos es aquella cercana a los bordes o caras de la pieza.

Hemos visto que al producirse el pandeo se forman en la pieza dos zonas opuestas, una comprimida y otra traccionada, igual que lo vimos en una viga. Tal como en la viga, es importante separar estas zonas, para aumentar el momento entre las fuerzas opuestas. Por eso se aumenta la sección de la pieza. Pero también a semejnza de lo que ocurre en una viga, entre estas fuerzas se produce una zona neutra donde el trabajo es mínimo o nulo.

Esta razón explica que los pilares metálicos, por ejemplo, que están constituidos por un material caro, son huecos.

Una losa de hormigón armado, por ejemplo, que sirve de techo de un pasillo cubierto descansa sobre pilares metálicos, ver figura 5. Estos pilares trabajan a la compresión. Si calculamos la sección necesaria para resistir este esfuerzo, de acuerdo a los kilogramos por cm2 que es capaz de resistir el acero, nos resultarian barra redondas de unos 20 mm de diámetro. Fácil en comprender que pilares de ésta sección, aunque capaces de resistir la compresión, sufriran un pandeo inmediato.

Figura 5.

Si esta losa de hormigón armado, sin embargo, estuviese muy cerca del suelo y estos pilares fueran de no más de unos 65 cm de largo, resistirían perfectamente su peso, sin pandearse.

Este caso se resuelve colocando tubos huecos de acero, en vez de las barras redondas macizas de muy pequeño diámetro, que no dió el cálculo de la compresión. Lo importante es que comprendamos el porque de esta realidad.

La lógica será usar tubos que tengan semejante cantidad de acero que las barras redondas de 20 mm de diámetro, puesto que la compresión sigue siendo la misma ( ver figura 6).

Figura 6. Sección de pilar macizo y hueco con la misma cantidad de material.

Se ha obtenido, sin embargo, un distanciamiento de las probables zonas traccionadas y comprimidas, para prevenir el pandeo, cualquiera que sea su dirección.

El diámetro del tubo, como es lógico, depende del largo del pilar.

Hasta ahora hemos supuesto que la barra o pilar que sufre el pandeo recibe la compresión libremente en ambos extremos, como un puntal de madera que sostiene un techo o el pilar de un corredor de una casa colonial. No obstante, tiene gran importancia si ellos están unidos o empotrados en sus extremos. Tanto es asi que una barra o pilar empotrado sólo en uno de sus extremos, puede recibir el doble que otro que esta simplemente apoyado (ver figura 7 ). Y si ambos extremos están empotrados como en el ejemplo reciente de los tubos de acero, que están unidos arriba a la losa de hormigón y abajo al cimiento, pueden recibir cuatro veces más carga.

Figura 7. La resistencia al pandeo depende del tipo de apoyo del pilar, tanto superior como inferior.

El pilar de la letra A de la figura 7, es un tipico pilar de madera de un corredor de casa colonial, simplemente apoyado en sus extremos. El pilar de la letra B, es un pilar empotrado en su base y simplemente apoyado arriba. Resiste el doble de carga que el anterior, antes de pandearse. El pilar de la letra C, es un pilar con ambos extremos empotrados. Puede recibir cuatro veces la carga del primero.

Las barras oblicuas de la viga de celosia que vimos anteriormente, trabajan a la compresión (una por medio), tienen su longitud limitada por el peligro de pandeo. Si se quiere construir con vigas con barras de mayor longitud tendría que recurrirse a usar tubos o perfiles de acero.

Figura 8- Perfiles habituales de acero laminado.

Los tubos no se usan con frecuencia en este tipo de estructuras por dificultades de unión en los nudos o cruces de barras, problema que se facilita con los perfiles. Se llama asi a las barras de hierro o acero cuya sección tiene la forma de angulo o de una letra T, U o H (éste último también se llama "doble T").
Por definición acero estructural es el acero que mantiene sus propiedades resistentes después de doblarlo, cortarlo o calentarlo a la temperatura de fusión.
Los Perfiles Laminados en caliente son un producto metalúrgico de sección específica (forma U,I,H,L) disponibles en barras de grandes longitudes en los cuales se cargan las vigas, columnas u otra pieza concerniente al esqueleto portante de un edificio.

