1. República Bolivariana de Venezuela
Instituto Universitario Politécnico
“Santiago Mariño”
Extensión Porlamar
ESFUERZO Y DEFORMACIÓN
Realizado por:
Gómez, Yismara
C.I: 19.233.387
Porlamar, Abril de 2015
3. INTRODUCCIÓN
El uso de los materiales en las obras de ingeniería hace necesario
el conocimiento de las propiedades físicas de aquellos, y para conocer estas
propiedades es necesario llevar a cabo pruebas que permitan determinarlas. La
resistencia de materiales en la parte de los cambios de forma como las
deformaciones que acompañan a un determinado estado de fuerzas los principios
y métodos que se desarrollan es aplicada a los casos más concretos de torsión y
de flexión. Todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en el
sentido de aplicación de la fuerza.
4. Esfuerzo.
Una fuerza aplicada a un cuerpo no genera el mismo esfuerzo sobre cada
una de las superficies del cuerpo, pues al variar la superficie varia la relación
fuerza superficie, lo que comprende el esfuerzo.
Esfuerzo de Tensión
Es aquel que tiende a estirar el elemento romper el material. Donde las
fuerzas que actúan sobre el mismo material tienen la misma dirección, magnitud y
sentidos opuestos hacia fuera del material.
Esfuerzo de compresión
Es aquel que tiende aplastar el material del miembro de carga y acortar al
miembro en sí. Donde las fuerzas que actúan sobre el mismo tienen la misma
dirección, magnitud y sentidos opuestos hacia dentro del material.
Esfuerzo cortante
Este tipo de esfuerzo busca cortar el elemento, esta fuerza actúa de forma
tangencial al área de corte.
Componentes del esfuerzo.
Los esfuerzos originados por fuerzas de superficie son también magnitudes
de tipo vectorial que se pueden descomponer y componerse como tales. En el caso
5. general, un vector esfuerzo que actúa sobre un plano lo hace en forma oblicua a
él. Un esfuerzo que actué perpendicularmente a un plano se denomina esfuerzo
normal, y uno que actué paralelamente a un plano se denomina esfuerzo de
cizalla.
Los estados de esfuerzo se clasifican en: uniaxial, biaxial y triaxial, en
función de que dos, uno ó ninguno de los esfuerzos principales sea cero.
Origen de los esfuerzos.
Para entender el desarrollo de las estructuras geológicas como las fracturas,
es necesario tomar en cuenta varios aspectos, comenzando con la idea que tanto
el interior como en el exterior del planeta, los materiales pétreos se encuentran
sujetos a una continua dinámica o movimiento debido a muchos factores, dentro
de los cuales podríamos mencionar:
6. Deformación.
Se refiere a los cambios en las dimensiones de un miembro estructural
cuando este se encuentra sometido a cargas externas. Estas deformaciones serán
analizadas en elementos estructurales de cargados axialmente, por los que entre
las cargas estudiadas estarán materiales las de tensión o compresión.
La Deformación Unitaria, se puede definir como la relación unitaria existente
entre la deformación total y la longitud inicial del elemento, la cual permitirá
determinar la deformación del elemento sometido a esfuerzos de tensión o
compresión axial.
Fuerzas.
La fuerza es una magnitud vectorial (con dirección y sentido) que tiende a
producir un cambio en la dirección de un cuerpo o como modificación de su
estructura interna, es decir tiende a producir una deformación.
Orígenes.
La ley Hooke expresa que la deformación que experimenta un elemento
sometido a carga externa es proporcional a esta. En el año 1678 por Robert Hooke
enuncia la ley de que el esfuerzo es proporcional a la deformación. Pero fue
Thomas Young, en el año 1807, quien introdujo la expresión matemática con una
constante de proporcionalidad que se llama Módulo de Young.
E
7. En donde:
σ: es el esfuerzo.
ε: es la deformación unitaria.
E: módulo de elasticidad.
Diagrama de Esfuerzo-Deformación
a) Límite de proporcionalidad: se observa que va desde el origen O hasta
el punto llamado límite de proporcionalidad, es un segmento de recta
rectilíneo, de donde se deduce la tan conocida relación de proporcionalidad
entre la tensión y la deformación enunciada en el año 1678 por Robert
8. Hooke. Cabe resaltar que, más allá la deformación deja de ser proporcional
a la tensión.
b) Limite de elasticidad o limite elástico: es la tensión más allá del cual el
material no recupera totalmente su forma original al ser descargado, sino
que queda con una deformación residual llamada deformación permanente.
c) Punto de fluencia: es aquel donde en el aparece un considerable
alargamiento o fluencia del material sin el correspondiente aumento de
carga que, incluso, puede disminuir mientras dura la fluencia. Sin embargo,
el fenómeno de la fluencia es característico del acero al carbono, mientras
que hay otros tipos de aceros, aleaciones y otros metales y materiales
diversos, en los que no manifiesta.
d) Esfuerzo máximo o esfuerzo de Rotura: es la máxima ordenada en la
curva esfuerzo-deformación.
e) Esfuerzo de rotura: el error es debido al fenómeno denominado
estricción. Próximo a tener lugar la rotura, el material se alarga muy
rápidamente y al mismo tiempo se estrecha, en una parte muy localizada de
la probeta, de forma que la carga, en el instante de rotura, se distribuye
realmente sobre una sección mucho más pequeña.
