Resistencia de materiales de construcción

En esta asignatura estudiará usted la forma de calcular las secciones que deben tener los elementos estructurales de una obra para soportar en buenas condiciones las diferentes cargas que sobre la misma gravitan. Antes de entrar en dicho estudio, es necesario que usted tenga una noción clara de unos cuantos conceptos referidos a los materiales, a las fuerzas que se hallan sometidos y a las condiciones de resistencia de los materiales.

Le aconsejamos que preste especial atención a estas primeras lecciones, cuya finalidad es aclarar dichos conceptos. Si lo hace así, se desenvolverá cómodamente a la hora de enfrentarse con los cálculos.

Materia

Es evidente que todas las cosas que nos rodean están hechas de algo. Este algo, ya sea hierro, piedra, madera, papel, etc., y que se puede tocar, sentir, medir y pesar, es lo que se llama materia.

Cuando las cosas que nos rodean se estudian como hechas de materia, se les llama cuerpos. Así pues, no sólo son cuerpos los de las personas o animales sino también un árbol, un pilar, una casa, incluso el aire. Asimismo, son cuerpos el hierro, la madera, el yeso, etc., pues también todos los llamados materiales que se utilizan para hacer cosas son hechos de materia.

El hecho de que veamos los cuerpos formados por cosas o materiales distintos, como la madera, el vidrio, la piedra, etc., es porque la materia se presenta en formas diferentes.

Propiedades de los materiales

Los cuerpos y los materiales, según hemos dicho anteriormente, son cuerpos— tienen unas formas o modos de ser propios. A estas formas o modos de ser se les llama propiedades. Por ejemplo, usted sabe que el hierro es duro: la dureza es una propiedad del hierro; usted sabe también que el vidrio es frágil, o sea, se rompe con facilidad: la fragilidad es una propiedad del vidrio.

Masa

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Usted puede fácilmente comprender que dos cosas distintas no estarán hechas con la misma cantidad de materia; no estarán hechas con la misma cantidad de materia un pequeño tornillo que una rueda de tren: la cantidad de materia que habrá en el pequeño tornillo será más pequeña que la cantidad de materia que habrá en una rueda de tren.

A la cantidad de materia con que está hecho un cuerpo se le llama masa del cuerpo.

Un cuerpo tiene poca masa cuando está hecho con poca cantidad de materia, como el tornillo que se ha puesto por ejemplo, mientras que un cuerpo tendrá mucha masa cuando esté hecho con mucha cantidad de materia.

Fíjese en que la masa es una propiedad de los cuerpos, es una forma de ser de ellos el tener más o menos masa.

Inercia

Se da el nombre de inercia a la propiedad que poseen los cuerpos de que si se encuentran en reposo o se hallan animados de un movimiento de una velocidad determinada, seguirán en el mismo estado en que se hallan hasta que una causa externa lo modifique. Por ejemplo: una bola lanzada en línea recta con una velocidad determinada sobre una superficie lisa, suponiendo que ni él rodar sobre ella ni el aire ofrecieran resistencia al movimiento de la bola, está seguiría moviéndose indefinidamente con la misma velocidad y en la misma dirección y sentido.

Fuerza

Llamamos fuerza toda causa que tiende a modificar el estado de reposo o de movimiento de los cuerpos.

Unos ejemplos nos ayudarán a entender este concepto. Supongamos una bola de hierro situada sobre un plano horizontal. Damos un empujón a la bola y ésta se pone en movimiento: hemos aplicado una fuerza a la bola, que ha vencido su inercia y la ha puesto en movimiento.

Ahora, ya la bola en movimiento, colocamos la mano delante, y la bola se para: también en este caso hemos aplicado una fuerza cuyo efecto ha sido parar la bola que estaba en movimiento, venciendo su inercia.

Peso

Los cuerpos son atraídos por la Tierra; por esto precisamente, si se separan de la superficie de la Tierra, levantando los del suelo, cuando se sueltan, vuelven a acercarse, cayendo al suelo. Esta atracción que la Tierra ejerce sobre los cuerpos situados sobre ella es precisamente lo que se llama peso de los cuerpos.

Según lo que se ha dicho que es una fuerza, el peso es una fuerza, ya que produce el movimiento (caída) de los cuerpos.

Diferencia entre peso y masa

Conviene aclarar los conceptos de peso y masa, puesto que, tratándose de dos magnitudes completamente diferentes, suelen confundirse, porque ambas —peso y masa— se miden con unidades del mismo nombre, llamadas, respectivamente kilogramo —peso y kilo-gramo-masa.

