Torsión

1. Universidad Fermín Toro
Vice Rectorado Académico
Facultad Ingeniería
Torsión
Alumno:
Carmela Zambrano
C.I: 27.585.519
Correo: carmelazambrano88@gmail.com
Profesor: Aidza Chaviel
Materia: Laboratorio de Materiales
Sección: Saia A

2. INTRODUCCION
Muchos materiales cuando están en servicio están sujetos a fuerzas o cargas. En
tales condiciones es necesario conocer las características del material para diseñar
el instrumento y esfuerzos a los que vayan a estar sometidos; los cuales no sean
tan excesivos y el material no se fracture. El comportamiento mecánico de un
material es el reflejo de la relación entre su respuesta o deformación ante una fuerza
o carga aplicada. El ensayo de torsión se aplica en la industria para determinar
constantes elásticas y propiedades de los materiales. También se puede aplicar
este ensayo para medir la resistencia de soldaduras, uniones, adhesivos.

3. Torsión
En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un
momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico,
como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina
sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.
La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje
de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos
curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él
(ver torsión geométrica).
El estudio general de la torsión es complicado porque bajo ese tipo de solicitación
la sección transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenómenos:
1. Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal. Si
estas se representan por un campo vectorial sus líneas de flujo "circulan"
alrededor de la sección.
2. Cuando las tensiones anteriores no están distribuidas adecuadamente,
cosa que sucede siempre a menos que la sección tenga simetría circular,
aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales
deformadas no sean planas.
El alabeo de la sección complica el cálculo de tensiones y deformaciones, y hace
que el momento torsor pueda descomponerse en una parte asociada a torsión
alabeada y una parte asociada a la llamada torsión de Saint-Venant. En función de
la forma de la sección y la forma del alabeo, pueden usarse diversas
aproximaciones más simples que el caso general.
¿Cómo determinar el ángulo de torsión?
Este ángulo se denomina “ángulo de torsión” y resulta ser la suma de todos
los ángulos específicos de torsión entre todas las tajadas elementales de la pieza.

4. Si analizamos un elemento diferencial del interior de una barra circular torsionada
encontraremos un estado de corte puro.
Si se aplica un par de torsión T al extremo libre de un eje circular, unido a un soporte
fijo en el otro extremo, el eje se torcerá al experimentar un giro en su extremo libre,
a través de un ángulo, denominado ángulo de giro.
Cuando el eje es circular, el ángulo es proporcional al par de torsión aplicado al eje.
Barra de sección no circular sometida a torsión, al no ser la sección transversal
circular necesariamente se produce alabeo seccional.
https://www.youtube.com/watch?v=GfqQnxEOU0g
Influencia del ángulo de torsión en el cálculo de esfuerzos de un material.
Consideremos una barra o eje de sección transversal circular sujeta a torsión por
pares 7 aplicados en sus extremos. Una barra cargada en esta forma se considera
sometida a torsión pura. Si se considera la simetría, se demuestra que las secciones
transversales de la barra circular giran como cuerpos rígidos alrededor del eje
longitudinal, los radios permanecen rectos y la sección transversal permanece plana
y circular. También, si el ángulo de torsión total es pequeño, no variarán la longitud
de la barra ni su radio. Durante la torsión ocurrirá una rotación alrededor del eje
longitudinal, de un extremo de la barra respecto al otro. Por ejemplo, si se fija el
extremo izquierdo de la barra, entonces el extremo derecho girará un pequeño
ángulo φ con respecto al extremo izquierdo. El ángulo φ se conoce como ángulo de
torsión. Además, una línea longitudinal en la superficie de la barra, tal como la línea
QQ, girará un pequeño ángulo a la posición QQ¶. Debido a esta rotación, un
elemento infinitesimal rectangular sobre la superficie de la barra, tal como el
elemento de longitud G[, adquiere la forma de un romboide.
Este elemento se indica nuevamente, donde la porción discoide se separa del resto
de la barra. La configuración original del elemento se designa por DEFG
Durante la torsión la sección transversal derecha gira con respecto a la cara
opuesta, y los puntos E y F se trasladan a E¶ y F¶, respectivamente. Las longitudes
de los lados del elemento no cambian durante esta rotación, pero los ángulos de las
esquinas ya no miden 90º. Así, se aprecia que el elemento está en un estado de
FRUWDQWH SXUR y la magnitud de la deformación por cortante γ es igual a la
disminución en el ángulo recto en D.

