1. El documento describe el tensor de tensiones, que define el estado tensional en un punto interior de un cuerpo. El tensor tiene 9 componentes que representan las tensiones en 3 direcciones.
2. Se explica que las componentes de tensiones deben satisfacer las ecuaciones de equilibrio. Esto implica que el tensor es simétrico, reduciendo sus componentes independientes a 6.
3. También se introduce el elipsoide de Lamé, que representa gráficamente el tensor de tensiones mediante un elipsoide cuyos semiejes están definidos por las tensiones princip
Trabajo de Tensor de Tensiones en el curso Análisis Vectorial y Tensorial, donde damos las definiciones, ecuaciones de equilibrio, sus direcciones principales, y su carácter invariante; Demostración de que las soluciones de la ecuación son números reales y por ultimo un problema.
El documento presenta los conceptos fundamentales de las matrices de esfuerzos y deformaciones unitarias, así como las ecuaciones de equilibrio de Navier y la ley generalizada de Hooke para materiales elásticos isotrópicos. Introduce las matrices simétricas de esfuerzos y deformaciones unitarias, y explica que para su determinación se requieren conocer seis componentes (tres esfuerzos normales y tres cortantes). Deriva las ecuaciones diferenciales de equilibrio de Navier y aplica la ley de Hooke uniaxial y la relación de Poisson para
Este documento presenta un libro sobre problemas resueltos de estática. El libro contiene 125 problemas resueltos de forma rigurosa sobre diversos temas de estática como fuerzas y momentos, equilibrio de estructuras, centroides, análisis de armaduras y cálculo de fuerzas internas. El libro está dirigido a estudiantes e ingenieros civiles y busca facilitar el aprendizaje de estática a través de la resolución de problemas.
El documento presenta conceptos básicos de estática de partículas, incluyendo fuerzas, vectores, resultantes, equilibrio y aplicaciones en una y tres dimensiones. Explica cómo determinar la resultante de fuerzas concurrentes, descomponer fuerzas en componentes, y resolver problemas de equilibrio para una partícula utilizando ecuaciones vectoriales. También incluye ejemplos numéricos y su solución.
Este documento presenta la resolución de varios problemas relacionados con diagramas de fuerza cortante y momento flector en vigas. El problema 5.8 determina que el momento flector máximo de una viga simétrica con cargas puntuales es PL/2. El problema 5.10 encuentra que para que la fuerza cortante sea cero en el punto medio de una viga con carga trapezoidal, la relación a/L debe ser 0,25. El problema 5.11 plantea las ecuaciones de fuerza cortante y momento flector para una viga con cargas puntual
Complemento Teórico de la Guía de Trabajos Prácticos. El presente trabajo es un sumario de conceptos teóricos de la materia Estabilidad IIb (64.12) correspondiente a las carreras de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Naval y Mecánica.
Este documento presenta un libro sobre problemas resueltos de estática escrito por el Dr. Genner Villarreal Castro. El libro contiene 125 problemas resueltos de forma rigurosa para facilitar el aprendizaje individual de la estática. Está dirigido a estudiantes e ingenieros civiles e incluye cinco capítulos sobre fuerzas y momentos, equilibrio de estructuras, centroides, métodos de nudos y secciones, y fuerzas internas en vigas y estructuras.
Trabajo de Tensor de Tensiones en el curso Análisis Vectorial y Tensorial, donde damos las definiciones, ecuaciones de equilibrio, sus direcciones principales, y su carácter invariante; Demostración de que las soluciones de la ecuación son números reales y por ultimo un problema.
El documento presenta los conceptos fundamentales de las matrices de esfuerzos y deformaciones unitarias, así como las ecuaciones de equilibrio de Navier y la ley generalizada de Hooke para materiales elásticos isotrópicos. Introduce las matrices simétricas de esfuerzos y deformaciones unitarias, y explica que para su determinación se requieren conocer seis componentes (tres esfuerzos normales y tres cortantes). Deriva las ecuaciones diferenciales de equilibrio de Navier y aplica la ley de Hooke uniaxial y la relación de Poisson para
Este documento presenta un libro sobre problemas resueltos de estática. El libro contiene 125 problemas resueltos de forma rigurosa sobre diversos temas de estática como fuerzas y momentos, equilibrio de estructuras, centroides, análisis de armaduras y cálculo de fuerzas internas. El libro está dirigido a estudiantes e ingenieros civiles y busca facilitar el aprendizaje de estática a través de la resolución de problemas.
El documento presenta conceptos básicos de estática de partículas, incluyendo fuerzas, vectores, resultantes, equilibrio y aplicaciones en una y tres dimensiones. Explica cómo determinar la resultante de fuerzas concurrentes, descomponer fuerzas en componentes, y resolver problemas de equilibrio para una partícula utilizando ecuaciones vectoriales. También incluye ejemplos numéricos y su solución.
Este documento presenta la resolución de varios problemas relacionados con diagramas de fuerza cortante y momento flector en vigas. El problema 5.8 determina que el momento flector máximo de una viga simétrica con cargas puntuales es PL/2. El problema 5.10 encuentra que para que la fuerza cortante sea cero en el punto medio de una viga con carga trapezoidal, la relación a/L debe ser 0,25. El problema 5.11 plantea las ecuaciones de fuerza cortante y momento flector para una viga con cargas puntual
Complemento Teórico de la Guía de Trabajos Prácticos. El presente trabajo es un sumario de conceptos teóricos de la materia Estabilidad IIb (64.12) correspondiente a las carreras de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Naval y Mecánica.
Este documento presenta un libro sobre problemas resueltos de estática escrito por el Dr. Genner Villarreal Castro. El libro contiene 125 problemas resueltos de forma rigurosa para facilitar el aprendizaje individual de la estática. Está dirigido a estudiantes e ingenieros civiles e incluye cinco capítulos sobre fuerzas y momentos, equilibrio de estructuras, centroides, métodos de nudos y secciones, y fuerzas internas en vigas y estructuras.
