En "Estructuras: o por qué las cosas no se caen", James Gordon habla de árboles pretensados con el exterior en tensión y el interior en compresión. ¿Por qué hace que un árbol sea más fuerte tenerlo en tensión en la superficie y compresión en el núcleo y cómo leo el gráfico en la primera imagen a continuación?
Además, en la tercera foto se habla de hacer lo contrario con una viga de hormigón. ¿Cómo se crea tensión usando las barras de refuerzo?
Respuestas:
Las gráficas son gráficas de estrés versus posición. El estrés es la fuerza por unidad de área ejercida sobre un material. Los valores positivos son tensión y los valores negativos son compresión.
La primera gráfica (más a la izquierda) muestra la tensión normal frente a la posición que se esperaría de la flexión si no hubiera una tensión previa. La gráfica central muestra el pre-estrés en el árbol. El gráfico de la derecha muestra la superposición , o suma, de la tensión de flexión y la tensión previa.
En ingeniería mecánica, la resistencia se define como la tensión máxima que un material puede tolerar antes de fallar. Cada material tiene límites de resistencia únicos, llamados su máxima resistencia . En algunos materiales, esto es lo mismo en tensión y compresión, pero en otros las últimas resistencias a la tracción y a la compresión son diferentes. La mayoría de los metales tienen aproximadamente la misma resistencia a la tracción y a la compresión, pero los materiales como la madera y el concreto entran en la última categoría, donde la resistencia a la tracción y a la compresión son significativamente diferentes.
El artículo que proporcionó establece que la resistencia a la tracción de la madera es mayor que su resistencia a la compresión. Si el árbol no estuviera pretensado, el lado alejado del viento siempre fallaría primero, porque como se muestra en el primer diagrama, las resistencias máximas a la tracción y a la compresión son las mismas en flexión sin pretensado. Al tener pretensado de tensión en el exterior del árbol, el árbol puede reducir el esfuerzo de compresión máximo y, por lo tanto, resistir vientos más fuertes. Tenga en cuenta que, como consecuencia de la Tercera Ley de Newton, debe haber un esfuerzo previo tanto de tracción como de compresión para equilibrar las fuerzas.
En concreto, la situación es diferente porque el concreto tiene esencialmente cero resistencia a la tracción. El concreto pretensado evita fallas al tener la barra de acero en un estado de pretensado a la tracción y el concreto en un estado de pretensado a la compresión. Esto se puede lograr estirando la barra de refuerzo mientras se vierte el hormigón o vertiendo hormigón alrededor de cables recubiertos para evitar que el hormigón se adhiera al cable. En este último caso, los cables se aprietan para pretensar el hormigón después de que se haya curado.