View
230
Download
3
Category
Preview:
Citation preview
Diseño de las cargas en edificios - Jorge Bernal Capítulo 02: Historia de las cargas
Jorge Bernal
Capítulo 2:
Historia de las Cargas
1. Introducción.
Antes de iniciar con el estudio de las causas y los efectos de
las cargas en los edificios, es conveniente estudiar la historia de la
relación entre la comunidad técnica, las cargas y las construcciones a
largo de los siglos.
Quienes estudiaron por primera vez la relación de las cargas
respecto a su posición en una viga, fueron los griegos (500 aC). Lo
hicieron desde una herramienta: la palanca. Es posible que hayan
descubierto la primera expresión de pronóstico, de predicción.
Diseño de las cargas en edificios - Jorge Bernal Capítulo 02: Historia de las cargas
Jorge Bernal
En lo anterior, los antiguos sabios aplicaron el método induc-
tivo, desde la observación y pruebas, lograron una expresión general
de cálculo. Con ella es posible conocer P1 en función de P2 y las dis-
tancias de aplicación.
La palanca viga se la aplicaba de manera empírica. Sus proce-
dimientos avanzaban y mejoraban sobre la prueba y el error. Cada
región, cada reino poseía sus propios procedimientos. Existía un
caos en el uso de las unidades de las longitudes y de las fuerzas. Re-
sultaba imposible concebir un solo idioma técnico. La Torre de Ba-
bel, imposible de construirla. Mayor complejidad aún por la precaria
matemática.
Antes de la revolución científica, antes que aparecieran las ex-
traordinarias fórmulas matemáticas de dimensionado, el estudio del
efecto de las cargas en construcción de los edificios no era priorita-
rio. Se le asignaba relativa y poca importancia. Por dos motivos; la
edificatoria en ésa época resultaba muy pesada comparada con las
fuerzas externas que resistía. La otra causa, no había aún ciencia al-
guna que ordene y estudie las fuerzas y la masa.
En ésa época, el mecanismo más común era la bóveda o el ar-
co, que combinado con el material más usual, el ladrillo o la piedra,
daban como producto a estructuras de elevado peso propio. El único
material utilizado en flexión era la madera.
2. La revolución científica.
El conocimiento, el método y el cálculo llegan de la mano de
la Revolución Científica primero, de manera experimental, casi em-
pírica. Ensayos, laboratorios e interpretación. Es un conocimiento
que por uno o dos siglos queda solo en manos de los grandes cientí-
ficos. Son ciencias básicas, teóricas, difíciles de explicar y más de
justificar mediante la matemática.
Fueron muchos sabios, genios, que se interesaron en los efec-
tos que causan las cargas a las piezas estructurales, sean vigas, co-
lumnas, tensores o arcos. Solo analizamos parte de la descomunal
obra realizada por Leonardo da Vinci y luego, casi a un siglo por
Galileo Galilei.
Hasta hace pocas décadas atrás la ingeniería civil daba a Gali-
leo el honor de haber creado las ciencias de la Resistencia de Mate-
riales y la Estática. A mediados del siglo pasado se descubren en Es-
paña el “Códice de Madrid” escrito por Leonardo da Vinci que in-
vestiga, analiza, se pregunta, cuál es la relación de las cargas con los
materiales, las formas, el tamaño y la posición. Con ese tardío des-
cubrimiento, ahora es Leonardo quien inventa las Ciencias primiti-
vas de la ingeniería estructural.
Diseño de las cargas en edificios - Jorge Bernal Capítulo 02: Historia de las cargas
Jorge Bernal
Cód. I f. 137 r. (Códices de Madrid)
En los dibujos superiores, Leonardo realiza un brillante análi-
sis de la viga. Allí relaciona, para el asombro de los siglos:
De la viga: el tamaño, la forma de la pieza, la elástica y la
curvatura.
De las cargas: la posición, la forma y la intensidad
Increíble, deja un parámetro constante y hace variar los otros.
Con esa sola página a Leonardo le corresponde la honra de creador
de las ciencias primeras de la ingeniería.
Casi cien años después, sin conocer los escritos de Leonardo,
es Galileo quien comienza a preguntarse por la diferencia entre peso
y masa. Entre reposo y movimiento. Ensaya, experimenta, prueba.
Mide. Crea la verdadera ciencia desde el método de la experimenta-
ción. Sin saberlo continua por otros caminos lo iniciado por Leonar-
do. A Galileo le faltan pedazos de la matemática que aún estaban au-
sentes. Solo puede describir sus descubrimientos mediante el diálogo
de tres personajes en “Discurso sobre dos nuevas ciencias”, allí, co-
mo en un teatro Salviati, Sagrado y Simplicio, los actores, haciendo
un esfuerzo literario por explicar los novedosos conocimientos.
Galileo retoma el análisis de la palanca desde los escritos de
los griegos (Aristóteles y Arquímedes) y avanza hacia el voladizo
que es una palanca donde apoyo y reacción se encuentran en el em-
potramiento del muro. La fuerza, la carga la identifica con un “gra-
ve”; una piedra colgando en el extremo. Es el caso de voladizo con
carga concentrada. El dibujo delata la falta de símbolos de la época:
el vector fuerza es un gancho con una piedra.