Este capítulo introduce el concepto de centroide de un área y centro de gravedad de un cuerpo bidimensional. Explica que el centroide es el punto donde debe aplicarse una fuerza equivalente que represente el efecto de fuerzas distribuidas sobre una superficie. También define los primeros momentos de un área con respecto a los ejes de coordenadas y cómo estos se relacionan con la ubicación del centroide.
Este documento presenta los objetivos, procedimientos y cálculos involucrados en la práctica de laboratorio sobre reacciones en vigas. La práctica tiene como objetivo medir las reacciones externas de una viga recta con apoyos fijos cuando se aplican fuerzas. Los estudiantes aprenderán a determinar las reacciones en los apoyos mediante el análisis de momentos y la suma de fuerzas, y compararán sus cálculos con las mediciones de los dinamómetros. El documento incluye ejemplos detallados de cómo real
El documento presenta los conceptos del Teorema de Castigliano y su aplicación para calcular desplazamientos y rotaciones en estructuras. Explica cómo usar el teorema para resolver tres ejemplos numéricos de vigas, incluido el cálculo de la deflexión en el centro de una viga simplemente apoyada. También introduce conceptos sobre estructuras estáticamente indeterminadas y los métodos de carga unitaria y de Castigliano para analizarlas.
El documento describe varios métodos para el análisis de estructuras, incluyendo la ecuación de tres momentos, el principio de conservación de energía, el método del trabajo virtual, los teoremas de Castigliano y la ley de Maxwell. Explica conceptos como la energía de deformación elástica y cómo estos métodos se pueden aplicar para calcular deflexiones en vigas, armaduras y pórticos.
Este documento introduce los conceptos básicos de los tensores cartesianos. Explica que las cantidades físicas pueden ser escalares, vectores o tensores, dependiendo de la cantidad de componentes necesarias para describirlas. Los tensores requieren dos índices y nueve componentes para describir estados como las tensiones internas en un punto. También define las leyes de transformación para vectores y tensores bajo cambios de sistema de coordenadas, de modo que las relaciones físicas expresadas en términos de estas cantidades permanezcan invariantes. Finalmente, disting
Este documento presenta varios conceptos fundamentales relacionados con el análisis estructural. Define fuerzas axiales, cortantes y momentos flexionantes. Explica los diferentes tipos de apoyos, nudos y soportes que se pueden encontrar en una estructura. También describe métodos como el trabajo virtual para calcular desplazamientos en estructuras sometidas a cargas.
En este ejercicio veremos de manera detallada la resolución de una viga hiperestática con sus correspondientes fuerzas de reacción y diagramas de esfuerzo
Este documento presenta un libro sobre problemas resueltos de estática. El libro contiene 125 problemas tipo resueltos de manera rigurosa sobre diversos temas de estática como fuerzas y momentos, equilibrio de estructuras, centroides, análisis de armaduras y cálculo de fuerzas internas. El libro está dirigido a estudiantes e ingenieros civiles y busca facilitar el aprendizaje de la estática a través de la resolución de problemas.
Este documento presenta varios problemas relacionados con el análisis de tensiones en estructuras. El primer problema analiza el tensor de tensiones dado y determina los planos y valores de las tensiones principales. Los problemas siguientes resuelven casos de tensión plana, hallando tensiones en planos inclinados, direcciones y valores de tensiones principales, y valores del tensor de tensiones original.
Este documento presenta un resumen del Teorema de Castigliano para la determinación de deflexiones en estructuras. Incluye una breve biografía de Alberto Castigliano, quien estableció este teorema. Explica el Teorema de Castigliano general y su aplicación para armaduras. Finalmente, propone tres ejercicios de aplicación con cálculos de deflexión utilizando este método.
La Estática, es una ciencia de la Mecánica Teórica, que estudia el equilibrio de diversos elementos o sistemas estructurales sometidos a la acción externa de cargas puntuales y distribuidas, así como de momentos.
Por lo general, los textos base de Estática, son muy voluminosos y, principalmente, se centran en la descripción teórica, lo cual dificulta el proceso de aprendizaje a través de trabajos domiciliarios e investigación, conducentes a un mejor dominio de la materia.
Es por ello, que tomé el reto de escribir un libro, que haga más didáctico el proceso de estudio individual, resolviendo para ello 125 problemas tipos en forma seria y con el rigor científico, propiciando de manera más amena la convivencia con la Estática.
En el presente libro, se tratan temas que en la mayoría de programas de las universidades se analizan y que son muy importantes en la formación profesional de los ingenieros civiles. Como base se tomó la experiencia adquirida en el dictado de los cursos de Estática en la Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas, Universidad de San Martín de Porres y Universidad Privada Antenor Orrego.
En mi modesta opinión, el presente libro es único en su género, tanto en la forma de resolución de problemas; así como en su contenido, que no es una repetición de otros textos, editados anteriormente.
El presente libro consta de 5 capítulos y bibliografía.
En el primer capítulo se analizan las diversas formas de las fuerzas y momentos, a las cuales están sometidas las estructuras.
En el segundo capítulo se estudian el equilibrio de estructuras simples, estructuras con rótulas intermedias, estructuras compuestas y estructuras espaciales.
En el tercer capítulo se calculan los centroides en alambres y áreas, así como, los momentos de inercia de áreas planas y de perfiles metálicos.
En el cuarto capítulo se analizan diversos tipos de armaduras, a través del método de los nudos y método de las secciones.
En el quinto capítulo se calculan las fuerzas internas y se grafican los diagramas de fuerza axial, fuerza cortante y momento flector para vigas, pórticos, arcos y estructuras espaciales.
Este documento presenta 6 problemas de estática que involucran las leyes de Newton sobre fuerzas y reacciones, cálculos de peso en diferentes superficies, determinación de la constante de gravitación universal G, fuerzas en cables y resortes, momentos de fuerzas, y tensiones y reacciones en sistemas mecánicos.
El documento presenta el Teorema de Castigliano para calcular deformaciones en sistemas no hipostáticos. Explica que este teorema permite calcular deflexiones y pendientes aplicando una fuerza infinitesimal y derivando la energía de deformación. También muestra dos problemas de aplicación resolviendo para deflexiones verticales y giros.
