Este documento describe los conceptos fundamentales de esfuerzo y deformación en ingeniería mecánica. Explica que el esfuerzo es la fuerza aplicada dividida por el área, y que la deformación es el cambio de longitud dividido por la longitud original. También describe las curvas típicas de esfuerzo-deformación y los diferentes rangos elásticos y plásticos. Finalmente, resume los ensayos de tracción comúnmente usados para medir la resistencia de los materiales.

1. Realizado por:
Luis Indriago
C.I: 22.621.346
Ing. Mecánica

2. Introducción
Todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en
el sentido de aplicación de la fuerza. En el caso de tracción, la fuerza
se aplica en dirección del eje de ella y por eso se denomina axial, la
probeta se alargara en dirección de su longitud y se encogerá en el
sentido o plano perpendicular.
Aunque el esfuerzo y la deformación ocurren simultáneamente, los
dos conceptos son completamente distintos. 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.

3. Esfuerzo
Es la resistencia que ofrece un área unitaria (A) del material del
que está hecho un miembro para una carga aplicada externa
(fuerza, F):
Esfuerzo = fuerza / área = F / A (4)
En algunos casos, como en el esfuerzo normal directo, la fuerza
aplicada se reparte uniformemente en la totalidad de la sección
transversal del miembro; en estos casos el esfuerzo puede
calcularse con la simple división de la fuerza total por el área de la
parte que resiste la fuerza, y el nivel del esfuerzo será el mismo en
un punto cualquiera de una sección transversal cualquiera. En otros
casos, como en el esfuerzo debido a flexión, el esfuerzo variará en
los distintos lugares de la misma sección transversal, entonces el
nivel de esfuerza se considera en un punto.

4. Esfuerzo y deformación uniaxial.
Esfuerzo y deformación biaxial.
Esfuerzo y deformación triaxial.
Esfuerzo y deformación por flexión

5. Deformación
La resistencia del material no es el único parámetro que debe
utilizarse al diseñar o analizar una estructura; controlar las
deformaciones para que la estructura cumpla con el propósito para el
cual se diseñó tiene la misma o mayor importancia. El análisis de las
deformaciones se relaciona con los cambios en la forma de la
estructura que generan las cargas aplicadas.
Una barra sometida a una fuerza axial de tracción aumentara su
longitud inicial; se puede observar que bajo la misma carga pero con
una longitud mayor este aumento o alargamiento se incrementará
también. Por ello definir la deformación (ε) como el cociente entre el
alargamiento δ y la longitud inicial L, indica que sobre la barra la
deformación es la misma porque si aumenta L también aumentaría δ.
Matemáticamente la deformación sería:
ε= δ/L ec.2

7. 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.

8. 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.

9. Curva esfuerzo-deformación
La relación entre el estado de esfuerzos s, inducido en un
material por la aplicación de una fuerza, y la deformación e que
produce se puede representar gráficamente. Una curva típica de la
relación entre s y e es la de la siguiente figura:
eO
P
U
R
rango
elástico
rango
inelástico
rango
plástico
L
R
U

10. Entre el origen de coordenadas O y el punto P el material es
elástico, y la relación entre el esfuerzo y la deformación es lineal y
dada por la Ley de Hooke:
Donde M es el módulo de elasticidad y viene dado por la pendiente
de la recta OP:
M = tan a
Esta zona lineal se denomina “rango elástico”. La ordenada sL del
punto P se denomina “límite elástico” y corresponde al esfuerzo más
alto que se puede aplicar sobre el material sin que éste deje de ser
elástico, esto es, sin que la deformación sea permanente o residual
cuando el esfuerzo deje de actuar.

11. Ensayos de tracción
Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se
efectúan ensayos para medir su comportamiento en distintas
situaciones. El ensayo destructivo más importante es el ensayo de
tracción, en donde se coloca una probeta en una máquina de ensayo
consistente de dos mordazas, una fija y otra móvil. Se procede a
medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza
móvil. Un esquema de la máquina de ensayo de tracción se muestra
en la Figura.

14. Conclusiones
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. Los materiales dúctiles
exhiben una curva Esfuerzo - Deformación que llega a su máximo en
el punto de resistencia a la tensión. En materiales más frágiles, la
carga máxima o resistencia a la tensión ocurre en el punto de falla.
En materiales extremadamente frágiles, como los cerámicos, el
esfuerzo de fluencia, la resistencia a la tensión y el esfuerzo de
ruptura son iguales.