El documento describe los conceptos fundamentales de esfuerzo y deformación en ingeniería mecánica. Explica que el esfuerzo es la fuerza por unidad de área aplicada a una sección y que puede ser de diferentes tipos como tracción, compresión, cizalladura, flexión y torsión. También describe los tipos de deformación como elástica, plástica y fractura, y cómo se relacionan esfuerzo y deformación en un diagrama de esfuerzo-deformación.

1. República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
I.U.P. ´´Santiago Mariño´´
Extensión-Porlamar. Edo. Nueva Esparta
Realizado por:
Doriana Rojas
C.I: 20.537.308
Materia: Elementos de Maquina
Prof. Julián Carneiro
Porlamar, 11 de Octubre de 2014

2. La fuerza por unidad de área, o la intensidad de
las fuerzas distribuidas a través de una sección dada,
se llama Esfuerzo sobre esa sección y se representa
con la letra griega σ (sigma). El esfuerzo es un
elemento con área transversal A, sometido a una
carga axial P, se obtiene por lo menos al dividir la
magnitud P de la carga entre el área A:

3. σ = P
A
Donde:
P≡ Fuerza axial;
A≡ Área de la sección transversal.
En general, los esfuerzos que actúan sobre una superficie plana pueden ser
uniformes en toda el área o bien variar la intensidad de un punto a otro.

4. El esfuerzo utiliza unidades de fuerza sobre unidades de
área, en el sistema internacional (SI) la fuerza es en Newton
(N) y el área en metros cuadrados (m2), el esfuerzo se
expresa por N/m2 o pascal (Pa). Esta unidad es pequeña
por lo que se emplean múltiplos como el es el kilopascal
(kPa), megapascal (MPa) o gigapascal (GPa). En el sistema
americano, la fuerza es en libras y el área en pulgadas
cuadradas, así el esfuerzo queda en libras sobre pulgadas
cuadradas (psi). Particularmente en Venezuela la unidad
más empleada es el kgf/cm2 para denotar los valores
relacionados con el esfuerzo (Beer y Johnston, 1993; Popov,
1996; Singer y Pytel, 1982; Timoshenko y Young, 2000).

5. Los esfuerzos pueden clasificarse en dos tipos
principales: los que son perpendiculares a la superficie de
aplicación (s) y los que son paralelos a la misma (t), si la
fuerza aplicada no fuese normal (perpendicular) ni paralela
a la superficie, siempre puede descomponerse en la suma
vectorial de otras dos que siempre resultan ser una normal
y la otra paralela.

6. Tracción. Hace que se separen entre
sí las distintas partículas que
componen una pieza, tendiendo a
alargarla. Por ejemplo, cuando se
cuelga de una cadena una lámpara,
la cadena queda sometida a un
esfuerzo de tracción, tendiendo a
aumentar su longitud.

7. Compresión. Hace que se aproximen
las diferentes partículas de un
material, tendiendo a producir
acortamientos o aplastamientos.
Cuando nos sentamos en una silla,
sometemos a las patas a un esfuerzo
de compresión, con lo que tiende a
disminuir su altura.

8. Cizallamiento o cortadura. Se
produce cuando se aplican fuerzas
perpendiculares a la pieza, haciendo
que las partículas del material
tiendan a resbalar o desplazarse las
unas sobre las otras. Al cortar con
unas tijeras un papel estamos
provocando que unas partículas
tiendan a deslizarse sobre otras. Los
puntos sobre los que apoyan las vigas
están sometidos a cizallamiento.

9. Flexión. Es una combinación de
compresión y de tracción. Mientras
que las fibras superiores de la pieza
sometida a un esfuerzo de flexión se
alargan, las inferiores se acortan, o
viceversa. Al saltar en la tabla del
trampolín de una piscina, la tabla se
flexiona. También se flexiona un
panel de una estantería cuando se
carga de libros o la barra donde se
cuelgan las perchas en los armarios.

10. Torsión. Las fuerzas de torsión son
las que hacen que una pieza tienda a
retorcerse sobre su eje central. Están
sometidos a esfuerzos de torsión los
ejes, las manivelas y los cigüeñales.