El documento trata sobre conceptos relacionados con el momento de inercia y las fuerzas distribuidas. Explica que el momento de inercia depende de la distribución de masas de un cuerpo y su resistencia a la aceleración angular. Luego, presenta fórmulas para calcular el momento de inercia para sistemas de partículas, cuerpos de masa continua y figuras planas. Finalmente, introduce conceptos como el radio de giro y el centroide de un objeto.
Este documento presenta 14 problemas relacionados con la mecánica de materiales y el análisis de tensiones. Los problemas cubren temas como tensión en planos arbitrarios, tensión principal, invariantes del tensor de tensiones, transformación de coordenadas y descomposición esférica-desviadora.
Este documento presenta conceptos teóricos sobre estados de tensión y deformación para ingeniería mecánica e ingeniería naval. Define vectores de tensión, cubos elementales sujetos a tensiones, y tensión normal y tangencial. Explica el tensor de tensiones en un punto, tensiones y planos principales, y la circunferencia de Mohr para estados elásticos espaciales y dobles. También cubre estados de deformación, transformaciones tensoriales, y la relación entre tensiones y deformaciones.
Este documento introduce los conceptos básicos de tensores cartesianos. Explica que las cantidades físicas pueden requerir 1, 3, 9 u otro número de componentes, denominándose escalares, vectores y tensores respectivamente. Define la matriz de rotación que describe la transformación de coordenadas y las leyes de transformación para vectores y tensores de orden 2 o superior. Finalmente, establece que las leyes físicas deben ser dimensionalmente homogéneas y tensorialmente homogéneas para ser válidas independientemente del sistema de referencia.
Este documento introduce los conceptos básicos de los tensores cartesianos. Explica que las cantidades físicas pueden ser escalares, vectores o tensores, dependiendo de la cantidad de componentes necesarias para describirlas. Los tensores requieren dos índices y nueve componentes para describir estados como las tensiones internas en un punto. También define las leyes de transformación para vectores y tensores bajo cambios de sistema de coordenadas, de modo que las relaciones físicas expresadas en términos de estas cantidades permanezcan invariantes. Finalmente, disting
1) Para que una partícula esté en equilibrio, la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre ella debe ser cero (primera ley de Newton).
2) Es necesario trazar un diagrama de cuerpo libre que muestre todas las fuerzas y sus magnitudes y direcciones.
3) Para equilibrio en un sistema tridimensional, cada fuerza debe resolverse en componentes y la suma de las componentes a lo largo de cada eje debe ser cero.
Este documento presenta conceptos básicos de estática, incluyendo fuerzas, equilibrio de partículas y cuerpos rígidos. Explica cómo descomponer fuerzas en componentes, calcular resultantes y resolver problemas de equilibrio mediante el uso de diagramas de cuerpo libre y ecuaciones de equilibrio. Además, propone una serie de ejercicios para practicar estos conceptos.
Este documento presenta conceptos básicos de estática, incluyendo fuerzas, equilibrio de partículas, descomposición de vectores, y resolución de problemas de equilibrio. Explica diferentes tipos de fuerzas, como concentradas y distribuidas. También cubre temas como descomposición rectangular de vectores, producto escalar, proyección de vectores, y equilibrio de partículas en el plano y espacio. Finalmente, propone una serie de ejercicios para practicar estos conceptos.
El documento explica los conceptos de flexión compuesta, incluyendo: 1) Cómo dividir una estructura en equilibrio en partes izquierda y derecha mediante un corte transversal, con la resultante izquierda equilibrando a la derecha; 2) Cómo esta resultante puede descomponerse en fuerzas axial, cortante y de momento que actúan en el baricentro; 3) Cómo las tensiones en un punto resultan de la suma de las tensiones debidas a la fuerza axial y al momento de flexión.
Este capítulo introduce el concepto de centroide de un área y centro de gravedad de un cuerpo bidimensional. Explica que el centroide es el punto donde debe aplicarse una fuerza equivalente que represente el efecto de fuerzas distribuidas sobre una superficie. También define los primeros momentos de un área con respecto a los ejes de coordenadas y cómo estos se relacionan con la ubicación del centroide.
Este documento presenta los objetivos, procedimientos y cálculos involucrados en la práctica de laboratorio sobre reacciones en vigas. La práctica tiene como objetivo medir las reacciones externas de una viga recta con apoyos fijos cuando se aplican fuerzas. Los estudiantes aprenderán a determinar las reacciones en los apoyos mediante el análisis de momentos y la suma de fuerzas, y compararán sus cálculos con las mediciones de los dinamómetros. El documento incluye ejemplos detallados de cómo real
El documento presenta los conceptos del Teorema de Castigliano y su aplicación para calcular desplazamientos y rotaciones en estructuras. Explica cómo usar el teorema para resolver tres ejemplos numéricos de vigas, incluido el cálculo de la deflexión en el centro de una viga simplemente apoyada. También introduce conceptos sobre estructuras estáticamente indeterminadas y los métodos de carga unitaria y de Castigliano para analizarlas.
El documento describe varios métodos para el análisis de estructuras, incluyendo la ecuación de tres momentos, el principio de conservación de energía, el método del trabajo virtual, los teoremas de Castigliano y la ley de Maxwell. Explica conceptos como la energía de deformación elástica y cómo estos métodos se pueden aplicar para calcular deflexiones en vigas, armaduras y pórticos.
Este documento introduce los conceptos básicos de los tensores cartesianos. Explica que las cantidades físicas pueden ser escalares, vectores o tensores, dependiendo de la cantidad de componentes necesarias para describirlas. Los tensores requieren dos índices y nueve componentes para describir estados como las tensiones internas en un punto. También define las leyes de transformación para vectores y tensores bajo cambios de sistema de coordenadas, de modo que las relaciones físicas expresadas en términos de estas cantidades permanezcan invariantes. Finalmente, disting
Este documento presenta varios conceptos fundamentales relacionados con el análisis estructural. Define fuerzas axiales, cortantes y momentos flexionantes. Explica los diferentes tipos de apoyos, nudos y soportes que se pueden encontrar en una estructura. También describe métodos como el trabajo virtual para calcular desplazamientos en estructuras sometidas a cargas.
