2. En general un esfuerzo es el resultado de la división entre una fuerza y el
área en la que se aplica. Se distinguen dos direcciones para las fuerzas, las
que son normales al área en la que se aplican y las que son paralelas al área
en que se aplican. Si la fuerza aplicada no es normal 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.
Los esfuerzos con dirección normal a la sección, se denotan como σ (sigma) y
representa un esfuerzo de tracción cuando apunta hacia afuera de la sección,
tratando de estirar al elemento analizado. En cambio, representa un esfuerzo
de compresión cuando apunta hacia la sección, tratando de aplastar al
elemento analizado.
3. Tracción: esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos
fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo, aumentando su
longitud y disminuyendo su sección.
Compresión: esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de
dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a comprimirlo,
disminuyendo su longitud y aumentando su sección.
Flexión: esfuerzo que tiende a doblar el objeto. Las fuerzas que actúan son
paralelas a las superficies que sostienen el objeto. Siempre que existe flexión
también hay esfuerzo de tracción y de compresión.
Cortadura: esfuerzo que tiende a cortar el objeto por la aplicación de dos
fuerzas en sentidos contrarios y no alineadas. Se encuentra en uniones
como: tornillos, remaches y soldaduras.
4.
5.
6. La deformación se define como el cambio de forma de un cuerpo, el cual se
debe al esfuerzo, al cambio térmico, al cambio de humedad o a otras causas.
En conjunción con el esfuerzo directo, la deformación se supone como un
cambio lineal y se mide en unidades de longitud. En los ensayos de torsión se
acostumbra medir la deformación cómo un ángulo de torsión (en ocasiones
llamados detrusión) entre dos secciones especificadas.
Cuando la deformación se define como el cambio por unidad de longitud en
una dimensión lineal de un cuerpo, el cual va acompañado por un cambio de
esfuerzo, se denomina deformación unitaria debida a un esfuerzo. Es una
razón o numero no dimensional, y es, por lo tanto, la misma sin importar las
unidades expresadas (figura 17), su cálculo se puede realizar mediante la
siguiente expresión:
e = e / L (14)
donde,
e : es la deformación unitaria
e : es la deformación
L : es la longitud del elemento
7. Relación entre la deformación unitaria y la deformación.
Si un cuerpo es sometido a esfuerzo tensivo o compresivo en una dirección dada,
no solo ocurre deformación en esa dirección (dirección axial) sino también
deformaciones unitarias en direcciones perpendiculares a ella (deformación
lateral). Dentro del rango de acción elástica la compresión entre las
deformaciones lateral y axial en condiciones de carga uniaxial (es decir en un
solo eje) es denominada relación de Poisson. La extensión axial causa
contracción lateral, y viceversa.
8. 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.
No se conocen materiales que sean perfectamente elásticos a través del
rango de esfuerzos completo hasta la ruptura, aunque algunos materiales
como el acero, parecen ser elásticos en un considerable rango de esfuerzos.
Algunos materiales, como el hierro fundido, el concreto, y ciertos metales no
ferrosos, son imperfectamente elásticos aun bajo esfuerzos relativamente
reducidos, pero la magnitud de la deformación permanente bajo carga de
poca duración es pequeña, de tal forma que para efectos prácticos el material
se considera como elástico hasta magnitudes de esfuerzos razonables.
9. Ley de Hooke. 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 F:
siendo δ el alargamiento, L la longitud original, E el módulo de Young, A la sección
transversal de la pieza estirada. La ley se aplica a materiales elásticos hasta un
límite denominado límite elástico. El límite elástico, también denominado límite de
elasticidad y límite de fluencia, es la tensión máxima que un material elástico puede
soportar sin sufrir deformaciones permanentes. Si se aplican tensiones superiores a
este límite, el material experimenta deformaciones permanentes y no recupera su
forma original al retirar las cargas. En general, un material sometido a tensiones
inferiores a su límite de elasticidad es deformado temporalmente de acuerdo con la
ley de Hooke.
10. donde k se llama constante elástica del resorte y δ es su elongación o
variación que experimenta su longitud.
La ley de Hooke recibe su nombre de Robert Hooke, físico británico
contemporáneo de Isaac Newton. La forma más común de representar
matemáticamente la Ley de Hooke es mediante la ecuación del muelle o
resorte, donde se relaciona la fuerza F ejercida sobre el resorte con la
elongación o alargamiento δ producido:
11. 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 nicialmente por la dos curvas. En lugar de eso una curva
paralela al eje se retuerce alrededor de él.
12. 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.
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.