5. La distancia EE¶ es la longitud de un arco pequeño de radio U subtendido por el
ángulo Gφ, que es el ángulo de rotación de una sección transversal con respecto a
la otra. De esta manera, se determina que EE¶ UGφ. Además, la distancia DE es
igual a G[, la longitud del elemento. Al sustituir estas cantidades en la ecuación
anterior, se obtiene una expresión similar a la deformación por cortante.
La cantidad GφG[ representa la razón de cambio del ángulo de torsión φ. Tanto φ,
como GφG[ son funciones de [. Se indicará la cantidad GφG[ mediante el símbolo θ
y se referirá como ángulo de torsión por unidad de longitud.
En el caso de torsión pura, la razón de cambio GφG[ es constante en toda la longitud
de barra, ya que cada sección transversal está sometida al mismo par
Estas ecuaciones se basan únicamente en conceptos geométricos y son válidas
para una barra circular de cualquier material, tanto elástico como inelástico, lineal o
no lineal.
El esfuerzo cortante τ en la barra circular tiene los sentidos mostrados. Para un
material linealmente elástico, esos esfuerzos cortantes se relacionan con las
deformaciones angulares por medio de la Ley de Hooke en cortante
Este resultado proviene del hecho de que siempre existen esfuerzos iguales en
planos mutuamente perpendiculares. Si un material es más frágil en cortante sobre
planos longitudinales que sobre planos de secciones transversales, como en el caso
de una barra circular hecha de madera, las primeras fracturas debidas a la torsión
aparecerán sobre la superficie en dirección longitudinal.
El estado de esfuerzo cortante puro en la superficie de la flecha equivale a esfuerzos
de tensión y compresión iguales sobre un elemento girado un ángulo de 45º. Por lo
tanto, un elemento rectangular con lados a 45º respecto al eje de la flecha estará
sometido a los esfuerzos de tensión y compresión señalados en la fig. 5. Si una
barra sujeta a torsión está hecha de un material que es más frágil en tensión que en
cortante, la falla ocurrirá por tensión a lo largo de una hélice a 45º respecto al eje.
Es fácil demostrar este tipo de falla si se tuerce un pedazo de tiza o gis ordinario.
La cual muestra que θ, el ángulo de torsión por unidad de longitud, es directamente
proporcional al momento torsionante 7 e inversamente proporcional al producto *,,
conocido como la rigidez torsional total de la barra. El ángulo de torsión total φ, igual
a θ/
El ángulo de torsión φ se mide en radianes. Si se emplean unidades del Sistema
Internacional, el momento torsionante 7 debe expresarse en Newton metros (Nm),
la longitud / en metros (m), el módulo de elasticidad en cortante * en Pascals (Pa) y
el momento polar de inercia, en metros a la cuarta potencia (m 4 ). La cantidad *,/
es la rigidez torsional (unitaria) de una barra circular, y representa el momento
requerido para producir un ángulo de rotación unitario de un extremo respecto al
otro. También, la flexibilidad torsional se define como el recíproco

6. de la rigidez torsional, o sea /*,, y es igual a la rotación producida por un momento
unitario. Las expresiones anteriores son análogas a la de rigidez axial ($/ y de
flexibilidad axial /($.
La ecuación se utiliza para determinar el módulo de elasticidad en cortante * para
varios materiales.
Por medio de la realización de una prueba de torsión sobre un espécimen circular,
puede determinarse el ángulo de torsión φ producido por un momento torsionante 7
conocido. Luego puede calcularse la magnitud * mediante la ecuación.
El Esfuerzo cortante máximo τ
en una barra circular sometida a torsión puede determinarse al sustituir la expresión
para θ (12) en la expresión para τ (6)
Esta ecuación, que se conoce como fórmula de torsión, establece que el máximo
esfuerzo cortante es proporcional al momento de torsión aplicado 7 y al radio U, e
inversamente proporcional al momento polar de inercia de la sección transversal.
Para que se determinan las tensiones tangenciales que se producen en las
secciones transversales del material.
Esfuerzo cortante (tangencial al plano considerado), es el que viene dado por la
resultante de tensiones cortantes τ, es decir, tangenciales, al área para la cual
pretendemos determinar el esfuerzo cortante.
Las cargas que tienen que soportar las estructuras producen en
sus elementos fuerzas que tratan de deformarlos denominadas esfuerzos. Hay
5 tipos de esfuerzos: compresión, tracción, flexión, torsión y cortante. Cuando las
fuerzas tienden a chafarlo o aplastarlo. ... Cuando las fuerzas tienden a cortarlo.
En física e ingeniería, se denomina tensión mecánica a la magnitud física que
representa la fuerza por unidad de área en el entorno de un punto material sobre
una superficie real o imaginaria de un medio continuo.
Las cargas que tienen que soportar las estructuras producen en
sus elementos fuerzas que tratan de deformarlos denominadas esfuerzos. Hay
5 tipos de esfuerzos: compresión, tracción, flexión, torsión y cortante. Cuando las
fuerzas tienden a chafarlo o aplastarlo. ... Cuando las fuerzas tienden a cortarlo.
Observar la forma de fractura del material, ¿qué se puede conseguir con esto?
Es una rama de la mecánica de sólidos deformables ocupada del estudio de la
estabilidad estructural de materiales, considerando la formación y propagación de
grietas o defectos en materiales y analizando condiciones tensionales con
la concentración de tensiones debida a dichos defectos.
Utiliza métodos analíticos derivados de otras ramas de la mecánica y la ciencia de
materiales para estudiar los mecanismos de formación y propagación de defectos,