En este ejercicio veremos de manera detallada la resolución de una viga hiperestática con sus correspondientes fuerzas de reacción y diagramas de esfuerzo
Este documento presenta un libro sobre problemas resueltos de estática. El libro contiene 125 problemas tipo resueltos de manera rigurosa sobre diversos temas de estática como fuerzas y momentos, equilibrio de estructuras, centroides, análisis de armaduras y cálculo de fuerzas internas. El libro está dirigido a estudiantes e ingenieros civiles y busca facilitar el aprendizaje de la estática a través de la resolución de problemas.
Este documento presenta varios problemas relacionados con el análisis de tensiones en estructuras. El primer problema analiza el tensor de tensiones dado y determina los planos y valores de las tensiones principales. Los problemas siguientes resuelven casos de tensión plana, hallando tensiones en planos inclinados, direcciones y valores de tensiones principales, y valores del tensor de tensiones original.
Este documento presenta un resumen del Teorema de Castigliano para la determinación de deflexiones en estructuras. Incluye una breve biografía de Alberto Castigliano, quien estableció este teorema. Explica el Teorema de Castigliano general y su aplicación para armaduras. Finalmente, propone tres ejercicios de aplicación con cálculos de deflexión utilizando este método.
La Estática, es una ciencia de la Mecánica Teórica, que estudia el equilibrio de diversos elementos o sistemas estructurales sometidos a la acción externa de cargas puntuales y distribuidas, así como de momentos.
Por lo general, los textos base de Estática, son muy voluminosos y, principalmente, se centran en la descripción teórica, lo cual dificulta el proceso de aprendizaje a través de trabajos domiciliarios e investigación, conducentes a un mejor dominio de la materia.
Es por ello, que tomé el reto de escribir un libro, que haga más didáctico el proceso de estudio individual, resolviendo para ello 125 problemas tipos en forma seria y con el rigor científico, propiciando de manera más amena la convivencia con la Estática.
En el presente libro, se tratan temas que en la mayoría de programas de las universidades se analizan y que son muy importantes en la formación profesional de los ingenieros civiles. Como base se tomó la experiencia adquirida en el dictado de los cursos de Estática en la Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas, Universidad de San Martín de Porres y Universidad Privada Antenor Orrego.
En mi modesta opinión, el presente libro es único en su género, tanto en la forma de resolución de problemas; así como en su contenido, que no es una repetición de otros textos, editados anteriormente.
El presente libro consta de 5 capítulos y bibliografía.
En el primer capítulo se analizan las diversas formas de las fuerzas y momentos, a las cuales están sometidas las estructuras.
En el segundo capítulo se estudian el equilibrio de estructuras simples, estructuras con rótulas intermedias, estructuras compuestas y estructuras espaciales.
En el tercer capítulo se calculan los centroides en alambres y áreas, así como, los momentos de inercia de áreas planas y de perfiles metálicos.
En el cuarto capítulo se analizan diversos tipos de armaduras, a través del método de los nudos y método de las secciones.
En el quinto capítulo se calculan las fuerzas internas y se grafican los diagramas de fuerza axial, fuerza cortante y momento flector para vigas, pórticos, arcos y estructuras espaciales.
Este documento presenta 6 problemas de estática que involucran las leyes de Newton sobre fuerzas y reacciones, cálculos de peso en diferentes superficies, determinación de la constante de gravitación universal G, fuerzas en cables y resortes, momentos de fuerzas, y tensiones y reacciones en sistemas mecánicos.
El documento presenta el Teorema de Castigliano para calcular deformaciones en sistemas no hipostáticos. Explica que este teorema permite calcular deflexiones y pendientes aplicando una fuerza infinitesimal y derivando la energía de deformación. También muestra dos problemas de aplicación resolviendo para deflexiones verticales y giros.
El documento trata sobre conceptos relacionados con el momento de inercia y las fuerzas distribuidas. Explica que el momento de inercia depende de la distribución de masas de un cuerpo y su resistencia a la aceleración angular. Luego, presenta fórmulas para calcular el momento de inercia para sistemas de partículas, cuerpos de masa continua y figuras planas. Finalmente, introduce conceptos como el radio de giro y el centroide de un objeto.
Este documento presenta 14 problemas relacionados con la mecánica de materiales y el análisis de tensiones. Los problemas cubren temas como tensión en planos arbitrarios, tensión principal, invariantes del tensor de tensiones, transformación de coordenadas y descomposición esférica-desviadora.
Este documento presenta conceptos teóricos sobre estados de tensión y deformación para ingeniería mecánica e ingeniería naval. Define vectores de tensión, cubos elementales sujetos a tensiones, y tensión normal y tangencial. Explica el tensor de tensiones en un punto, tensiones y planos principales, y la circunferencia de Mohr para estados elásticos espaciales y dobles. También cubre estados de deformación, transformaciones tensoriales, y la relación entre tensiones y deformaciones.
Este documento introduce los conceptos básicos de tensores cartesianos. Explica que las cantidades físicas pueden requerir 1, 3, 9 u otro número de componentes, denominándose escalares, vectores y tensores respectivamente. Define la matriz de rotación que describe la transformación de coordenadas y las leyes de transformación para vectores y tensores de orden 2 o superior. Finalmente, establece que las leyes físicas deben ser dimensionalmente homogéneas y tensorialmente homogéneas para ser válidas independientemente del sistema de referencia.
Este documento introduce los conceptos básicos de los tensores cartesianos. Explica que las cantidades físicas pueden ser escalares, vectores o tensores, dependiendo de la cantidad de componentes necesarias para describirlas. Los tensores requieren dos índices y nueve componentes para describir estados como las tensiones internas en un punto. También define las leyes de transformación para vectores y tensores bajo cambios de sistema de coordenadas, de modo que las relaciones físicas expresadas en términos de estas cantidades permanezcan invariantes. Finalmente, disting
1) Para que una partícula esté en equilibrio, la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre ella debe ser cero (primera ley de Newton).
2) Es necesario trazar un diagrama de cuerpo libre que muestre todas las fuerzas y sus magnitudes y direcciones.
