trabajo de esfuerzo y deformacion

1. República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño
Extensión Barinas
Esfuerzo y
Deformación
Andrés Moncada
23.037.760
Barinas, Diciembre 2016

2. Introducción
Las propiedades mecánicas de los materiales nos permiten diferenciar un
material de otro ya sea por su composición, estructura o comportamiento ante algún
efecto físico o químico, estas propiedades son usadas en dichos materiales de
acuerdo a algunas necesidades creadas a medida que ha pasado la historia,
dependiendo de los gustos y propiamente de aquella necesidad en donde se enfoca
en el material para que este solucione a cabalidad la exigencia creada.
La mecánica de materiales estudia las deformaciones unitarias y
desplazamiento de estructuras y sus componentes debido a las cargas que actúan
sobre ellas, así entonces nos basaremos en dicha materia para saber de que se
trata cada uno de estos efectos físicos, aplicados en diferentes estructuras, formas
y materiales

3. Origen
El origen de la mecánica de materiales data de principios del
siglo XVII, cuando galileo llevo a cabo experimentos para estudiar los efectos
de las cargas en barras y vigas de diversos materiales. Sin embargo, para alcanzar
un entendimiento apropiado de tales efectos fue necesario establecer
descripciones experimentales precisas de las propiedades mecánicas de un
material. Los métodos para hacer esto fueron mejorando considerablemente a
principios del siglo XVIII En aquel tiempo el estudio tanto experimental como teórico
de esta materia fue emprendido, principalmente en Francia, por personalidades
como Saint-Venant, Poisson, Lamé y Navier. Debido a que sus
investigaciones se basaron en aplicaciones de la mecánica a los cuerpos
materiales, llamaron a este estudio “resistencia de los materiales”. Sin embargo, hoy
en día llamamos a lo mismo “mecánica de los cuerpos deformables” o simplemente
“mecánica de los materiales
Esfuerzo
Son las fuerzas internas, debido a las cargas, sometidas a un elemento
resistente. Se define como la fuerza por unidad de superficie que soporta ó se aplica
sobre un cuerpo, es decir es la relación entre la fuerza aplicada y la superficie en la
cual se aplica. 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.

4. Fuerzas de tensión o tracción: La fuerza aplicada intenta estirar el material a lo
largo de su línea de acción.
Fuerza de Flexión: Las fuerzas externas actúan sobre el cuerpo tratando de
“doblarlo”, alargando unas fibras internas y acortando otras.

5. Fuerzas de compresión: la Fuerza aplicada intenta comprimir o acotar al material
a lo largo de su línea de acción.
Fuerza de Cizalladura o cortadura: Las fuerzas actúan en sentidos contrarios
sobre dos planos contiguos del cuerpo, tratando de producir el deslizamiento de uno
con respecto al otro.

6. Fuerza en torsión: la fuerza externa aplicada intenta torcer al material. la fuerza
externa recibe el nombre de torque o momento de torsión.
Cualquier fuerza externa que se aplique sobre un material causa deformación, la
cual se define como el cambio de longitud a lo largo de la línea de acción de la
fuerza.
Para estudiar la reacción de los materiales a las fuerzas externas que se aplican,
se utiliza el concepto de esfuerzo.
El esfuerzo tiene las mismas unidades de la presión, es decir, unidades de fuerza
por unidad de área. En el sistema métrico, el esfuerzo se mide en Pascales (N/m2).
En el sistema inglés, en psi (lb/in2). En aplicaciones de ingeniería, es muy común
expresar el esfuerzo en unidades de Kg /cm2.

7.  Deformación Simple
Se refiere a los cambios en las dimensiones de un miembro estructural cuando se
encuentra sometido a cargas externas.
Estas deformaciones serán analizadas en elementos estructurales cargados
axialmente, por lo que entre las cargas a estudiar estarán las
de tensión o compresión.
 Ejemplo
– Los miembros de una armadura.
– Las bielas de los motores de los automóviles.
– Los rayos de las ruedas de bicicletas.
– Etc.
 Deformación unitaria
Todo miembro sometido a cargas externas se deforma debido a la acción de
fuerzas.
La deformación unitaria, se puede definir como la relación 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.
Por lo tanto la ecuación que define la deformación unitaria un material sometido a
cargas axiales está dada por:

8. Otros:
Esfuerzos compuestos. Es cuando una pieza se encuentra sometida
simultáneamente a varios esfuerzos simples, superponiéndose sus acciones.
Esfuerzos variables. Son los esfuerzos que varían de valor e incluso de signo.
Cuando la diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo es 0, el esfuerzo se
denomina alternado. Pueden ocasionar rotura por fatiga.

