Esfuerzo y Deformacion

1. ESFUERZO Y
DEFORMACIÓN
Realizado por: Juan Hernández
c.I 22.653.834

2. ESFUERZO Y DEFORMACIÓN
El esfuerzo se define aquí como la intensidad de las fuerzas componentes
internas distribuidas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo. El esfuerzo
se define en términos de fuerza por unidad de área. Existen tres clases básicas de
esfuerzos: tensivo, compresivo y corte. El esfuerzo se computa sobre la base de las
dimensiones del corte transversal de una pieza antes de la aplicación de la carga,
que usualmente se llaman dimensiones originales.
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 número no
dimensional, y es, por lo tanto, la misma sin importar las unidades expresadas, su
cálculo se puede realizar mediante la siguiente expresión:

3. ESFUERZO Y DEFORMACIÓN
e= e /L (14)
Donde,
e: es la deformación unitaria
e: es la deformación
L: es la longitud del elemento
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.

4. ESFUERZO DE TORSION
Se define como la capacidad torsión de objetos en rotación alrededor de un eje
fijo. En otras palabras, es la multiplicación de la fuerza y la distancia más corta​​
entre el punto de aplicación de la fuerza y el eje fijo. De la definición, también se
puede inferir que, el par es una cantidad vectorial que tiene tanto la dirección como
en magnitud. Sin embargo, ya que está girando alrededor de un eje fijo de su
dirección puede ser en sentido horario o antihorario.

5. ESFUERZO POR TRACCION
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

6. ESFUERZO POR COMPRESION
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.

7. ESFUERZO POR 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

8. ESFUERZO POR FLEXION
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.

9. ELASTICIDAD
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.

10. ELASTICIDAD
Si una carga de tensión dentro del rango elástico es aplicada, las deformaciones
axiales elásticas resultan de la separación de los átomos o moléculas en la dirección
de la carga; al mismo tiempo se acercan más unos a otros en la dirección transversal.
Para un material relativamente isotropito tal como el acero, las características de
esfuerzo y deformación son muy similares respectivamente de la dirección de la carga
(debido al arreglo errático de los muchos cristales de que está compuesto el material),
pero para materiales anisotrópicos, tales como la madera, estas propiedades varían
según la dirección de la carga.
Una medida cuantitativa de la elasticidad de un material podría lógicamente
expresarse como el grado al que el material puede deformarse dentro del límite de la
acción elástica; pero, pensando en términos de esfuerzos que en deformación, un
índice práctico de la elasticidad es el esfuerzo que marca el límite del
comportamiento
elástico.

11. ELASTICIDAD
El comportamiento elástico es ocasionalmente asociado a otros dos fenómenos; la
proporcionalidad lineal del esfuerzo y de la deformación, y la no-absorción de
energía durante la variación cíclica del esfuerzo. El efecto de absorción permanente
de energía bajo esfuerzo cíclico dentro del rango elástico, llamado histéresis elástica
o saturación fraccional, es ilustrado por la decadencia de la amplitud de las
vibraciones libres de un resorte elástico; estos dos fenómenos no constituyen
necesarios criterios sobre la propiedad de la elasticidad y realmente son
independientes de ella.
Para medir la resistencia elástica, se han utilizado varios criterios a saber: el límite
elástico, el límite proporcional y la resistencia a la cadencia. El límite elástico se
define como el mayor esfuerzo que un material es capaz de desarrollar sin que
ocurra la deformación permanente al retirar el esfuerzo. El límite proporcional se
define cómo el mayor esfuerzo que un material es capaz de desarrollar sin desviarse
de la proporcionalidad rectilínea entre el esfuerzo y la deformación; se ha observado
que la mayoría de los materiales exhiben esta relación lineal entre el esfuerzo y la
deformación dentro del rango elástico. El concepto de proporcionalidad entre el
esfuerzo y la deformación es conocido como Ley de Hooke, debido a la histórica
generalización por Robert Hooke de los resultados de sus observaciones sobre el
comportamiento de los resortes (MOORE, 1928).