3) Para equilibrio en un sistema tridimensional, cada fuerza debe resolverse en componentes y la suma de las componentes a lo largo de cada eje debe ser cero.
Este documento presenta conceptos básicos de estática, incluyendo fuerzas, equilibrio de partículas y cuerpos rígidos. Explica cómo descomponer fuerzas en componentes, calcular resultantes y resolver problemas de equilibrio mediante el uso de diagramas de cuerpo libre y ecuaciones de equilibrio. Además, propone una serie de ejercicios para practicar estos conceptos.
Este documento presenta conceptos básicos de estática, incluyendo fuerzas, equilibrio de partículas, descomposición de vectores, y resolución de problemas de equilibrio. Explica diferentes tipos de fuerzas, como concentradas y distribuidas. También cubre temas como descomposición rectangular de vectores, producto escalar, proyección de vectores, y equilibrio de partículas en el plano y espacio. Finalmente, propone una serie de ejercicios para practicar estos conceptos.
El documento explica los conceptos de flexión compuesta, incluyendo: 1) Cómo dividir una estructura en equilibrio en partes izquierda y derecha mediante un corte transversal, con la resultante izquierda equilibrando a la derecha; 2) Cómo esta resultante puede descomponerse en fuerzas axial, cortante y de momento que actúan en el baricentro; 3) Cómo las tensiones en un punto resultan de la suma de las tensiones debidas a la fuerza axial y al momento de flexión.
Teoria general de resistencia de materiales actualizada 2009 copiaAlejandro Busconi
Este documento presenta una introducción a la teoría de la elasticidad y los estados de tensión en un sólido deformable. Explica conceptos como cuerpos deformables, fuerzas, tensiones normales y tangenciales, y el régimen de tensiones en un punto. También describe la representación cartesiana del estado de tensión y las ecuaciones de equilibrio para un cubo elemental sujeto a tensiones.
Este documento presenta conceptos sobre equilibrio de partículas y sistemas de fuerzas, incluyendo diagramas de cuerpo libre, ecuaciones de equilibrio y reducción de sistemas tridimensionales a un solo plano. También cubre momentos de fuerzas, incluyendo cálculo de momentos resultantes, uso de productos vectoriales y principios como el teorema de Varignon. Finalmente, presenta ejemplos numéricos para ilustrar los conceptos.
Este documento presenta conceptos clave sobre estática de una partícula 3D. Explica vectores, componentes de fuerzas, resultante de fuerzas, y condiciones de equilibrio. Luego, detalla el procedimiento para resolver problemas de equilibrio en 3D, incluyendo elaborar diagramas de cuerpo libre, calcular coordenadas y vectores unitarios, y aplicar las condiciones de equilibrio mediante sumas vectoriales de fuerzas en cada eje. Finalmente, presenta dos ejemplos resueltos siguiendo este procedimiento.
Este documento presenta información sobre momentos de inercia de diferentes cuerpos sólidos como varillas delgadas, discos, cilindros, esferas y anillos. También discute el teorema de Steiner para momentos de inercia paralelos, la ecuación de la dinámica de rotación, y las condiciones de equilibrio estático para cuerpos rígidos. Finaliza con varios ejemplos numéricos de aplicación de estos conceptos.
Trab. final armadura simple estructura a.a.o.m.Omar Acosta
Este documento presenta el análisis de armaduras simples utilizando el método de nodos. Explica conceptos clave como compresión, tracción, armadura simple y método de nodos. Luego, resuelve dos problemas de determinar las fuerzas en los elementos de una armadura mediante el análisis del equilibrio en cada nodo. En el primer problema, determina que algunos elementos están en tensión y otros en compresión. En el segundo problema, también determina las fuerzas en cada elemento e indica si están en tensión o compresión.
El documento describe los conceptos fundamentales de las fuerzas internas en sistemas estructurales planos. Explica que las fuerzas internas (momento flector, fuerza cortante y esfuerzo axial) mantienen unidas las partes del cuerpo y varían en magnitud a lo largo de los elementos. También define los diagramas de momento flector, fuerza cortante y esfuerzo axial, y establece las relaciones entre carga, fuerza cortante y momento flector.
Este documento describe los principios del equilibrio de fuerzas en un plano. Explica que para que exista equilibrio, la suma de todas las fuerzas debe ser cero y la suma de todos los torques también debe ser cero. Define el torque como el efecto de fuerzas separadas por una distancia, y proporciona una fórmula para calcularlo. Además, presenta ejemplos para ilustrar cómo resolver problemas de equilibrio de fuerzas usando métodos gráficos y algebraicos.
1) El documento presenta conceptos preliminares sobre flexión y corte, incluyendo la definición de esfuerzos característicos. 2) Explica la teoría de Jouravski para calcular tensiones tangenciales debido al corte. 3) Aplica esta teoría para dimensionar el eje de un carretón sometido a flexión y corte.
El documento describe el análisis de la estabilidad de columnas mediante el criterio energético. Explica que la energía potencial de una columna depende de su energía de deformación y del trabajo de las fuerzas externas. Luego analiza el caso específico de una columna biarticulada y encuentra que su carga crítica de pandeo es proporcional a (EI/L2) según la fórmula de Euler. Finalmente, indica que esta fórmula puede extenderse a otras condiciones de apoyo cambiando la longitud L por una
Este documento resume conceptos clave de la estática de partículas en ingeniería civil. Explica cómo se pueden descomponer fuerzas en componentes, calcular resultantes de fuerzas, y determinar el equilibrio de una partícula mediante el uso de diagramas de cuerpo libre y ecuaciones de equilibrio. También cubre conceptos como vectores, componentes rectangulares de fuerzas, y equilibrio de partículas en el plano y en el espacio.
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1. 1
2. EL TENSOR DE TENSIONES
Como se explicó previamente, el estado tensional en un punto interior de un cuerpo queda
definido por 9 componentes, correspondientes a 3 componentes por cada una de las 3
tensiones internas (vectoriales) que resultan al cortar el cuerpo por planos paralelos,
sucesivamente, a los 3 planos coordenados. Luego se verá que las componentes diferentes
son sólo 6, pues el tensor debe ser simétrico para que se cumplan las ecuaciones de
equilibrio de fuerzas.