7. y métodos experimentales relativos a la mecánica de sólidos para determinar las
resistencias relativas del material a la fractura.
La mecánica de fractura permite mejorar el diseño de productos, así como procesos
de fabricación e inspección para controlar la propagación de defectos que podrían
llevar al fallo de sus componentes, pero sin la necesidad de usar coeficientes de
seguridad injustificados. Aplica las teorías de elasticidad y plasticidad, a
los defectos cristalográficos microscópicos de los materiales para predecir la
fractura macroscópica mecánica en los cuerpos. La fractografía es altamente
utilizada en la mecánica de fractura para entender las causas de falla y verifica las
predicciones teóricas identificando las fallas reales
Seleccione un caso de la vida real donde se evidencie en uso industrial o
utilidad de un Ensayo de Torsión, acompañe su video de imágenes y audio.
El ensayo de torsión es un ensayo en que se deforma una muestra aplicándole un
par torsor. La deformación plástica alcanzable con este tipo de ensayos es mucho
mayor que en los de tracción (estricción) o en los de compresión (Abarrilamiento,
aumento de sección). Da información directamente del comportamiento a
cortadura del material y la información de su comportamiento a tracción se puede
deducir fácilmente. La torsión en sí se refiere a un desplazamiento circular de una
determinada sección transversal de un elemento cuando se aplica sobre éste un
momento torsor o una fuerza que produce un momento torsor alrededor del eje. El
ángulo detorsión varía longitudinalmente. T L G Ip
La máquina de torsión, está destinada a ser usada en los Laboratorios de Ensayo
de Materiales, en las Escuelas de Ingeniería Industrial, Civil, Eléctrica, Mecánica,
etc. Especificaciones:
Nombre: máquina manual para pruebas de torsión Capacidad: hasta 1,500 kg. - cm.
Registro de la carga: electrónico con indicación digital del valor del par Voltaje: 115
V Longitud Máxima de Probeta: 225 mm Diámetro Máximo de Probeta: 9.525 mm
(ACERO). Área ocupada en Mesa De Trabajo: 29 cm. * 85 cm. Altura Máxima: 40
cm. Relación del Reductor: 1:60 Capacidad del fusible: 0.75 A Aceite para el
Reductor: SAE-90 La máquina consta de una barra, que soporta todas las partes de
la misma. Las patas ajustables, permiten la nivelación de la máquina. Los mandriles
son para fijar las probetas. Del lado derecho de la máquina, se tiene un reductor de
velocidad, de tornillo sinfín y rueda helicoidal, en cuya flecha de salida está montado
un mandril (3). La base del reductor, está fijan la barra (1) y fijarlo, si se desea, en
cualquier punto con la palanca y la cuña (7). El transportador mide
aproximadamente los ángulos totales de torsión de la probeta. El volante montado
en la flecha de entrada del reductor, permite aplicar el par de torsión. Del lado
izquierdo de la máquina, se tiene el cabezal con el otro mandril y el sistema
electrónico de registro. Este sistema de registro, emplea como transductor una celda
de carga (10) unida al mandril mediante un eje, montado sobre baleros (12) para
reducir al mínimo la fricción. La cubierta contiene también las partes electrónicas

8. del sistema de registro de la carga. En el display se puede leer el valor del par
aplicado a la probeta en kg. - cm.
En el lateral derecho, se tiene un interruptor para encender/apagar la máquina. En
la parte trasera, el fusible de protección y la clavija para conectar la máquina en 115
V. Finalmente, en el lateral derecho del cabezal, se encuentra el ajustador a cero
del sistema
INSTALACIÓN. La máquina puede quedar convenientemente instalada sobre una
mesa firme. No requiere anclaje, pero si conviene tener cerca un contacto de 115
V./60HZ. El equipo se suministra sin aceite en el reductor, por lo que es conveniente
ponerle el necesario de (SAE-90).
ACCESORIOS. La máquina se complementa con un "TORSIOMETRO" que permite
medir ángulos directamente sobre la probeta.
OPERACIÓN DE LA MÁQUINA. La probeta se coloca entre las mordazas. Se ajusta
primero el mandril del lado del cabezal de medición y luego girando el volante se
alinean el mandril opuesto y se aprieta. Se hace girar el transportador para ponerlo
en la posición de cero. Se enciende la maquina unos 15 minutos antes de empezar
a usarla, para permitir que el registrador electrónico entre en régimen. Al encender
la máquina, se verá iluminada la pantalla. La máquina está lista para aplicar carga
a la probeta, lo cual se hace girando el volante. Hay que tener en cuenta que una
vuelta del volante, corresponde a 6º de torsión de la probeta. Es conveniente aplicar
la carga de incrementos de torsión de la probeta de0.2 a 1.0 grados, por cada
incremento, según el material de que se trate. Sugerencia para incremento de
deformación para distintos materiales

10. https://es.slideshare.net/compvirtual84/4-ensayo-de-torsion
https://www.youtube.com/watch?v=iZvtV-wW1PM