Compresión Tracción Son las 2 esfuerzos axiales básicos. Compresión: La acción sobre un cuerpo de 2 Fuerzas de la misma magnitud, dirección y sentido opuesto, convergentes. Las partículas se acercan y el cuerpo se acorta y engrosa . (ejemplo: Hormigón, se rompe y estalla)

Tracción: La acción sobre un cuerpo de 2 Fuerzas de la misma magnitud, dirección y sentido opuesto, divergentes. Las partículas se alejan, el cuerpo se alarga y angosta. (ejemplo: Acero, se rompe con un período plástico, “avisa”)

Cuando se somete un cuerpo a un esfuerzo, éste entra en un estado que llamamos genéricamente Tensión . Donde:

Tensión σ σ σ σ = Fuerza / Sección = [Kg/cm2]

Si definimos: Tensión admisible = σ adm = σ rotura x γ (coeficiente de seguridad). Conociendo dos de los datos y despejando la variable desconocida de la fórmula de tensión podemos deducir que:

Tensión de trabajo = σ trab= Fuerza actuante / Sección adoptada = [Kg/cm2]

Sección necesaria = Fuerza actuante/ σ adm = [cm2]

Fuerza máx admisible = Sección adopt. x σ adm = [Kg] ¿Para qué descomponemos fuerzas? Para sumar fuerzas y obtener la resultante. Para descomponer Fuerzas y saber sus componentes en los ejes ortogonales x e y. Dónde y es la gravedad (la plomada) (las fuerzas se las puede conducir a tierra fácilmente). El eje x es el eje perpendicular a G, cuyas fuerzas son más problemáticas, difíciles de conducir a tierra y tienden a volcar la estructura (fuerzas externas: viento, sismos) y fuerzas internas empujes (debidos a arcos, bóvedas, puntales).

Tipos estructurales de Compresión

Una adecuada relación entre forma y estructura deviene en un tipo estructural. El tipo es independiente del material con que se realiza. El comportamiento estructural es definido y sintético, minimizando las tensiones y maximizando el empleo de la sección estructural. En los tipos estructurales a la compresión las cargas deben seguir el eje del elemento estructural, si no la estructura desarrolla otros esfuerzos, flexión, pandeo, y se vuelve inestable. Es importante el aporte de la carga de la propia estructura para guiar el recorrido de las cargas. Los materiales a la compresión suelen ser pesados. Apilamiento Es el más básico de los tipos a la compresión. Su lógica obedece al traslado directo de la carga siguiendo la recta de acción de la fuerza de gravedad. Predomina el peso propio de la estructura respecto a la carga útil. Materiales a granel: tierra, arena, piedra suelta, caracterizadas por una pendiente específica que evita el volcamiento. Son estructuras cuya base en general es mayor a medida que se acerca a tierra, por lo tanto muy estables. Ej: terraplenes, taludes, caminos, mastabas, pirámides.

Columna Es un elemento preparado para recibir una carga puntual y trasladarla a tierra. Apoyo puntual. El recorrido de la carga debe ser axial, sin apartarse del eje Ej: columna griega conformada por partes, simple apilamiento de discos, su construcción exacerba las características de un elemento incapaz de soportar esfuerzos transversales.

Muro Traslado de la columna sobre un eje. Sólo traslada las cargas que están en su eje. Resiste cargas verticales. Apoyos lineales. A diferencia de la columna sí es resistente a esfuerzos transversales a la gravedad, aquellos aplicados sobre plano conformado. Lo que da origen a la lógica muraria de planos con rigidización trasversal aportada por otros planos perpendiculares entre si (trama ortogonal), la caja muraria. Ej: Machu Pichu.

Arco El arco trabaja por forma. La pieza superior del arco se llama clave, ésta descompone su carga en las 2 piezas adyacentes y genera un empuje lateral. A medida que descendemos y sumamos piezas, el peso de cada pieza del arco desvía hacia abajo el recorrido de las cargas (aumenta la componente vertical de la resultante de las cargas actuantes). Todo el recorrido de las cargas debe seguir axialmente al arco. Si las cargas se desvían éste se vuelve inestable (se desvía hacia fuera típicamente en el tercio inferior, riñones del arco). Resultante: finalmente cuando llegamos a el apoyo del arco tenemos una resultante abierta en cada extremo, con una componente vertical y una componente en x llamada empuje. La resultante tiene la componente horizontal que se generó en la clave. El empuje es la fuerza crítica del arco, debe descargarse o contrarrestarse (si no el arco se abriría). El empuje lateral es por contrapartida quien nos permitió abrir el vano. El arco es apto para la carga uniformemente repartida, el arco encuentra su forma natural de carga en el muro, es más: éste lo contiene y le impide su deformación.

Empuje del Arco Dos modos históricos de resolver el empuje y llevar la carga a tierra. Por masa: Arco de triunfo. Gran carga simbólica, el peso arriba. El peso de los “hombros” aumenta la componente vertical de la resultante. Por sucesión de arcos. Los empujes de cada arco se anulan en la media que arco y carga sean equivalentes. Resulta sólo una componente vertical. Permite varios niveles de uso. El problema es el último arco (Ej: Acueducto, por masa: montaña; o se cierra en si mismo, Coliseo).

Arco Ojival: a desarrollar en el Trabajo Práctico. El empuje en un arco parabólico moderno: Casa del Puente , la caja de acceso descarga sobre la misma base y aumenta la componente vertical de la resultante + un suelo que tolera empuje.

Bóveda Arco trasladado sobre un eje. Mismo análisis que el arco. El empuje lateral repartido es tomado por un muro ancho: Eremita Románica. O por par de vigas que están retenidas por tensores en sus extremos: Casa Sarabhai L.C. Espacios direccionados.

Cúpula Arco rotado sobre su centro. El empuje del aro de apoyo es tomado por un muro ancho y cargado. Ej: Panteón de Agrippa La cúpula está alivianada. Sustracción de la clave del arco, el ojo, entada de luz, sustentado por la continuidad lateral, estructura espacial. Espacio central.

Tipos estructurales de Tracción

Los elementos que conforman las estructuras a tracción son: cables, cadenas, tensores, barras de acero. El cable: no tiene forma, toma la forma más adecuada para soportar la carga que se le ejerce. La Familia de las rectas: desde una la recta vertical (ej: ascensor), en V cuando está suspendido de 2 puntos y una curva facetada a medida que se le agrega peso. Funicular y Antifunicular de cargas. El Funicular es la forma que adopta el cable frente a una sumatoria de cargas particulares. Es la forma más apta, trabaja a tracción pura. Espejando ésta forma obtenemos un arco, el antifunicular de cargas, éste arco es la forma más apta y trabaja a la compresión pura para la misma carga. Éste método grafica cómo tracción y compresión tienen un comportamiento exactamente inverso ya que sus tipologías nacen de una acción opuesta respecto a la gravedad.

Catenaria Si repartimos la carga y hacemos los tramos entre cargas infinitesimalmente pequeños obtenemos: una curva característica según la distribución de cargas. La catenaria curva más eficiente cuando la carga está uniformemente repartida a lo largo del eje de la estructura. (ej: cadena) .

Parábola La parábola curva más eficiente cuando la carga está uniformemente a lo largo del eje x. (ej: Puentes de Brooklyn) .

Tensores Estructura de tensores rectos siguiendo una distribución de abanico desde un punto superior. Para la misma carga, cuanto más agudo el ángulo del tensor mayor la tensión. Las curvas tienen el problema de anclar los extremos de los cables a la tracción. Para todos: deben equilibrarse las cargas laterales sobre las columnas para tener sólo una descarga vertical.