Algunos tipos de Perfiles Laminado de acero

1.- Perfil ángulo, :

Los ángulos estructurales L-AZA, son productos cuyas alas son iguales y forman un ángulo de 90° entre sí. (ver figura 8)

Este perfil después de ser laminado es enderezado en frío.

Figura 8. Ángulo estructural.

Aplicaciones:

Los ángulos estructurales L-AZA se aplican en la construcción de estructuras metálicas livianas y pesadas, donde las partes van unidas por soldadura o apernadas y son capaces de soportar esfuerzo dinámicos.

Perfil Angular de lados iguales / Equal Leg Angles.

Según su clasificación por su forma o sección:

Europeo	L	UNE EN 10056-1
		UNE EN 10056-2
Americano	L	ASTM A 6

Figura 9. Perfil angular de lados iguales.

Ejemplos de aplicación son: torres de alta tensión, elementos estructurales articulados en uso arquitectónico,placas estereométricas, grúas, carrocerias, partes de carros de FF.CC., etc.
También son empleados en elementos de menor solicitación como soportes, muebles, marcos, barras de empalme y ferreteria eléctrica en general.

Largos normales de los angulos estructurales L - AZA es de 6,9,12 m. Otros largos especiales están sujetos a consulta.

2.-Perfil U:

Acero realizado en caliente mediante láminas cuya sección tiene forma de U. Se utiliza como vigas o columnas para diversas aplicaciones estructurales.

Figura 10. Perfil U.

Encontramos tres tipos:
2.1.- UPE : Perfiles en U de alas paralelas.

Figura 10. Perfil U alas paralelas.

Perfil U de alas paralelas/Channels with parallel flanges.

Europeo	UPE	UNE EN 10279
		DIN 10026-2
Ingles	PFC	BS 4-1
		UNE EN 10279

2.2.- UPN: Perfiles en U de alas inclinadas.

Figura 11. Perfil U de alas inclinadas.

Perfil U de alas inclinadas / Channels.

Europeo	UPN	UNE EN 36522
		UNE EN 10279
	U	Comercial
		UNE 36525/ EU 54
		UNE EN 10279
Ingles	CH	BS 4-1
		UNE EN 10279
Americano	MC,C	ASTM A 6

2.3.- Perfiles en U y UE de alas inclinadas.

Aplicaciones:

En la industria de la construcción metálica como elementos estructurales formando parte de vigas, columnas, entrepisos, reticulados, etc. Admiten uniones tradicionales: bulones normales, bulones de alta resistencia, soldadura, etc.

3.- Perfiles H (también llamados "doble T)

Producto de acero laminado que se crea en caliente cuya sección tiene la forma de H.

Figura 12. Perfil H.

3.1.- Perfil H de ala ancha y caras paralelas/H section with wide flanges.

Europeo	HEA.HEB,HEM	UNE 36524/ EU 53
		UNE EN 10034
	HEAA	UNE EN 10034
Ingles	UC	BS 4-1
		UNE EN 10034
Americano	W	ASTM A 6
Japones	H-JIS	JIS G3192

3.2.- Perfil H de ala ancha y caras paralelas para pilares / wide flange bearing piles.

Ingles	UBP	BS 4-1
		UNE EN 10034
Americano	HP	ASTM A 6

4.- Perfil T

Figura 13. Perfil T

5.- Perfil I.

5.1.- Perfil I de alas inclinadas /I section with tapered flanges

Figura 14. Perfil IPN.

Europeo	IPN	UNE 36521/ EU 24
		UNE EN 10024
Ingles	J	BS 4-1
		UNE EN 10024
Americano	S	ASTM A 6

5.2.- Perfil I de alas paralelas /I section with parallel flanges

Figura 15. Perfil IPE.

Europeo	IPE	UNE 36526/ EU 19
		UNE EN 10034
	IPEA, IPEO	UNE 36525/ EU 54
		UNE EN 10034
Ingles	UB	BS 4-1
		UNE EN 10034
Americano	W	ASTM A 6
Japones	H-JIS	JIS G3192

Deslizamiento

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Hemos visto que una viga es un elemento estructural que se coloca horizontalmente y sirve de soporte de carga de otros elementos estructurales, y las transmite hacia los elementos verticales de sustentación.

