2 - RESISTENCIA DE LOS MATERIALES

RACCONTO

En la clase anterior vimos la primera de las “Exigencias EstructuralesBásicas, el EQUILIBRIO, donde se aplican las leyes de Newton que gobiernan elmovimiento de los cuerpos (sumatoria de fuerzas = 0; sumatoria de momentos =0), vigentes para todas las estructuras independientemente de los materialesusados.

Para su determinación se hizo necesario emplear algunas herramientasgeométricas de la ESTÁTICA GRÁFICA representando a las fuerzas como“Vectores”, de los cuales vimos algunas de sus propiedades. (igualdad – suma –descomposición en dos direcciones ortogonales).

Con ellas podemos analizar como las cargas son TRANSMITIDAS al suelo,con independencia de los materiales utilizados.

Pero todavía nos queda ver como RESISTEN los Materiales

Porque en definitiva, el comportamiento de una estructura podemos resumirloen dos palabras:

- TRANSMITIR un conjunto de cargas al suelo- RESISTIR los diversos esfuerzos a que son sometidos sus materiales,

En una relación que oscila entre:

- Un Esquema Estructural que “Obliga” al Material a resistir unosesfuerzos determinados (Tracción, compresión, etc.)

- Um “Material” que “obliga” al Esquema a transmitir cargas de unaforma definida.

En esta disyuntiva estamos cada vez que debemos “decidir” una Estructura

En síntesis, toda estructura es el resultado de la INTEGRACIÓN ENTREFORMA y MATERIA.

No se pueden pensar y decidir una independiente de la otra. Toda deficiencia en laforma se paga con un aumento en la cantidad de material a emplear.

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Hoy vamos a empezar a estudiar los elementos concretos, sólidos, queconforman la estructura, su material, su forma, sus dimensiones, es decir,aquello que atañe a su “RESISTENCIA” Y SU “RIGIDEZ”

para lo cual conviene empezar por las :

PROPIEDADES ESTRUCTURALES DE LOS MATERIALES.

- Todos los cuerpos son deformables por FUERZAS EXTERNAS.

- Las FUERZAS INTERNAS (a las que llamamos “Tensiones”, fuerzas decorto alcance entre los átomos) se oponen a la Deformación.

- El Estudio de la Deformación es algo muy importante para entender lamecánica de los materiales y el diseño estructural

- Las estructuras se deben encarnar en aquellos materiales cuyaspropiedades estructurales sean compatibles con los esfuerzos a losque serán sometidos

Hay una gran diversidad de materiales: Mampuestos, Maderas, Hierro, Hormigón,etc. cuyo comportamiento estructural fluctúa en función de algunosparámetros fundamentales:

ELASTICIDAD- Es la propiedad de un material de cesar su deformación una vez cesada

la acción de la carga.

- Dentro de un cierto límite, (llamado “Límite Elástico”) las Deformacionesson proporcionales a las tensiones.

- Los materiales estructurales se utilizan dentro del rango elástico.

PLASTICIDAD- Es la propiedad del material de mantener una deformación permanente,

una vez desaparecida la carga.

- Mas allá de su “Limite de elasticidad”, todos los materiales estructuralesse comportan de una manera “plástica”, permitiendo prever laposibilidad de un colapso.

- Los materiales que no tienen periódo plástico, no son aptos para finesestructurales.

ISOTROPIA- Es la propiedad de algunos materiales (Hierro, Metales) de responder de

igual manera sea cual fuere la dirección en que se le apliquen lascargas.

ANISOTROPIA- Es la propiedad de algunos materiales (Maderas, Piedras) de responder

de distinta manera según las direcciones en que se le apliquen lascargas,

RESISTENCIA

La Resistencia depende fundamentalmente de LA APTITUD DEL MATERIALempleado frente a LOS ESFUERZOS a los que se ve sometido.

- Dichas tensiones son las que provocan, en el límite, la rotura de las partes yel colapso estructural.

- Dichas tensiones se resumen en dos estados básicos: TRACCION yCOMPRESION, pues las restantes, CORTE, FLEXION Y TORSION soncombinaciones de ellas dos.

TRACCIÓN

- Es el estado de tensión por el cual las partículas del material tienden asepararse, alargando la pieza.

- Simultáneamente, su sección se angosta, disminuye su diámetro.

COMPRESION

- Es el estado de tensión por el cual las partículas del material tienden aapretarse entre sí acortando la pieza, produciendo al mismo tiempo unensanchamiento lateral.

- En ambos casos, dentro del periodo elástico del material, la deformaciónpor alargamiento ó acortamiento y el angostamiento ó ensanchetransversal es proporcional a la carga.

TIPOS ESTRUCTURALES AXIALES

CABLES:Analicemos un cable tendido entre dos puntos, con una carga aplicada en elmedio:

- El Cable adopta una forma triangular y cada mitad de la carga estransmitida oblicuamente a los apoyos a lo largo del cable, sometido ATRACCIÓN SIMPLE

- Si los apoyos no estuvieran fijos, se desplazarían hacia el centro.

- Esto muestra que la tracción oblicua, al llegar a los apoyos, sedescompone en dos fuerzas, una vertical, igual a la mitad de la carga,y una horizontal, llamada “EMPUJE”

- La Tensión de tracción que soporta el cable es inversamenteproporcional a la dimensión de LA “FLECHA”

POLIGONO FUNICULAR

- Si la carga se desplaza cambia la forma del Cable, y por lo tanto, losapoyos reciben cargas distintas, aunque igual empuje horizontal.

- A medida que que agregamos cargas el cable vuelve a cambiar, tomandola forma de un “POLIGONO FUNICULAR”

- Si la carga es “uniformemente repartida” (p. ej. el Peso Propio) toma laforma de una “Parábola Funicular”. (Su flecha óptima es igual a untercio de la luz.)

LAS ESTRUCTURAS DE CABLES son simples y económicas para salvargrandes luces utilizando MATERIALES APTOS A LA TRACCIÓN (acero)

Tales los puentes colgantes, las cubiertas tensadas con formas de silla demontar, rueda de bicicleta, cúpulas de tracción (el “estadio Único”)

ARCOS:Si se invierte la forma parabólica anterior, se obtiene un arco con forma deparábola:

- Este Arco desarrolla sólo TENSIONES DE COMPRESIÓN

- Los Empujes horizontales cambian y se dirigen hacia fuera

- Si las cargas se distribuyen según el eje de la pieza (Peso propio), lacurva resultante se llama “CATENARIA” y desarrolla solo compresión

- Los arcos semicirculares desarrollan cierta FLEXION

- Un CABLE puede soportar cualquier sistema de cargas CAMBIANDOSU FORMA, pero un ARCO no lo puede hacer por ser Estable.

LAS ESTRUCTURAS EN ARCO son esencialmente para cubrir grandes lucesutilizando materiales aptos para COMPRESION.

- Si el principio del arco lo generalizamos longitudinalmente, tenemos laBÓVEDA apoyada linealmente sobre apoyos laterales

- Si el principio del arco lo generalizamos alrededor de un punto central,tenemos LA CUPULA apoyada linealmente sobre apoyos perimetrales.