11. Se conoce como el cambio en el tamaño o forma de
un cuerpo debido a la aplicación de una o más fuerzas
sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica.
La deformación puede ser visible o prácticamente
inadvertida si no se emplea el equipo empleado para
hacer mediciones precisas.

12. ε = δ
L
Donde:
δ = cociente de alargamiento
L = Longitud inicial

13. Deformación plástica, irreversible o permanente.
Modo de deformación en que el material no
regresa a su forma original después de retirar la
carga aplicada. Esto sucede porque, en la
deformación plástica, el material experimenta
cambios termodinámicos irreversibles al adquirir
mayor energía potencial elástica. La deformación
plástica es lo contrario a la deformación reversible.

14. Deformación elástica, reversible o no permanente.
El cuerpo recupera su forma original al retirar la
fuerza que le provoca la deformación. En este tipo de
deformación, el sólido, al variar su estado tensional y
aumentar su energía interna en forma de energía
potencial elástica, solo pasa por cambios
termodinámicos reversibles.

15. Fractura.
Este tipo de deformación también es irreversible.
Una ruptura se produce después de que el material ha
alcanzado el extremo de la goma, de plástico y, a
continuación, los rangos de deformación. En este
punto, las fuerzas se acumulan hasta que son
suficientes para causar una fractura. Todos los
materiales eventualmente fractura, si se aplican
fuerzas suficientes.

16. La deformación es un proceso termodinámico en
el que la energía interna del cuerpo acumula energía
potencial elástica. A partir de unos ciertos valores de la
deformación se pueden producir transformaciones del
material y parte de la energía se disipa en forma de
plastificado, endurecimiento, fractura o fatiga del
material.

17. El diseño de elementos estructurales implica determinar la
resistencia y rigidez del material estructural, estas propiedades se
pueden relacionar si se evalúa una barra sometida a una fuerza
axial para la cual se registra simultáneamente la fuerza aplicada y el
alargamiento producido. Estos valores permiten determinar el
esfuerzo y la deformación que al graficar originan el denominado
diagrama de esfuerzo y deformación.
Los diagramas son similares si se trata del mismo material y de
manera general permite agrupar los materiales dentro de dos
categorías con propiedades afines que se denominan materiales
dúctiles y materiales frágiles. Los diagramas de materiales dúctiles
se caracterizan por ser capaces de resistir grandes deformaciones
antes de la rotura, mientras que los frágiles presenta un
alargamiento bajo cuando llegan al punto de rotura.

19. En un diagrama se observa un tramo recta inicial hasta un punto denominado límite de
proporcionalidad. Este límite tiene gran importancia para la teoría de los sólidos elásticos, ya
que esta se basa en el citado límite. Este límite es el superior para un esfuerzo admisible.
Los puntos importantes del diagrama de esfuerzo deformación son:
− Límite de proporcionalidad: hasta este punto la relación entre el esfuerzo y la deformación es
lineal;
− limite de elasticidad: más allá de este límite el material no recupera su forma original al ser
descargado, quedando con una deformación permanente;
− punto de cedencia: aparece en el diagrama un considerable alargamiento o cedencia sin el
correspondiente aumento de carga. Este fenómeno no se observa en los materiales frágiles;
− esfuerzo último: máxima ordenada del diagrama esfuerzo – deformación;
− punto de ruptura: cuanto el material falla.
Dado que el límite de proporcionalidad, elasticidad y punto de cedencia están tan cerca se
considera para la mayoría de los casos como el mismo punto. De manera que el material al
llegar a la cedencia deja de tener un comportamiento elástico y la relación lineal entre el
esfuerzo y la deformación deja de existir.

20. La ley de elasticidad de Hooke o ley de Hooke, originalmente formulada para
casos del estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que
experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada
:
siendo el alargamiento, la longitud original, : módulo de Young, la sección
transversal de la pieza estirada. La ley se aplica a materiales elásticos hasta un
límite denominado límite elástico.