Procedemos a dividir el volumen o cuerpo de una viga de madera en una cantidad de tablas colocadas de plano una sobre otra, como vemos en al figura 1.

Si aplicamos una carga en el centro de este conjunto de tablas, comprobamos que resiste menos que una viga entera o maciza ( figura 2) de igual volumen, o lo que es lo mismo, el conjunto se flexiona con mayor facilidad.

Figura 1. Tablas apiladas unas sobre otras. A la izquierda vemos una viga maciza.

Esto es bastante lógico, porque al curvar o flexionar una viga maciza, obligamos a alargarse a su zona interior y a acortarse a su zona superior, lo que no es fácil que ocurra, puesto que hay oposición del cuerpo de la viga a tomar esta deformación.pero si separamos las distintas zonas, les damos facilidades para que puedan deslizarse unas sobre otras, sin dificultad pudiendo tomar el conjunto la forma curva con un esfuerzo mucho menor.

Si antes de cargar este conjunto de tablas, le hacemos una rayas verticales s los costados como se muestra a la izquierda en la figura 2.

Figura 2.

Después de curvado el conjunto por efecto de la carga, observamos que en el centro (marca 1) no se ha producido deslizamiento, ha ocurrido uno muy pequeño. En la marca 2 mayor que en la marca 1, mayor en la marca 3 y mayor aún en el extremo de la viga.

El conocimiento de este fenómeno, para el caso de necesitar una viga de madera compuesta de dos piezas, si su tamaño no hace posible usar una sola. En este caso es necesario unir las dos piezas de madera, precisamente para evitar el deslizamiento. Lo que se consigue colocando tacos de madera entre ellas, evitando su separación por medio de abrazaderas metálicas. Estos dispositivos se colocan más próximos hacia ambos extremos, donde es mayor la posibilidad de deslizamiento.

Un efecto contrario al descrito se persigue en lo que llamamos " paquete de resortes" de un vehiculo, su nombre correcto es muelle de ballesta (figura 3). Abundantemente utilizados en los vehículos de carga por su simplicidad y larga duración, los muelles de hojas o ballestas están construidos por la superposición de hojas de acero al manganeso templado de diferente longitud .

En este caso se desea que el conjunto posea la mayor flexibilidad posible. Para ello, se divide justamente el volumen del paquete en una serie de láminas que pueden deslizarse unas sobre otras. Nótese que las hojas del resorte están unidas en el centro por un perno, donde no hay deslizamiento, entre los extremos por abrazaderas, que dejan libre su posibilidad de movimiento longitudinal. Si en vez de estas abrazaderas, atravesaramos las hojas en su extremo con pernos, de inmediato dariamos rigidez al conjunto.

Figura 3.

Ya vimos la importancia de la altura de una viga, y de distancias al maximun, las dos zonas: la comprimida y la traccionada de su eje neutro.La viga de acero que vimos anteriormente, se llama "alma llena" para diferenciarla de la que estamos considerando.

Puede concebirse el perfil de una viga con un núcleo capaz de trabajar a la compresión arriba, con otro núcleo apto para resistir la tracción abajo, y con un simple elemento de separación entre ambos, que se llama alma. Este elemento de separación puede ser mucho más delgado y es frecuente que vaya perforado, como es el caso de las Vigas Boyd, obtenidas por mecanización de perfiles estandard ( figura 4).

Figura 4. Vigas alveolares.

La utilización de vigas alveolares posibilita una expresión nueva. Aligeran las estructuras y aumentan las luces, lo que permite garantizar la modularización de los espacios. Esa flexibilidad va ligada a la funcionalidad, al permitir el paso de equipamientos técnicos ( conductos, tuberias) a través de los alveolos. La ligereza de las vigas alveolares, combinada con su gran resistencia, no cesa de inspirar formas estructurales siempre nuevas.

La utilización de vigas de este tipo, como elementos de cubierta permite salvar grandes luces. El diámetro de las aberturas puede alcanzar el 80% de la altura total de la viga con la posibilidad de dejar una distancia mínima - necesaria en la fabricación- entre los alvéolos. Se fabrican utilizando vigas laminadas en caliente. Mediante oxicorte, se practica un doble corte en el alma. Las dos T así cradas se sueldan de nuevo tras desplazarlas entre sí una semi- onda, lo que se traduce en el aumento del canto de la viga (figura 5).