9. Importancia de su estudio.
La deformación que causan los Cambios de Temperatura en los elementos
de máquinas cuando están en funcionamiento sufre cambios de temperatura que
provocan deformaciones en estos productos de estos diferenciales de temperatura.
Algunos ejemplos de ellos son: las piezas de los motores, hornos, máquinas
herramientas (fresadoras, tornos, cortadoras), equipos de moldeo y extrusión de
plástico. Los diferentes materiales cambian de dimensiones a diferentes tasas
cuando se exponen a cambios de temperaturas.
La mayoría de los metales se dilatan al aumentar la temperatura, aunque
algunos se contraen y otros permanecen del mismo tamaño. Estos cambios de
dimensiones están determinados por el coeficiente de expansión térmica.
Coeficiente de expansión térmica
Es la propiedad de un material que indica la cantidad de cambio unitario
dimensional con un cambio unitario de temperatura.
Relación entre el esfuerzo y la deformación.
La deformación se define como cualquier cambio en la posición o en las
relaciones geométricas internas sufridas por un cuerpo siendo consecuencia de la
aplicación de un campo de esfuerzos, por lo que se manifiesta como un cambo de
forma, de posición, de volumen o de orientación. Puede tener todos estos
componentes, cuando esto ocurre se dice que la deformación es total.
10. Dependiendo de la naturaleza del material y las condiciones bajo las que se
encuentre, existen varios tipos de deformación. Se dice que un cuerpo sufre una
deformación elástica cuando la relación entre esfuerzo y deformación es constante,
y el cuerpo puede recuperar su forma original al cesar el esfuerzo deformante.
Cuando dicha relación no es constante se produce una deformación plástica y
aunque se retire el esfuerzo, el cuerpo quedará con una deformación permanente.
La deformación frágil es la que produce ruptura, mientras que la
deformación dúctil origine cambios sin que el cuerpo se fracture. Es obvio que la
deformación frágil es discontinua y que la dúctil es continua.
La deformación dúctil puede subdividirse en elástica y permanente;
deformación elástica es aquella en la cual se produce deformación por aplicación
de un campo de esfuerzos pero si los esfuerzos se retiran, la deformación se
pierde, recuperando el cuerpo su forma original.
La deformación plástica y viscosa corresponden con dos tipos de
deformación continua, en los que ésta permanece aun cuando el esfuerzo sea
retirado, por lo que se denomina deformación permanente. Según la geometría, de
la deformación interna, ésta se clasifica en homogénea y en heterogénea.
11. La elasticidad Es aquella propiedad de un material por virtud de la cual las
deformaciones causadas por el esfuerzo desaparecen al removérsele. Algunas
sustancias, tales como los gases poseen únicamente elasticidad volumétrica, pero
los sólidos pueden poseer, además, elasticidad de forma. Un cuerpo perfectamente
elástico se concibe como uno que recobra completamente su forma y sus
dimensiones originales al retirarse el esfuerzo.
Deformación
12. CONCLUSIÓN
Los materiales sufren de deformación y existe un esfuerzo, entonces se
puede decir el esfuerzo es la razón de una fuerza aplicada entre el área sobre el
cual actúa, por ejemplo Newtons/m2, o libras/ft2, las fuerzas internas de un
elemento están ubicadas dentro del material por lo que se distribuyen en toda el
área; justamente se denomina esfuerzo a la fuerza por unidad de área, la cual se
denota con la letra griega sigma (σ) y es un parámetro que permite comparar la
resistencia de dos materiales, ya que establece una base común de referencia y la
deformación es el cambio relativo en las dimensiones o en la forma de un cuerpo
como resultado de la aplicación de un esfuerzo.
Los materiales, en su totalidad, se deforman a una carga externa. Se sabe
además que, hasta cierta carga límite el sólido recobra sus dimensiones originales
cuando se le descarga. La recuperación de las dimensiones originales al eliminar la
carga es lo que caracteriza al comportamiento elástico. El comportamiento general
de los materiales bajo carga se puede clasificar como dúctil o frágil según que el
material muestre o no capacidad para sufrir deformación plástica.