El peso de un cuerpo es la fuerza de atracción de la Tierra sobre ese cuerpo: cuanto más se aleje el cuerpo de la Tierra, menor será la atracción de ésta sobre el cuerpo. Por lo tanto, el peso disminuye a medida que nos alejamos de la Tierra; incluso puede llegar un momento en que el peso desaparezca totalmente, cuando la atracción de la Tierra es nula, debido a que la distancia se ha hecho muy grande. Luego, el peso es una magnitud variable.

La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo; y esa cantidad de materia será la misma en cualquier lugar del Universo que nos encontremos. Luego, la masa es una magnitud constante.

Unidades de fuerza

La unidad más empleada para la medición de fuerzas es el kilogramo-peso llamado también kilopondio. Es el peso de un kilogramo-masa, al nivel del mar. Se representa abreviadamente por kp. También se utiliza la milésima parte del kilopondio, que se llama pondio o gramo-peso y se representa por p.

En la práctica, sin embargo, el kilogramo-peso o kilopondio y el

kilogramo-masa se consideran equivalentes, y se habla indistintamente de kilogramos o, en forma abreviada, kg.

Características de las fuerzas

Toda fuerza viene definida por las siguientes características:

— Magnitud o intensidad de la fuerza; por ejemplo, 30 kilogramos.

— Dirección; o sea, la línea sobre la que actúa la fuerza.

— Sentido; es decir, una de las dos orientaciones de la dirección.

— Punto de aplicación; o parte del cuerpo sobre la que actúa 1 fuerza.

Así, si empujamos, según la figura 4 el bloque c con una fuerza d 10 kg dicho bloque se mueve siguiendo la trayectoria a-b. En este caso, tendremos:

— Intensidad de la fuerza: 10 kg

— Dirección: la de la línea a-b

— Sentido: dentro de la línea a-b el sentido de a a b

— Punto de aplicación: el de la marto sobre el bloque c

Esfuerzos

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Cuando un cuerpo se encuentra sometido a la acción de varias fuerzas puede ser que éstas no produzcan un movimiento del mismo Sin embargo, es evidente que el cuerpo no está en las mismas condiciones que si no estuviese sometido a tales fuerzas.

En efecto, en un cuerpo que se halla sometido a la acción de fuerzas exteriores que no hagan variar su movimiento se producen fuerzas de reacción en el interior del cuerpo que tienden a anular e efecto de las fuerzas externas y eviten que el cuerpo se divida en trozos por el efecto de éstas; o sea, se rompa. Cuando un cuerpo sí halla bajo los efectos de unas fuerzas en las condiciones indicadas se dice que está sometido a esfuerzos.

Los esfuerzos son de distintos tipos según la disposición y forma de actuar de las fuerzas externas que los producen. Los que más interesan al Técnico de la Construcción son los llamados estáticos.

Un cuerpo se dice que está sometido a un esfuerzo estático cuando las fuerzas externas que producen el esfuerzo son de una intensidad constante o cuando la intensidad de estas fuerzas varía muy lentamente.

Hay muchas clases de esfuerzos estáticos; vamos a exponer los más interesantes.

Esfuerzo de tracción

Es aquel a que está sometido un cuerpo cuando las fuerzas externas tienden a estirarlo o alargarlo; en la foto se muestra como ejemplo la forma cómo se produce un esfuerzo de tracción cuando se intenta estirar la varilla.

Esfuerzo de compresión

Este tipo de esfuerzos se produce cuando las fuerzas externas tienden a acortar o comprimir un cuerpo.

Esfuerzo de flexión

Este tipo de esfuerzo es producido cuando las fuerzas aplicadas al cuerpo tienden a doblarlo.

Esfuerzo de torsión

Es el que se produce cuando las fuerzas externas tienden a retorcer el cuerpo.

Esfuerzo de cortadura

Un cuerpo está sometido a este esfuerzo cuando las partes externas tienden a deslizar una parte del cuerpo sobre la otra, según un plano que corta al cuerpo.

Este esfuerzo se produce también cuando se corta una plancha o lámina con unas tijeras o cizallas. Ensaye usted cortando una plancha de cartón de un cierto grueso y observe cómo se desplaza una parte del cartón con respecto a la otra, según el plano de corte de las tijeras. A este esfuerzo se le llama también esfuerzo de cizallamiento.

Esfuerzo de pandeo

Este esfuerzo se produce en un cuerpo cuando las fuerzas externas tienden a cortarlo en el sentido de su longitud, siendo esta longitud grande en relación con la anchura o sección del cuerpo, teniendo entonces éste tendencia a doblarse.

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