Diseño de las cargas en edificios - Jorge Bernal Capítulo 02: Historia de las cargas
Jorge Bernal
También incursiona en las cargas uniformes repartidas. Para
ese caso dibuja la viga en voladizo y considera su peso propio como
carga distribuida.
Todas las investigaciones y resultados realizados por Leonar-
do y Galileo son descriptivos; aún faltaban los signos y los símbolos
para expresarlos mediante una fórmula matemática. Sus estudios los
realiza en el campo de la mecánica estática, fija. Por método o por
complejidad, deja de lado las deformaciones de la viga.
3. El cálculo diferencia.
Newton completa los pensamientos de sus antecesores, con
sus leyes de gravitación universal y descubrimiento del cálculo dife-
rencial. Con esa herramienta logran incursionar en la mecánica di-
námica; es posible estudiar y representar mediante el cálculo dife-
rencial las elásticas de las vigas, también sus curvaturas.
Con los avances entregados por Newton y Leibniz, es posible
combinar en una sola expresión todas las variables de la viga en re-
lación a la carga: material, longitud, sección transversal, condiciones
de borde, posición y magnitud de carga, elástica y curvatura. Queda
resuelto el misterio de la conducta de las vigas en relación a las car-
gas. Al principio, gran parte del siglo XIX estas expresiones, estos
descubrimiento de carga y viga, quedaron en el recinto de los labora-
torios, de las aulas y de los escritos de científicos. Los constructores
las rechazaron por siglos y continuaron aplicando el empirismo junto
a la prueba y el error.
Diseño de las cargas en edificios - Jorge Bernal Capítulo 02: Historia de las cargas
Jorge Bernal
4. La revolución industrial.
La Revolución Industrial que surge a fines del siglo XVIII
impulsada por la máquina de vapor introduce la industrialización se-
riada y la incorporación del hierro; los perfiles metálicos. Esta nove-
dad modifica la tradición en los constructores; se deja el arco, la bó-
veda, la bovedilla y se reduce el peso propio de las piezas soportes.
Hay un cambio notable, las cargas de uso, las de servicio pueden ser
mayores que las de peso propio. Entonces es necesario recurrir al
cálculo, al dimensionado mediante fórmulas. Las cargas adquieren
protagonismo en ese estudio.
El acero, el hierro, tiene un costo elevado; es necesario reducir
las secciones y adecuar el diseño. Entonces, recién entonces se recu-
rre a las fórmulas matemáticas que estaban a la espera de ser utiliza-
das. Aparece el cálculo estructural; es posible el dimensionado de las
piezas desde el método deductivo.
En esa época se crean las primeras sociedades científicas y
universidades. La imprenta trae bajo su brazo los libros que popula-
rizan y divulgan el conocimiento. Aparecen las primeras carreras de
ingeniería y arquitectura. Se ordenan y se aplican las ciencias a las
prácticas de la construcción.
Luego de varios colapsos de obras, tanto en uso como en
construcción, en especial los puentes metálicos, se instala la con-
ciencia de analizar las cargas de otra manera más precisa. Así, len-
tamente los proyectistas, van corrigiendo sus metodologías de cálcu-
lo y considerando cada vez con mayor cuidado y atención el correcto
lugar que deben ocupar las cargas en la etapa del diseño y cálculo de
las estructuras. Aparece el análisis de cargas como tarea previa al
cálculo. Surgen los reglamentos que indican la manera de diseñar las
cargas.
5. El método de rotura.
Desde la década del 1960 en forma lenta y continua se cam-
bian los métodos de cálculo. Hasta esa fecha se utilizaba el método
de las tensiones admisibles; eran los esfuerzos resistentes que debía
adoptar el calculista, en general estaban en función de la tensión de
rotura y del módulo de elasticidad (para control de curvaturas).
Con el avance de la tecnología de los materiales se logra bue-
na uniformidad en las tensiones de rotura. Se dejan de utilizar las
tensiones admisibles y son las cargas quienes deben responder al
cálculo definitivo. La dedicación de un estudio prolijo y preciso pasa
de un antes de las tensiones admisibles a un ahora de las cargas.
6. Informática.
A fines del siglo XX la informática que aún estaba solo en
grandes centros científicos o de producción, se masifica, se vuelve
popular. Las computadoras, las impresoras y toda la tecnología ad-
quieren un precio accesible para la comunidad. Dentro de la ingenie-
ría estructural trae el enorme beneficio del cálculo de estructuras por
elementos finitos, o matricial. Las computadoras se encargan de rea-
lizar las engorrosas y aburridas operaciones de cálculo.
Diseño de las cargas en edificios - Jorge Bernal Capítulo 02: Historia de las cargas
Jorge Bernal
Pero hay algo que no puede automatizar la informática: las
cargas. Ellas deben ser diseñadas y estudiadas con extremo cuidado
por los proyectistas ingenieros. Las cargas es el principal “dato” que
debe ser incorporada a la máquina. En cada uno de los pasos que
analizamos en esta corta historia, observamos que las cargas adquie-
ren cada vez más protagonismos en las ciencias de la construcción.
Recommended