Ingeniería Estructural: Conceptos Fundamentales y Ensayos de Materiales

Fundamentos de Estructuras

Una estructura es un elemento o conjunto de elementos unidos entre sí con la finalidad de soportar diferentes tipos de esfuerzos. Las estructuras han de ser resistentes, ligeras y estables.

Estabilidad y Centro de Gravedad

Una estructura es estable cuando no cae o vuelca por la acción de las fuerzas que actúan sobre ella.

La estabilidad de una estructura aumenta:

• Cuanto mayor sea la relación entre la superficie de la base y su altura.
• Cuanto más bajo se sitúe su centro de gravedad.

El centro de gravedad de un cuerpo es el punto de aplicación de la suma de todas las fuerzas que constituyen el peso del cuerpo.

Tipos de Estructuras

Existe una gran variedad de estructuras, lo que dificulta su clasificación. Según el tipo de elementos componentes, se distinguen:

• Estructuras masivas: muros, taludes, espigones, etc.
• Estructuras de barras: pueden ser trianguladas, entramadas, horizontales o verticales.
• Estructuras laminares: formadas por láminas o planchas.
• Estructuras colgadas: sus principales elementos son los cables y los tensores.

Para su estudio, las estructuras se agrupan en función de:

• La movilidad de sus elementos, y así pueden ser rígidas o articuladas.
• La situación de los elementos que soportan mayores esfuerzos, y así pueden ser horizontales o verticales.

Estructuras Rígidas y Articuladas

• Una estructura rígida es aquella que, al someterla a diferentes esfuerzos, no se puede deformar sin que se produzca la rotura de sus elementos.
• Una estructura articulada es la que se deforma por medio del desplazamiento de sus elementos al aplicarle una fuerza.

Estructuras Verticales y Horizontales

• Las estructuras verticales son las que tienen en posición vertical los elementos que soportan los mayores esfuerzos. En las estructuras verticales, los elementos que soportan mayores esfuerzos trabajan a compresión.
• Las estructuras horizontales son las que tienen en posición horizontal los elementos que soportan los mayores esfuerzos. En las estructuras horizontales, los elementos sometidos a mayor esfuerzo trabajan a flexión.

Ensayos de Materiales

La capacidad de resistencia de los materiales ante diferentes esfuerzos se determina mediante ensayos. Los ensayos son procedimientos normalizados que permiten conocer, comprobar y cuantificar las características y las propiedades de los materiales.

Los ensayos mecánicos permiten conocer y cuantificar las propiedades mecánicas de los materiales. Los principales ensayos mecánicos son los de: dureza, tracción, compresión, resistencia al choque, flexión y torsión. Para la realización de los ensayos se emplean muestras de material que tienen formas y dimensiones normalizadas y que reciben el nombre de probetas.

La aplicación de diferentes esfuerzos sobre las probetas se lleva a cabo mediante máquinas y dispositivos que permiten regularlos y medirlos. Un ejemplo de estos aparatos es el durómetro.

Ensayo de Resistencia a la Compresión del Hormigón

El proceso para determinar la resistencia a la compresión del hormigón incluye los siguientes pasos:

1. Se vierte el hormigón en un molde para obtener una probeta.
2. Las probetas se almacenan hasta que el hormigón fragua.
3. La probeta de hormigón se coloca en la prensa.
4. Se aumenta la presión hasta que la probeta se rompe.