2.1 Tensiones internas, hipótesis de Euler-Cauchy
Supongamos un cuerpo sometido a fuerzas externas en equilibrio y un punto P en su
interior.
Si se corta este cuerpo por un plano de normal νˆ que pase por el punto P, se puede aislar
uno de los trozos resultantes, como se muestra en la figura (2.1). Para que se mantenga el
equilibrio de este cuerpo, deben agregarse fuerzas externas sobre la superficie plana de la
sección.
Figura 2.1 Tensión en un Punto
Consideremos ahora las fuerzas resultantes sobre una pequeña superficie de esta sección,
que contenga el punto P y cuya área sea ∆A. Estas fuerzas, reducidas al punto P, valen ∆Fi,
y el momento resultante correspondiente, ∆Mi.
La hipótesis de Euler – Cauchy establece que
)ˆdireccióndeplanoelparapuntoelentensión(
A
F
lim i
i
A
νσ
∆
∆
ν
∆
=
→0
(2.1)
0
0
=
→ A
M
lim i
A ∆
∆
∆
(2.2)
3
2
1
F1
F2
∆Α
P
∆M
∆F
ν
2. 2
Fuerzas Volumétricas
Suponiendo que existen fuerzas externas que actúan en el interior del cuerpo (fuerzas de
gravedad por ejemplo), la resultante de estas fuerzas para un pequeño volumen que
contengan el punto P, ∆V, y el correspondiente momento, reducidos al punto P, satisfacen
la condición.
)volumendeunidadporavolumétricfuerza(f
V
F
lim i
i
V
=
→ ∆
∆
∆ 0
(2.3)
0
0
=
→ V
M
lim i
V ∆
∆
∆
(2.4)
2.2 Componente normal y tangencial de la tensión
La figura 2.2 muestra un cuerpo en equilibrio que ha sido seccionado por un plano de
normal unitaria ν que contiene un punto P interior del cuerpo. Considerando el plano
formado por el vector normal y el vector de tensión en el punto, σνi, éste intercepta al plano
según una línea perpendicular a νi, denominada “tangente”. Es común descomponer la
tensión σνi, en dos componentes, una según la normal y otra según esta última dirección, t,
que se denomina “tangente”.
Figura 2.2 Componentes normal y tangencial de tensión
Las componentes de este sistema de referencia están dadas por:
tˆˆ
tν
+
νν
=
ν
σσ νσ (2.5)
3
2
1
F1
F2
P
ν
ν
σν
σν
σ
ν
t
3. 3
donde:
σνν = componente normal
σνt = componente tangencial.
2.3 Componentes cartesianas de tensiones
Consideremos un punto P(xi) en el interior de un cuerpo en equilibrio. Por dicho punto se
pueden pasar 3 planos paralelos a los planos coordenados (cuyas normales serán los
vectores unitarios k1,k2,k3, respectivamente). Por un punto Q(xi +dxi), cercano a P, se
pueden pasar otros 3 planos, también paralelos a los planos coordenados. La intersección
de estos 6 planos forman un paralelepípedo recto, como se muestra en la figura 2.3.
Figura 2.3 Componentes vectoriales de tensiones
En cada cara del paralelepípedo habrá una tensión, que se puede denominar de acuerdo al
número del vector normal a la cara. Así, la cara cuya normal es el vector ik tendrá una
tensión iσ . A su vez, este vector puede expresarse según las componentes en el sistema
cartesiano como:
jiji k
)
σ=σ (2.6)
Las componentes σij forman un tensor, como se demostrará luego. El primer índice señala
el plano sobre el cual actúa la tensión y el segundo la dirección de la componente.
P
Q
k1
k2
dx1
dx1
dx1
dx2
dx2
dx2
dx3
dx3
σ 1
σ 2
σ3
k3
dx3
= ++
σ i σi1 σi3
σij
kj
k3
k1 k2
=
σi2
4. 4
En la figura 2.4 se muestran las componentes de tensiones en caras positivas.
Evidentemente, en las caras negativas las componentes de tensiones tienen las direcciones
opuestas.
Figura 2.4 Convención de signos para las componentes de tensiones
2.4 Tensión en una dirección cualquiera en función de σij
En un punto interior de un cuerpo en equilibrio existe un estado tensional definido por las
componentes del tensor de tensiones σij. Estas componentes son suficientes, como se verá a
continuación, para definir por completo el estado tensional en el punto, pues la tensión en
un plano cualquiera de normal νi puede obtenerse en función de ellas.
En efecto, consideremos el equilibrio del tetraedro PABC de la figura 2.5, formado por tres
planos paralelos a los planos coordenados que contienen al punto P y un plano oblicuo, de
normal νi , ligeramente desplazado respecto del punto P.
Figura 2.5 Tensión en la dirección ν
3
2
1
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
1
2
3
3
3
3
31
1
1
1
2
2
2
2
1
3
2
3
2
1
A
B
C
P
ν
dx1 dx2⋅ dx3⋅
6
dx1 dx2⋅
2
dx3 dx1⋅
2
dx2 dx3⋅
2
σ ν
σ 2
σ 3
σ1
f
dx1
dx2
dx3
−
−
−
5. 5
Como el tetraedro está en equilibrio ante las fuerzas externas, la suma total de fuerzas
debe ser nula, es decir:
0
6222
3212113
2
32
1 =++−−−
dxdxdx
dA
dxdxdxdxdxdx
f
ν
σσσσ 3 (2.7)
Cuando dx1, dx2 y dx3 tienden a 0, el término con la fuerza de volumen f desaparece.
Además, si la expresión (2.7) se divide por dA y se toma en cuenta que la proyección del
área del triángulo ABC sobre uno de los planos coordenados, el plano de normal 1k por
ejemplo, vale:
2
32
11
dxdx
dAdA ==⋅ νkν (2.8)
se obtiene
0332211 =+−−− νννν σσσσ (2.9)
es decir:
kk σσ νν = (2.10)
o bien, es componentes
kiki σνσν = (2.11)
La relación (2.11) muestra que las 9 componentes de tensiones respecto al sistema
coordenado son suficientes para obtener las tensiones en cualquier dirección. Luego se
verá que el tensor σij es simétrico, de manera que el número de componentes
independientes es sólo 6.
