Materiales Estructurales

INTRODUCCIÓN A LOS TIPOS
ESTRUCTURALES
Cátedra: Ing. José María Canciani
Tema:
MATERIALES ESTRUCTURALES
Ing. José María Canciani
Arq a . Cecilia Cei
Ing. Alejandro Albanese
Ing. Carlos Salomone
Año Académico: 2009
Materiales Estructurales
Materiales estructurales más usados
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Hormigón armado
Acero
Mampostería
Madera
Membranas Textiles
Aluminio
El hormigón armado es el material más utilizado en la construcción.
Combina las características estructurales del hormigón y del acero.
Se lo puede construir en una gran variedad de formas
La resistencia del hormigón depende de la calidad y dosificación de los elementos que
intervienen en la mezcla
Para grandes obras, en laboratorios especializados, se realiza el cálculo de la dosificación
de cada componente, necesaria para alcanzar la resistencia requerida.
Su fabricación es un proceso delicado, muchas veces no se mezcla en obra , sino que se
fabrica en plantas especiales y luego se lo transporta a la obra
Durante el fraguado del hormigón se produce calor, es necesario disipar el mismo
mediante el curado, que se hace generalmente tapándolo con paños mojados
Estructuras de acero
El acero es el material estructural que presenta mayor resistencia a las cargas.
Se utiliza , en general, cuando es necesario cubrir grandes luces, o en edificios de gran
altura.Es muy usado en puentes, torres de energía y comunicaciones, y naves
industriales
TRANS AMERICA PYRAMID,
SAN FRANCISCO
GUILLERMO PEREYRA
260m
SKEIK KHALIFA
STADIUM . DUBAI
RICE PERRIS ELLI
110m de Luz
Mampostería
La mampostería fue uno de los primeros materiales utilizados.
En la actualidad, se emplea principalmente para materializar muros portantes en edificios
de baja altura.
También se lo puede utilizar para cubrir pequeñas luces, formando bóvedas o cúpulas de
compresión
CATEDRAL DE FLORENCIA
ARNOLFO DI CAMBIO
FILIPPO BRUNELLESCHI
1926-1462
Madera
La madera fue uno de los materiales estructurales más usados en la antigüedad.
Actualmente se lo utiliza principalmente en viviendas unifamiliares.
También es empleado como cubierta, en luces intermedias
Membranas Textiles
La membranas textiles presentan una utilización creciente en el ámbito de las
estructuras tensadas, llegando a cubrir grandes luces.
Por su facilidad de montaje, se utilizan también para materializar estructuras temporales.
Aluminio
El aluminio se utiliza algunas veces, en estructuras de pequeñas luces.
Por su facilidad de montaje y desmontaje presenta su uso más extendido en estructuras
temporales.
Materiales Elásticos
Un material se comporta de manera elástica, cuando, la deformación que experimenta
bajo la acción de una carga, cesa al desaparecer la misma.
Son materiales elásticos, el acero, el hormigón, la mampostería, la madera, las
membranas textiles y el aluminio
Materiales linealmente elásticos
Un material se comporta como linealmente elástico, cuando, la deformación que
experimenta bajo la acción de una carga, es directamente proporcional a la magnitud de
la misma.
Son materiales linealmente elásticos, el acero, el hormigón, la mampostería, la madera,
las membranas textiles y el aluminio
La relación entre la tensión a que está sometido un material y su deformación se
denomina módulo de elasticidad.(E)
Deformación = Tensión/ E ( ley de Hook)
E del acero = 2.100.000 Kg/cm2
E del aluminio 700.000 Kg/cm2
E del hormigón 220.000 Kg/cm2
Esto significa que a la misma tensión el aluminio se deforma 3 veces mas que el acero.
Los materiales que se utilicen en una estructura resistente deben comportarse en forma
linealmente elástica, durante toda la vida útil de la misma..
Fluencia y rotura
Los materiales utilizados en estructuras se comportan en forma linealmente elástica a
medida que aumentan las cargas hasta una determinada tensión, denominada límite
elástico. Superando la misma la deformación deja de ser proporcional a la carga,
existiendo dos posibilidades:
a) Fluencia y rotura dúctil
B) Rotura frágil
Fluencia y rotura dúctil
Superado el límite elástico el material experimenta grandes deformaciones con pequeños
incrementos de cargas, a esto se lo denomina fluencia y a la tensión a la que esta
situación se presenta se la conoce como Límite de Fluencia.
Al incrementarse la tensión, se produce la rotura, a una tensión denominada Tensión de
Rotura
Esta forma de rotura se la denomina rotura dúctil, porque antes que ocurra la misma se
producen grandes deformaciones, hecho muy conveniente porque la estructura nos –
avisa – que está teniendo problemas, lo que nos dá tiempo para repararla y evitar el
colapso. Ejemplos, acero, hormigón, madera y aluminio entre otros.
Rotura frágil
Existen materiales que cuando la tensión a la cual están sometidos supera el límite de
fluencia, se produce la rotura en forma repentina. Estos materiales se los denomina de
rotura frágil y en general no se los utiliza como elementos estructurales.
Ejemplo, el vidrio
Materiales plásticos
Un material se comporta en forma plástica, cuando, la deformación que experimentan
ante la acción de una carga, no cesa al desaparecer la misma
Ejemplos, plásticos de baja resistencia, asfalto, Estos materiales no se utilizan para
materializar una estructura.
Materiales isotrópicos
Son materiales cuya resistencia no depende de la dirección en la cual se aplican las
cargas .
Son materiales isotrópicos el acero, el aluminio, el hormigón, el hormigón armado.
Materiales no isotrópicos
Son materiales cuya resistencia depende de la dirección en la cuál se aplican las cargas.
Ejemplo, la madera cuya resistencia varía si la carga se aplica en la dirección de la veta o
perpendicular a la misma.
Compresión
Es el esfuerzo que empuja las partículas del material unas contra otras
Todos los materiales estructurales pueden desarrollar esfuerzos de compresión, excepto
las membranas textiles.
Tracción
Es el esfuerzo que tiende a separar las partículas del material .
El acero y el aluminio tienen una resistencia a la tracción igual a su resistencia a la
compresión, En cambio el hormigón y la mampostería tienen una resistencia a la tracción
varias veces inferior a su resistencia a compresión.
Las membranas textiles tienen una gran resistencia a tracción
Corte
Es el esfuerzo que tiende a provocar el deslizamiento relativo de las partículas, como
cuando se corta un alambre con una pinza.
Los materiales capaces de resistir grandes tensiones de tracción, pueden tomar altas
tensiones de corte.
Los materiales resisten bajas tensiones de tracción, resisten también bajas tensiones de
corte
Tensiones admisibles
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En el cálculo y dimensionamiento de una estructura se busca que las tensiones de
trabajo no superen, en ningún elemento de la misma y durante toda la vida útil, las
tensiones de rotura.
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A fin de asegurarnos de que esto se cumpla se adoptan coeficientes de seguridad que
dependen de varios factores:
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La función de la estructura, un hospital o una central eléctrica tienen coeficientes de
seguridad mayores que un depósito de mercaderías.
El tipo de elemento considerado, las columnas, cuya falla podría traer aparejado el
colapso de la estructura, tienen coeficiente de seguridad mayor que las losas.
Los materiales con calidad constante asegurada mediante un proceso de producción
controlado, como ser el acero tiene coeficiente de seguridad menor que los de calidad
variable, como ser la madera
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Ejemplos
Hormigón Armado
Estructuras de Acero
Estructuras de mampostería
Estructuras de Madera
Membranas Textiles
Estructuras de Aluminio