12. LA RESISTENCIA ÚLTIMA
El término resistencia última está relacionado con el esfuerzo máximo que un
material puede desarrollar. La resistencia a la tensiones el máximo esfuerzo de
tensión que un material es capaz de desarrollar. La figura 17 muestra,
esquemáticamente, las relaciones entre esfuerzo y deformación para un metal dúctil y
un metal no dúctil cargado hasta la ruptura por tensión

13. LA RESISTENCIA ÚLTIMA
La resistencia a la compresión es el máximo esfuerzo de compresión que un
material es capaz de desarrollar. Con un material quebradizo que falla en
compresión por ruptura, la resistencia a la compresión posee un valor definido. En
el caso de los materiales que no fallan en compresión por una fractura
desmoronarte (materiales dúctiles, maleables o semiviscosos), el valor obtenido
para la resistencia a la compresión es un valor arbitrario que depende del grado de
distorsión considerado como falla efectiva del material. La figura 18 muestra
diagramas característicos de esfuerzo y deformación para materiales dúctiles y no
dúctiles en compresión:

14. LA RESISTENCIA ÚLTIMA
La dureza, la cual es una medida de la resistencia a indentación superficial o a la
abrasión, puede, en términos generales, considerarse como una función del esfuerzo
requerido para producir algún tipo especificado de deformación superficial. La
dureza se expresa simplemente como un valor arbitrario, tal como la lectura de la
báscula del instrumento particular usado.

15. PLASTICIDAD
La plasticidad es aquella propiedad que permite al material sobrellevar
deformación permanente sin que sobrevenga la ruptura. Las evidencias de la acción
plástica en los materiales estructurales se llaman deformación, flujo plástico y creep.
Las deformaciones plásticas son causadas por deslizamientos inducidos por
esfuerzos cortantes. Tales deformaciones pueden ocurrir en todos los materiales
sometidos a grandes esfuerzos, aun a temperaturas normales. Muchos metales
muestran un efecto de endurecimiento por deformación al sobrellevar deformaciones
plásticas, ya que después de que han ocurrido deslizamientos menores por corte no
acusan deformaciones plásticas adicionales hasta que se aplican esfuerzos mayores.
No se presentan cambios apreciables de volumen como resultado de las
deformaciones plásticas.
La plasticidad es importante en las operaciones de formación, conformación y
extrusión. Algunos metales se conforman en frío, por ejemplo, la laminación
profunda de láminas delgadas.

16. PLASTICIDAD
Muchos metales son conformados en caliente, por ejemplo, la laminación de
perfiles de acero estructural y el forjado de ciertas partes para máquinas; los
metales como el hierro fundido se moldean en estado de fusión; la madera se
flexiona mejor mientras está seca y caliente. Los materiales maleables son aquellos
que pueden martillarse para formar láminas delgadas sin fractura; la maleabilidad
depende tanto de la suavidad como de la plasticidad del material.
Otra manifestación de la plasticidad en los materiales es la ductilidad. La
ductilidad es la propiedad de los materiales que le permiten ser estirados a un grado
considerable antes de romperse y simultáneamente sostener una carga apreciable.
Se dice que un material no dúctil es quebradizo, esto es, se quiebra o rompe con
poco o ningún alargamiento.

17. RIGIDEZ
La rigidez tiene que ver con la deformabilidad relativa de un material bajo carga.
Se le mide por la velocidad del esfuerzo con respecto a la deformación. Mientras
mayor sea el esfuerzo requerido para producir una deformación dada, más rígido se
considera que es el material.
Bajo un esfuerzo simple dentro del rango proporcional, la razón entre el esfuerzo
y la deformación correspondiente es denominada módulo de elasticidad (E). Existen
tres módulos de elasticidad: el módulo en tensión, el módulo en compresión y el
módulo en cortante. Bajo el esfuerzo de tensión, esta medida de rigidez se denomina
módulo de Young; bajo corte simple la rigidez se denomina módulo de rigidez. En
términos del diagrama de esfuerzo y deformación, el módulo de elasticidad es la
pendiente del diagrama de esfuerzo y deformación en el rango de la proporcionalidad
del esfuerzo y la deformación