2.5 Ecuaciones de Equilibrio
Las componentes de tensiones en un punto de un cuerpo no son independientes entre si,
pues deben satisfacerse las condiciones de equilibrio en cualquier pedazo del cuerpo.
Infinitesimalmente ello se traduce en ecuaciones diferenciales de equilibrio. Se dice
entonces que las componentes de tensiones deben ser estáticamente admisibles, es decir,
satisfacer las ecuaciones diferenciales de equilibrio.
Consideremos un paralelepípedo infinitesimal, como se aprecia en la figura, 2.6, cuyas cara
sean paralelas a los planos coordenados.
6. 6
Figura 2.6 Formulación de las ecuaciones de equilibrio
Como el cuerpo es muy pequeño, se puede suponer que las tensiones sobre cada una de sus
caras y la fuerza externa por unidad de volumen son uniformes dentro de él, de manera que
sus resultantes están aplicadas en el centro de gravedad de, ya sea, cada cara o el volumen.
Considerando, por simplicidad, sólo las fuerzas sobre las caras tipo 2, se obtiene como
resultante:
3213212121 2,22,222 dxdxdxdxdxdxdxdxdxdx σσσσ =++− (2.12)
Luego, si se considera los tres tipos de caras del cuerpo, el resultado es:
321, dxdxdxiiσ (2.13)
La ecuación de equilibrio de fuerzas sobre el paralelepípedo, incluyendo las fuerzas
volumétricas, será en consecuencia:
0, 321321 =+ dxdxdxdxdxdxii fσ (2.14)
o bien
0=+ f
ii,
σ (2.15)
En componentes:
0
,
=+
j
f
iij
σ (2.16)
Las relaciones (2.16) son las ecuaciones de equilibrio de fuerzas, pero también debe
satisfacerse las ecuaciones de equilibrio de momentos. Para ello consideremos el momento
de todas las fuerzas externas con respecto al centro de gravedad del cuerpo, C. Como la
resultante de las fuerzas de volumen pasa por el punto, ella no contribuye a esta relación.
P
Q
k1
k2
k3
fdx1dx2dx3
C
− σ2dx1dx3
(σ2+σ2,2dx2)dx1dx3
dx1
dx2
dx3
7. 7
Para las fuerzas en las caras tipo 2, se tiene:
( ) 212
2
31
2
2,2222222
dxdxdx
dx
dxdx
dx
+×
+−×
− σσσ kk (2.17)
Cuando las aristas del paralelepípedo tienden a cero, el término que contiene a 22,σ
desaparece y la expresión anterior se transforma en:
321
22
dxdxdxσ×k (2.18)
Considerando los 3 tipos de caras y dividiendo por dx1dx2dx3, se obtiene:
0=
ikijijk
e σδ (2.19)
es decir:
0=
jkijk
e σ (2.20)
Esta última expresión es equivalente a:
kjjk
σσ = (2.21)
es decir, el tensor de tensiones es simétrico.
2.6 Las componentes de tensión forman un tensor
Se ha mencionado anteriormente al tensor de tensiones sin demostrar que realmente sus
componentes cumplen la ley de transformación de un tensor. Para demostrarlo
consideremos la expresión (2.10), que da las componentes de la tensión para una dirección
cualquiera νk, en función de las componentes de tensiones, es decir, kk σσ νν = .
Figura 2.7 El tensor de tensiones es un tensor
i'
1
2
3
ki' = aik
8. 8
Si el vector νk es reemplazado por el vector aik, que es un vector unitario en la dirección del
nuevo eje i’, se obtiene la tensión correspondiente a esa nueva dirección
kiki a' σσ =
Las componentes de este vector están referidas al sistema primitivo, de manera que para
obtener las componentes referidas al nuevo sistema se debe hacer la transformación de
coordenadas correspondiente, con lo que se obtiene
klik
a
jl
a
ij
σσ =' (2.22)
La expresión (2.22) corresponde a la ley de transformación de un tensor, lo cual demuestra
que las componentes de tensiones forman un tensor.
2.7 Elipsoide de Lamé
Lamé propuso una interesante forma de representación gráfica del tensor de tensiones a
través de un elipsoide. Supongamos que los ejes del sistema coordenado se eligen de
manera tal que coincidan con las direcciones principales del tensor de tensiones del punto
que se quiere estudiar. Entonces el tensor tiene forma canónica, con las tensiones
principales en la diagonal (σi) y elementos nulos fuera de ésta.
Si se desea conocer el vector de tensión para un plano de dirección cualquiera de normal νk,
aplicando la relación (2.11) se obtiene:
)( isobresumasin
iikiki
σνσν
ν
σ == (2.23)
Además, se tiene que ν k νk = 1 (vector unitario) (2.24)
De la relación (2.23) se puede obtener
i
i
i
σ
σ
ν ν
= y reemplazar en (2.24), con lo cual resulta:
1
2
3
3
2
2
2
2
1
1 =
+
+
σ
ν
σ
σ
ν
σ
σ
ν
σ
(2.25)
La relación (2.25) representa la ecuación de un elipsoide en el espacio (σν1, σν2, σν3) cuyos
semi-diámetros tienen los valores σ1, σ2, σ3.
Además, si A1, A2, A3 son las áreas de las elipses principales y V es el volumen del
elipsoide, las invariantes principales valen:
9. 9
=++= 3211 σσσI suma de los semi diámetros (2.26)
)
321
(
1
1332212
AAAI ++=++=
π
σσσσσσ (2.27)
VI
π
σσσ
4
3
3213
== (2.28)
Figura 2.8 Elipsoide de Lamé
2.8 Tensiones tangenciales máximas
Dado un estado tensional en un punto de un cuerpo ¿en qué direcciones se producen
las máximas componentes tangenciales de tensiones y cuanto valen éstas?.
