Resistencia de materiales y la teoría de elasticidad

RESISTENCIA DE MATERIALES

La Resistencia de materiales puede considerarse como aquella parte de la mecánica de solidos que resulta de aplicar la teoría de elasticidad a un tipo restringido de problemas que se plantea en el día a día de la ingeniería estructural para posibilitar su resolución de forma analítica.

La resistencia de materiales como parte integrante de la mecánica de estructuras tiene como objetivo fundamental determinar la respuesta de las estructuras cuando estas se ven sometidas a las diferentes acciones que deben soportar durante su construcción y vida útil.

Por “respuesta estructural” se entiende, básicamente, la determinación de los estados de tensión y deformación a los que la estructura va a estar sometida por efecto de los diferentes estados de carga que se consideran.

Por tanto, la resistencia de materiales pretende establecer las condiciones de resistencia y rigidez de las estructuras analizadas.

CONCRETO

El concreto simple es un material artificial que se obtiene como resultado de la mezcla con otros materiales llamados agregados. Estos se clasifican en activos o inertes. Son activos, el cemento y el agua e inertes  arena y la grava, conocidos también como agregados fino y grueso respectivamente cuando se mezclan dos inertes con un activo, la mezcla permanece sin alteración, pero cuando se mezclan los dos activos con un inerte se producirá una reacción química donde esa lechada (cemento-agua) fragüe y comience a endurecer hasta alcanzar gran solidez.

Se le llamada concreto armado o reforzado, cuando el concreto simple se le introduce una armadura metálica, capaz de absorber esfuerzos que el concreto simple por ser una piedra artificial no podría soportar.

El reglamento de construcciones para el D.F. clasifica el concreto para fines estructurales en dos clases:

*Clase 1: cuando el concreto se encuentra en estado fresco con un peso volumétrico de entre 2200 y 2400 kg/m3

*Clase 2: estando en estado fresco su eso volumétrico se considera de entre 1900 y 2200 kg/m3

El uso de dichos concretos dependerá de la clase de construcción y para esto el propio reglamento los clasifica dependiendo de la falla estructural, gravedad del problema que pueda causar dicha falla y pérdida de vidas humanas, grandes pérdidas económicas o destrucción y perdida de aceros culturales de muy alto costo.

RESISTENCIA DEL CONCRETO A COMPRESION Y TENSION

La resistencia del concreto a la compresión es sin duda el esfuerzo de mayor interés dentro del campo de las estructuras de concreto. El reglamento de construcciones para el D.F. le considera al concreto una resistencia a tensión que, siendo de menor importancia deberá considerarse, sobre todo en obras de perimetracion.

 El reglamento determina para los concretos la siguiente especificación:

*Concreto clase 1.- tendrá una resistencia especifica (fc’) igual o mayor que 250 kg/cm2

Concreto clase 2.- su resistencia específica (fc’) será inferior a 250kg/cm2.

Todo concreto será proporcionado e tal manera que su resistencia media (fc) sea superior a la especificada (fc’)

La resistencia del concreto a tensión (ft) se tomara:

*Concreto clase 1: 1.5 √fc’ ;  para diseñar ft=1.2 √fc

*Concreto clase 2: 1.2 √fc’ ; para diseñar ft = 0.9 √fc

Cuando el concreto se encuentre sometido a tensión por flexión o módulo de rotura (ff)  su resistencia se tomara igual a:

*Concreto clase 1: 2.0 √fc’ ; para diseñar ft = 1.6 √fc

*Concreto clase 2: 1.4 √fc’ ; para diseñar fc = 1.1 √fc

Las pruebas sobre resistencia del concreto a compresión, se hace sobre cilindros de acero de 15cm de diámetro por 30 cm de alto, curados en el laboratorio y probados a los 28 días. Cabe menciona que resulta difícil que el concreto presente únicamente un solo esfuerzo (esfuerzo uniaxial), será más práctico pensar que se esfuerza en varia direcciones (esfuerzo biaxial o triaxial)

MODULO DE ELASTICIDAD DEL CONCRETO:

Para el concreto no se puede establecer un módulo de elasticidad constante y su valor dependerá de la intensidad de la carga, de las cargas de corta y larga duración, de la fatiga de ruptura del concreto y, también de su peso volumétrico.

No obstante se recomienda considerar:

*Concreto clase 1.- 1400 √fc’ , en kg/cm2

*Concreto clase 2.- 8000  √fc’ , en kg/cm2

TIPO DE ENSAYO

*Ensayo de tracción

El ensayo de tracción consiste en estirar de forma controlada una pequeña probeta del material con forma de barra esbelta, generalmente hasta su rotura. Se trata de un ensayo muy común, probablemente el más común de los que cabe realizar a un material que se pretenda usar con fines resistentes. Por ello, este ensayo está contemplado y regulado en la normativa (norma UNE EN 10002). El resultado del ensayo es una gráfica en la que se representa en abscisas el incremento de longitud de la probeta en cada instante, dividido entre su longitud inicial, y en ordenadas la fuerza aplicada en cada instante, dividida entre el área de la sección de la probeta.

*Ensayo de torsión

El ensayo de torsión se realiza usualmente sobre una probeta maciza de geometría cilíndrica, aplicando un momento colineal con la directriz de la barra, que llamamos “momento torsor” y denotamos como “T”, y cuyo efecto es retorcer la barra en torno a su eje. Para los objetivos ilustrativos que perseguimos aquí, es más conveniente considerar una probeta cilíndrica hueca de pared delgada, sobre la que es igualmente posible realizar el ensayo. Teóricamente los resultados debieran ser análogos para ambas geometrías, pero debe tenerse noticia de que en la práctica, en el caso de sección de pared delgada, pueden aparecer fenómenos de inestabilidad (abolladura de la pared del tubo) para cierto nivel del par torsor. Si la pared del tubo es muy delgada en comparación con el diámetro, dichos fenómenos pueden aparecer antes de la plastificación del material. Para que esto no suceda, la relación diámetro “D” a espesor “e” debe ser menor que 50, orientativamente. Por otra parte, a los efectos del ensayo puede considerarse “de pared delgada” a los tubos con relación D/e mayor que 20, orientativamente. Asumimos que nuestro ensayo estará realizado sobre una probeta cuya relación D/e está entre esos valores, de forma que se alcance, al menos, la plastificación sin que aparezcan fenómenos de inestabilidad.

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