Figura 5.

El producto estructural así obtenido presenta una relación inercia/peso mejorada.
Los programas de corte se realizan por control numérico con el fin de garantizar el ajuste perfecto de los alveolos. La fabricación de las vigas en paralelo permite reducir los costes de producción. Para mayor información sobre este tipo de vigas ver el siguiente enlace http://www.constructalia.com/es_ES/common/pop_externo.jsp?url2=/es/resources/Contenido/03256439Foto_Big.pdf

Otro tipo se conoce como viga de celosia, viga metálica cuyo plano vertical o alma está formado al menos parcialmente por elementos diagonales, barras de hierro redondo unidas por soldadura eléctrica, que se cruzan en forma de celosía. Son la solución más económica para la ejecución de grandes luces, es decir, de grandes separaciones entre los apoyos. Este tipo de viga es una clase de entramado, compuesta con barras de longitudes más pequeñas, ver figura 6 y figura 7.

Figura 6. Viga de celosia formada por barras de acero.

Figura 7. Detalle viga de celosia.

En la figura 8 podemos ver una viga triangulada de madera, en que se producen las mismas zonas de trabajo que hemos descrito. En los casos de la vigas de celosia y vigas trianguladas de madera, las barras oblicuas trabajan comprimidas y traccionadas, alternadamente.

Figura 8. Vigas trianguladas de madera.

En el caso de vigas de hormigón armado, la tracción esta soportada por el acero de su armadura y la compresión, particularmente, por el hormigón.

Es decir, las barras de acero que colocamos en su interior, permiten a esta piedra artificial que es el hormigón, trabajar a la tracción y, por lo tanto, a la flexión (recordemos que las piedras naturales sólo resisten bien la compresión)

Un caso interesante para ver mejor los fenómenos que estamos considerando, lo constituye una viga de hormigón armado sobre varios apoyos, que recibe el nombre de "viga continua", por estar constituida por un solo elemento, que no se corta en los apoyos, como las vigas de madera.
Ver figura 9.

Figura 9.

Si cargamos esta viga a lo largo de toda su longitud, va a tender a deformarse como se indica en la letra B, es decir, curvandose hacia abajo en las partes libres y hacia arriba, frente a cada apoyo. Es evidente que la parte traccionada, la parte que trata de alargarse, osea, la parte convexa o slaiente de su curvatura, cambia en el tramo de abajo hacia arriba y viceversa. Se muestra en la letra C como, por esta razón, las principales barras d acero de la viga siguen el mismo camino de la zona traccionada.

Ejemplo de viga continua de hormigón armado con varios apoyos. En la letra B se muestra su manera de deformarse por efecto de las cargas que soporta, notándose que las zonas traccionadas están abajo en los tramos libres (entre los apoyos), y arriba, frente a cada apoyo. En C vemos como las armaduras de acero principales siguen la trayectoria de la zona traccionada. En el extremo de la derecha de la viga, aparece una parte en voladizo o consola (un apoyo), con su parte traccionada hacia arriba.

En la figura, el extremo derecho de la viga aparece saliente más alla del último apoyo, lo que se conoce con el nombre de consola o voladizo, pudiendo decirse "viga en consola" o "viga en voladizo". Nótese en este caso la zoan traccionada permanece en la parte alta y la armadura de acero ocupa longitudinalmente ese lugar.

Flexión

flexion viga doble T propiedades materiales
Llamamos viga a un elemento largo de madera, acero u hormigón armado que se coloca en posición horizontal en los edificios, apoyado en sus extremos, y es capaz de recibir cargas.

No siempre las vigas están en posición estrictamente horizontal pudiendo a veces tener un apoyo un poco más alto que el otro.

Figura 1. Viga trabajando a la flexión.

Figura 2. Viga de acero trabajando a la flexión.

La distancia que recibe cargas se dice que trabaja a la flexión. Con este esfuerzo trata de curvarse hacia abajo, lo que también se llama flexionarse.

La flexión es una forma de trabajo en que intervienen los dos tipos de trabajo recién estudiados: la compresión y la tracción.

Figura 3. Viga trabajando a la flexión.

