En ingeniería estructural y construcción, una barra de ojal es una barra recta, generalmente de metal , con un orificio ("ojo") en cada extremo para fijarla a otros componentes. Las barras de ojal se utilizan en estructuras como puentes , en entornos en los que solo se aplica tensión , y nunca compresión . También se las conoce como "construcción con pasadores y barras de ojal" en los casos en los que se utilizan pasadores. [1]
Una barra de ojo cerrada tendrá típicamente una sección transversal rectangular de espesor constante en toda su longitud y un ancho constante para todos excepto los extremos. Los extremos pasarán a una parte más ancha que termina en un extremo redondeado. En el centro de este extremo habrá un orificio que recibirá un pasador cilíndrico , que puede tener una disposición para aceptar una o más tuercas o pernos . Si tiene una sección transversal redonda, la barra normalmente se forjará en los extremos para crear una cabeza, que luego se aplana mediante un forjado adicional. Luego, la cabeza se puede mecanizar hasta obtener un espesor y una planitud precisos. Un método alternativo para usar una barra redonda es formar un bucle y soldar por forja (soldadura con martillo) o soldar eléctricamente el extremo libre a la barra principal. [2]
En los anclajes de cables de los puentes colgantes modernos con cables de alambre no se utilizan barras de ojal abiertas, ya que esto no permite pasar los cables por encima del ojal, en lugar de tener que pasarlos por un ojal cerrado.
Las barras pueden fabricarse con orificios para pasadores ligeramente más pequeños. En ese caso, se escariarán en el lugar de trabajo. Este escariado en el lugar de trabajo garantiza que las tensiones se distribuyan de manera uniforme entre las distintas barras que forman el elemento de armadura o el eslabón de la cadena. Se puede añadir un tratamiento resistente a la corrosión en forma de grasa, pasta de aceite de plomo blanco o rojo u otro material que excluya el agua en el momento del montaje.
Las barras de ojal se utilizan en partes de cerchas con uniones de pasadores en las que se puede establecer mediante procedimientos de ingeniería que la barra no se verá sometida a ninguna tensión que no sea la tensión en todas las condiciones previstas. Las barras de ojal se utilizan para complementar los soportes de la estructura de cerchas del techo hechos de madera o metal. Se colocan como puntales de la cercha, ubicados junto a la viga maestra.
Los eslabones de barra de ojo se han utilizado durante mucho tiempo en puentes colgantes con una serie de eslabones de barra de ojo combinados para formar una estructura altamente redundante. Este uso de la barra de ojo la coloca en un eslabón de cadena que sostiene una carga basada en la tensión en lugar de la compresión. Sin embargo, los tramos de suspensión de eslabones de cadena de baja redundancia más modernos cayeron en desuso como resultado del colapso del Puente Silver en 1967, que provocó la muerte de 46 personas.
(El método actual de diseño de puentes colgantes consiste en utilizar múltiples hilos de alambre trefilado para formar cables sustanciales). [3]
Las barras de ojal pueden ser fundidas , forjadas o cortadas a partir de una placa laminada. Si se utiliza material redondo, los ojales generalmente serán forjados. El tratamiento térmico (calentamiento y enfriamiento rápido) dará como resultado una estructura cristalina microscópica de grano fino, lo que mejora la resistencia de la barra. Una dureza excesiva puede inducir fragilidad, lo que debe evitarse. Los pasadores utilizados para unir las barras también serán tratados térmicamente, generalmente a un grado de dureza superior al de las barras para que no se corten bajo una gran tensión.
Las barras de ojo originales se formaban apilando [2] piezas de hierro fino una sobre otra y forjándolas juntas en un horno. Una vez unidas, las piezas se calentaban y se martillaban sobre una matriz hasta formar una U. Para crear el ojo, el hierro doblado y calentado se martillaba sobre sí mismo, cerrando el hueco y creando la forma del ojo. [2] Este método creó una forma rápida y eficiente de crear la barra, sin embargo, no se mantenía unida estructuralmente después de cierto punto debido a que el método de apilamiento se calentaba mal o era defectuoso.
El apilamiento fue reemplazado por la fundición, donde el ojo y la barra se funden juntos en el mismo molde, creando una pieza más sólida con menos área donde se puede romper la unión.
Los métodos más nuevos de corte de acero, como el láser, el plasma y el chorro de agua, permiten la producción de artículos de acero como barras de ojo a partir de placas de acero prefabricadas :
Se utiliza un láser potente para cortar con precisión un diseño programado en acero. Este método es rápido y reduce los desechos, pero también requiere lijado y acabado adicionales antes de su uso.
El gas oxígeno se canaliza a través de un electrodo y crea un arco que puede canalizarse hacia el acero para cortarlo. Este método de corte solo funciona en metales conductores.
Al igual que el láser, el corte por chorro de agua utiliza una máquina de corte, pero utiliza la fuerza del agua para cortar el acero. El uso de agua crea cortes casi terminados y suaves, lo que reduce el tiempo de producción.
Las barras de ojal se crearon a principios del siglo XX, cuando el costo del acero era alto. La creación de la barra de ojal proporcionó una solución simple para reducir la cantidad de acero necesaria en un puente. Al utilizar un método de pasador y ojal, teóricamente se ejercería menos tensión sobre los elementos de unión. [4]
Los problemas ocurren por las siguientes razones:
Es posible que una barra no esté hecha correctamente debido a una mala fundición, si es de acero, o a un martillado incorrecto, si es de hierro. Este error se evidencia en los puntos en los que la cabeza se ha desprendido de la barra o la cabeza se ha agrietado desde un orificio de pasador hacia el lado exterior. [2]
Las barras de ojo cuando se colocan como soportes en los puentes no están lo suficientemente estratificadas. Considere la catástrofe del Puente Silver , este fue un caso en el que solo se emparejaron 2 barras de ojo como soportes en la cadena. Era una práctica más común usar 4 barras de ojo unidas con pasadores en el caso de que una barra de ojo fallara, 3 más podrían dividir la carga en lugar de solo la única barra de ojo que quedaba. En el caso del Puente Silver, la barra de ojo restante también se rompió, lo que provocó el colapso del puente. [5]
Como todo metal, el acero se desgasta con el tiempo. Como resultado, los pasadores de acero de los ojales se aflojan y pierden tensión, lo que a su vez compromete la integridad de la estructura.
Debido a los avances tecnológicos en la creación de puentes de protección, los puentes de protección de hierro y de acero fundido son menos comunes. Sin embargo, estos puentes más antiguos aún necesitan mantenimiento y revisión. Investigadores como Dewey Walls Jr. de Union Pacific Rail Road han recopilado recursos sobre cómo revisar, identificar ubicaciones comprometidas y cómo reparar adecuadamente el área. [4]