9. 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.
Tipos de deformación
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. En una deformación
homogénea, las líneas que eran rectas antes de la deformación siguen siéndolo
después y las rectas paralelas siguen siendo paralelas
El diseño de elementos estructurales implica determinar la resistencia y
rigidez del material estructural, estas propiedades se pueden relacionar si se evalúa
una barra sometida a una fuerza axial para la cual se registra simultáneamente la
fuerza aplicada y el alargamiento producido. Estos valores permiten determinar el
esfuerzo y la deformación que al graficar originan el denominado diagrama de

10. esfuerzo y deformación. Los diagramas son similares si se trata del mismo material
y de manera general permite agrupar los materiales dentro de dos categorías con
propiedades afines que se denominan materiales dúctiles y materiales frágiles. Los
diagramas de materiales dúctiles se caracterizan por ser capaces de resistir grandes
deformaciones antes de la rotura, mientras que los frágiles presentan un
alargamiento bajo cuando llegan al punto de rotura.

11. Origen de los esfuerzos.
En el análisis de las fuerzas se debe tomar en cuenta que al inicio, en el
origen del planeta, este pudo haber empezado siendo una masa de materia
heterogénea y no diferenciada, la cual ha estado evolucionando y transformándose,
siendo evidente que actualmente la Tierra posee una dinámica muy activa tanto en
las capas internas como externas. Lo que trae como consecuencia la deformación
constante de los materiales de la corteza terrestre, provocada por los mecanismos
de movimiento de las placas tectónicas, asociado a las corrientes de convección del
magma en el manto superior que provocan la expansión del piso oceánico con la
consecuente subducción y choque entre placas, en otros sitios; esta dinámica
provoca el vulcanismo, la sismicidad, el levantamiento de cordilleras, el movimiento
de los continentes, los ajustes corticales por Isostasia. Etc.
Importancia del esfuerzo y deformación
Cuando un cuerpo es sometido a fuerzas, este está sujeto a cambios ya sea en su
estado mecánico, o en su forma. La medida del cambio en su estado mecánico se
describe desde el punto de vista geométrico de la relación espacio-tiempo, y/o
desde el punto de vista de las causas que la originan. Es decir a partir de la
cinemática y/o de la Dinámica.
Lo otro sería el estudio del cambio en la forma de un cuerpo por acción de fuerzas,
esto se mide a través de la deformación, y la acción de las fuerzas que ocasionan
la deformación se miden a través del concepto de "esfuerzo".
El "esfuerzo" y la "deformación" se pueden considerar aproximadamente
directamente proporcionales para cuerpos idealizados, el modelo idealizado para
un cuerpo que considera el tamaño y la forma es el de "cuerpo rígido", para este
cuerpo la acción de las fuerzas no ocasiona deformación alguna. En la realidad esto

12. no es así ya que la acción de las fuerzas sobre los cuerpos ocasionaran cambios
en la forma necesariamente, aunque estas sena muy pequeñas.
La constante de proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación es econocida
como el módulo de Young, que es característico para cada material, ya sea cobre,
bronce, aluminio, acero, etc.
El esfuerzo se cuantifica por la acción de la fuerza por unidad de área
(Esfuerzo=Fuerza/Area), en tanto que la deformacion.se cuantifica por la razón del
cambio en la longitud para el caso unidimensional, respecto de la longitud inicial
(deformacion= (variacion de la longitud) / longitud inicial).
La unidad de medida del esfuerzo en el sistema internacional es el Pascal (Pa) , en
tanto la la defornmación es adimensional, es decir no tiene unidades.

13. Ejercicios

15. Conclusión
La resistencia de materiales clásica es una disciplina de la ingeniería
mecánica, la ingeniería estructural y la ingeniería industrial que estudia la mecánica
de sólidos deformables mediante modelos simplificados. La resistencia de un
elemento se define como su capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas
sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algún modo.
Un modelo de resistencia de materiales establece una relación entre
las fuerzas aplicadas, también llamadas cargas o acciones, y los esfuerzos y
desplazamientos inducidos por ellas. Generalmente las simplificaciones
geométricas y las restricciones impuestas sobre el modo de aplicación de las cargas
hacen que el campo de deformaciones y tensiones sean sencillos de calcular.
Para el diseño mecánico de elementos con geometrías complicadas la
resistencia de materiales suele ser insuficiente y es necesario usar técnicas
basadas en la teoría de la elasticidad o la mecánica de sólidos deformables más
generales. Esos problemas planteados en términos de tensiones y deformaciones
pueden entonces ser resueltos de forma muy aproximada con métodos numéricos
como el análisis por elementos finitos.