En efecto, si observamos la viga de la figura (se ha exagerado la deformación para apreciar mejor el fenómeno), podemos notar que hay una zona superior en que la viga tiende a acortarse y una zona superior en que, al revés de la anterior, tiende alargarse.

La de arriba trabaja a la compresión y la de abajo, a la tracción.
La flexión es, pues, un esfuerzo compuesto o combinado, de tracción y compresión.

Si observamos una sección o corte a través de la viga como se ve en la figura 4, podemos notar que el esfuerzo de compresión va decreciendo hacia abajo, hasta llegar a cero en el plano central (horizontal) de la viga. Alli comienza la tracción que aumenta hacia abajo hasta ser máxima en la cara inferior de la viga.

Figura 4. Ubicación del trabajo de compresión y tracción en una sección o corte de una viga que trabaja a la flexión.

Esto se ha tratado de expresar en forma gráfica en la figura 5, en cuya sección puede observarse como la compresión decrece de arriba hacia abajo, hasta desaparecer en la zona neutra, para transformarse en el esfuerzo contrario, que aumenta luego hacia abajo, hasta ser máximo en el extremo inferior. El plano central, por ser una zona en que no se efectúa trabajo alguno, se llama eje neutro.

Figura 5. Esquema que grafica el eje neutro en una viga trabajando a la flexión.

Como se ve el trabajo a la flexión obliga a que una parte de la viga trabaje de una manera completamente distinta y opuesta a la otra, de modo que sólo es posible usar un material que resista bien los dos tipos de esfuerzo, el de tracción y el de compresión.

El acero y la madera cumplen esta condición y ambos arrojan valores de resistencia a la compresión terriblemente semejantes a los de la tracción, aunque entre ambos materiales las cifras sean bastante disimiles. El hormigón armado se adapta aún mejor a estas exigencias, puesto que en él pueden ubicarse las armaduras de acero de preferencia en las zonas traccionadas, dejando el hormigón solo la principal responsabilidad de las zonas comprimidas.
Por estas razones, sólo es posible utilizar en los edificios vigas de madera, de acero y de hormigón armado.

La forma de la viga, especialmente en su sección, tiene bastante importancia, por lo que se vio recién, si queremos aprovechar bien los materiales. Por ejemplo, en una viga de madera de sección rectangular, como la que aparaece en la figura 6, tiene madera sobrante en su zona central, donde los esfuerzos son pequeños. Podría disminuirse esa parte de su sección sin que la viga sufra disminución en su resistencia.

Figura 6.

Esto explica también que el perfil de una viga de acero, donde el material debe ser usado con mayor economía, adopte la forma que aparece en la letra C, que se llama viga "doble T".

Figura 7. Viga de acero "doble T".

Si tomamos una sección cualquiera de la viga, como la sección mostrada en la figura 8, vemos que actúan en ella dos fuerzas en sentido contrario ( compresión arriba, tracción abajo), que tratan de hacer girar esa sección en torno a su eje central. Cada fuerza forma en torno al punto O lo que se llama un "momento estático". Es fácil darse cuenta que cualquiera de esas fuerzas es más efectiva si aumentamos la distancia al punto O, o eje neutro, aunque la fuerza permanezca igual.

Figura 8. Fuerza que actúan en una sección de una viga trabajando a la flexión.

Como se trata de evitar que la fuerza AB de la viga gire en torno al punto O, para que ella se deforme lo menos posible, se ve con claridad que mientras mayor sea la distancia entre los puntos A y B, tanto mejor resistira la viga los esfuerzos de flexión, aunque la cantidad de material sea la misma.

Todo esto quiere decir que es muy importante la altura de una viga, en realción con su espesor. Tanto es asi que con la misma cantidad de madera, por ejemplo, podemos obtener una viga que resista varias veces más.

Si la viga de madera de la letra A de la figura 9 admite en su punto medio una carga de 80 kilogramos, la viga de la letra B admite el doble, o sea 160 kilogramos y la viga de la letra C, cuatro veces esa carga, es decir, 320 kilogramos. Teniendo las tres vigas el mismo volumen o cantidad de madera.

Figura 9. Esquema que grafica la importancia de la altura de la viga, en relación con su espesor.