18. CAPACIDAD ENERGETICA
La capacidad de un material para absorber o almacenar energía se denomina
capacidad energética del material. La cantidad de energía absorbida al esforzar un
material hasta el límite elástico, o la cantidad de energía que puede recobrarse
cuando el esfuerzo es liberado del límite elástico, es llamada la resiliencia elástica.
La energía almacenada por unidad de volumen en el límite elástico es el módulo de
resiliencia.
El módulo de resiliencia es una medida de lo que puede llamarse la resistencia a la
energía elástica del material y es de importancia en la selección de materiales para
servicio, cuando las partes están sometidas a cargas de energía, pero cuando los
esfuerzos deben mantenerse dentro del límite elástico (SEELEY y SMITH, 1956).

19. CAPACIDAD ENERGETICA
Cuando un material es sometido a una carga repetida, durante cualquier ciclo de
carga o descarga, o viceversa, alguna energía es absorbida o perdida. Este fenómeno
de la energía perdida es llamado generalmente histéresis, y dentro del rango
elástico, histéresis elástica.
La resistencia involucra la idea de la energía requerida para romper un material.
Puede medírsele por la cantidad de trabajo por volumen unitario de un material
requerida para conducir el material a la falla bajo carga estática, llamada el módulo
de resistencia. La resistencia es una medida de lo que puede llamarse la resistencia
energética última de un material y es de importancia en la selección de un material
para tipos de servicio en los cuales las cargas de impacto aplicadas puedan causar
esfuerzos sobre el punto de falla de tiempo en tiempo (SEELEY y SMITH, 1956).

20. ASPECTOS GENERALES DE LA FALLA
EN LOS MATERIALES
La falla puede considerarse como la alteración del comportamiento característico
de acuerdo con alguna propiedad física básica. Por ejemplo, el es forzamiento o
deformación de un material más allá del límite elástico, es decir sin recuperación de
su forma o longitud original. A nivel macroescala la falla puede concebirse como el
grado de deformación qué sea excesivo en relación con el desempeño aceptable de
un miembro de alguna estructura o máquina.
La falla puede ocurrir de tres maneras fundamentales: por deslizamiento o flujo,
por separación, y por pandeo. El deslizamiento o flujo ocurre bajo la acción de
esfuerzos cortantes. Esencialmente, los planos paralelos dentro de un elemento de
un material se mueven (se deslizan o desplazan) en direcciones paralelas; la acción
continua de esta manera, a un volumen constante y sin desintegración del material,
se denomina creep, o flujo plástico. El deslizamiento puede terminar por ruptura
cuando las fuerzas moleculares (o esfuerzos de escala similar) son rebasadas. Estos
esfuerzos cortantes que causan el deslizamiento son originados por cargas tensivas o
compresivas, cargas torsionales, o cargas flexionantes.

21. ASPECTOS GENERALES DE LA FALLA
EN LOS MATERIALES
La separación es una acción inducida por los esfuerzos tensivos. Se verifica
cuando el esfuerzo normal a un plano excede las fuerzas internas que aglutinan el
material; la falla por separación es frecuentemente denominada fractura por fisura.
Los estados de esfuerzos que involucran esfuerzos tensivos suficientes para causar
la fractura por fisura pueden ser inducidos por cargas diferentes de las primarias
tensivas

22. ASPECTOS GENERALES DE LA FALLA
EN LOS MATERIALES
El pandeo es un fenómeno de compresión. Una falla por pandeo puede inducirse
mediante una carga diferente de la carga primaria compresiva; por ejemplo, la
carga torsional de un tubo de pared delgada puede arrojar pandeo causado por los
esfuerzos compresivos inducidos; o en una viga de madera, bajo carga flexionarte,
la falla puede iniciarse por el pandeo localizado de las fibras de madera en la
superficie en compresión de la viga.

23. Ejercicio

24. Ejercicios
¿Cuál es el momento de torsión resultante en torno del pivote de la figura?
Considerando que el peso de la barra curva es insignificante?

25. Ejercicios