Además, en relación a esto debemos considerar que si hacemos una entalladura o rebaje en una viga, en su borde inferior o superior como lo muestra la figura 10, causamos un gran daño debido a que estas partes son las que resiten un mayor esfuerzo. Con este corte (A y B) disminuye la sección útil de la viga a la parte restante, disminuyendo su resistencia proporcionalmente. Si en cambio, hacemos una perforación en ella, del mismo tamaño, en la zona central o neutra de la viga, como indica la letra C de la figura 10, no le ocasionamos daño alguno a la viga.

Figura 10



Figura 11. Ensayo de flexión.

Tracción

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Se llama tracción a una forma diferente de trabajo de los materiales, opuesta a la compresión, y en que actúan fuerza en direcciones contrarias que tienden a producir su alargamiento, como se ve en la figura 1.

Figura 1. Pieza sometida a esfuerzos de tracción.

Generalmente, la palabra tracción se utiliza para indicar el acto de tirar de algo para moverlo, especialmente arrastrar carruajes sobre el suelo. Se habla así de tracción animal, tracción a vapor, tracción eléctrica, etc. En la figura 2, se ve el caso un caso común de tracción, una grua que levanta un cuerpo pesado.

Figura 2. La grua ejerce tracción a traves del cable sobre el cuerpo presado.

Como ejemplo, en un edificio trabajan a la tracción algunas barras de los tijerales y las cadenas de hormigón armado. Interviene este esfuerzo en muchas soluciones de viga compuesta, en torres metálicas y techumbres, y en otros refuerzos o amarras que veremos más adelante.

Se mide la tracción en la misma forma que la compresión, o sea, en kg/cm2. En los laboratorios se preparan muestras de cada material y se les aplican fuerzas en direcciones opuestas, hasta que el material se corta. Se establece así su resistencia a la ruptura por tracción.

Como ya vimos, se divide este valor por el coeficiente de seguridad para obtener la carga admisible a la tracción.

Al contrario de lo que vimos con respecto a la compresión, son muy pocos los materiales que resisten bien a la tracción, siendo los principales el acero y la madera. También resiste bien a la tracción el hormigón armado (no el hormigón solo), precisamente porque tienen armaduras de acero en su interior.

El resto de los materiales, como los ladrillos, las piedras, los bloques de hormigón, hormigón solo, resisten muy poco a la tracción, y por lo general, se evitan que trabajen a este esfuerzo.

Las propiedades mecánicas de los materiales se determinan mediante ensayos realizados en laboratorios con pequeñas probetas de material. El ensayo destructivo más importante es el "ensayo de tracción". En donde se coloca una probeta en una máquina de ensayo consistente en dos mordazas, una fija y otra móvil. Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza móvil. Es decir, se aplica una fuerza de tracción progresiva a una probeta hasta llegar a su rotura. Durante el ensayo se va midiendo el alargamiento de la probeta.

Figura 3. Máquina de ensayo de tracción.

La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga aplicada, las máquinas poseen un plotter que gráfica en un eje el desplazamiento y en el otro eje la carga leída.

Analizando las probetas después de rotas , es posible medir dos parámetros : el alargamiento final (alargamiento longitudinal) y el diámetro final (acortamiento transversal). La deformación se concentra en la zona del cuello, provocando que la carga deje de subir. Al adelgazarse la probeta la carga queda aplicada en menor área, provocando la ruptura. La figura 4 mustra la forma de la probeta al inicio, al momento de llegar a la carga máxima y luegpode la ruptura.

Figura 4. Formación del cuello y ruptura.

El acero presenta básicamente las mismas propiedades a tracción u compresión.

El hormigón tiene muy mal comportamiento a tracción y bueno a compresión. Los poros, intercaras,etc. entre los diversos componentes del hormigón derivan en grietas bajo la tracción, provocando la rotura a carga muy baja. Por esto, si se usa a tracción se arma con acero, obténiendose el "hormigón armado".

Tensión de rotura (hormigón a compresión) = 20MPa
Tensión de rotura (hormigón a tracción) = 2 MPa

Compresión

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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

El conocerlas previamente nos facilitara el estudio y la comprensión en que se explicara en detalle el proceso constructivo de una vivienda.

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

La 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 4

La 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 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.

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 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.