Si se hacen coincidir los ejes coordenados con las direcciones principales de
tensiones en el punto, la tensión en una dirección cualquiera νi es:
iii
σν
ν
σ = (2.29)
cuya proyección sobre la normal al plano vale
kkkk
σν
ν
σν
νν
σ 2== (2.30)
Figura 2.9 Tensiones tangenciales
σν
σν2
σν3
σν1
t
ν
σν
σνν
σνt
10. 10
Usando el teorema de Pitágoras se puede obtener el cuadrado de la componente
tangencial en términos de σi y νi.
222
ννσννσ −= σ
t
(2.31)
pero
222
kkkk
σν
ν
σ
ν
σ
ν
==σ
luego
+−+
−=
+++−+=
+−+=
−=
LL
LLL
LL
21
2
2
2
1
22
1
2
1
12
1
21
2
2
2
1
22
1
4
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
22222
σσννσνν
σσννσνσν
σνσν
σνσν
ν
σ
kkkkt
(2.32)
como
2
3
2
2
2
1
1 ννν +=− (2.33)
se tiene que
( ) L+−= 2
21
2
2
2
1
2 σσνν
ν
σ
t
(2.34)
o bien
( )2
1
2
1
22
++ −= iiiit σσννσν , en que i+1 = 1 cuando i = 3 (2.35)
Los valores extremos de
tν
σ coincidirán con los de
2
tν
σ , de manera que el problema que
debe resolverse es:
Determinar νi tal que
( )2
1
2
1
22
+
−
+
=
iiiit
σσνν
ν
σ (2.36)
sea máximo o mínimo, con la condición 1=
kk
νν
11. 11
Este problema, de máximo o mínimo condicionado, se puede transformar en un problema
de máximo o mínimo sin condiciones usando el concepto de los multiplicadores de
Lagrange, de la siguiente forma:
“Determinar νi y λ de manera que:
( ) ( ) ( ) ( )12
1
2
1
212, −−
+
−
+
=−−=
kkiiiikkti
F ννλσσννννλ
ν
σλν (2.37)
sea máximo o mínimo”
La solución está dada por :
0=
∂
∂
=
∂
∂
λν
FF
i
(2.38)
Resulta así el siguiente sistema de ecuaciones no lineales cuyas soluciones resuelven el
problema planteado:
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
12
3
2
2
2
1
02
23
2
2
2
13
2
1
02
12
2
1
2
32
2
3
02
31
2
3
2
21
2
2
=++
=−−+−
=−−+−
=−−+−
ννν
λσσνσσν
λσσνσσν
λσσνσσν
(2.39)
Las soluciones, que son 18, se encuentran en la Tabla 2.1.
Las 6 primeras soluciones corresponden a las direcciones principales, en las cuales las
tensiones tangenciales son nulas. Las últimas 12 soluciones son las que interesan; ellas
corresponden a planos que contienen una dirección principal y forman ángulos de 45º con
las otras dos direcciones principales. Además, los valores extremos son iguales a la mitad
de la diferencia de los valores principales, es decir, de las tensiones normales máximas o
mínimas correspondientes al estado tensional.
Es interesante comparar estos resultados con el caso plano, en el cual la transformación se
puede representar mediante el círculo de Mohr (1.10.4). En ese caso el valor máximo de la
12. 12
ν1 ν2 ν3 λ tνσ ννσ
±1
0
0
0
±1
0
0
0
±1
0
0
0
0
0
0
1σ
2σ
3σ } 6 soluciones
2
2
1
±
0
2
2
1
±
2
2
1
±
2
2
1
±
0
0
2
2
1
±
2
2
1
±
( )2
21
2
1
σσ −
( )2
32
2
1
σσ −
( )2
13
2
1
σσ −
21
2
1
σσ −
32
2
1
σσ −
13
2
1
σσ −
21
2
1
σσ +
32
2
1
σσ +
13
2
1
σσ +
}12 soluciones
Tabla 2.1 Soluciones para las tensiones de corte máximas
tensión tangencial es el radio del círculo, vale decir, ( )21
2
1
σσ − , y el correspondiente valor
de la componente normal es la coordenada del centro del círculo, ( )21
2
1
σσ + . Además, los
puntos de máxima tensión tangencial se encuentran a 90º del eje de las abscisas, lo que
corresponde a 45º de las direcciones principales.
2.9. Diagrama de Mohr en 3 dimensiones
Es posible, también, obtener un diagrama similar al círculo de Mohr para las tensiones en 3
dimensiones. En este caso se obtienen 3 círculos los cuales fijan las fronteras del espacio
de valores posibles.
Como se ha visto, en coordenadas principales se tiene
2
3
2
2
2
1
1
2
3
2
3
2
2
2
2
2
1
2
1
222
3
2
32
2
21
2
1
2
ννν
σνσνσν
ν
σ
ν
σ
νν
σ
σνσνσνσν
νν
σ
++=
++==+
++==
r
t
ii
(2.40)
De este sistema de ecuaciones se puede despejar 2
3
2
2
2
1
ννν ,, en función de
i
y
vt
σσ
νν
σ ,, . Se obtiene:
13. 13
( )( )
( )( )21
21
2
2
+
−
+
−
+
−
+
−+
=
iiii
iit
i σσσσ
σ
νν
σσ
νν
σ
ν
σ
ν (2.41)
Supongamos que las tensiones principales se ordenan de tal manera que σ1 > σ2 > σ3.
Entonces la expresión (2.41) se puede interpretar de la siguiente manera:
- Para i = 1, el denominador es positivo, lo cual significa que el numerador también es
positivo, pues 2
1ν es, obviamente, positivo.
Entonces los puntos del espacio posible en el sistema coordenado (σνν,σνt) son aquéllos que
están fuera del círculo de ecuación:
( )( ) 0
32
2 =−−+ σ
νν
σσ
νν
σ
ν
σ
t
(2.42)
- Con idéntico razonamiento, considerando i = 2, e i = 3 respectivamente, los puntos
posibles deben estar dentro del círculo de ecuación (2.43) y fuera del círculo de
ecuación (2.44):
( )( ) 0
3
2
1 =−−+ σ
νν
σσ
νν
σ
ν
σ
t
(2.43)
( )( ) 0
21
2 =−−+ σ
νν
σσ
νν
σ
ν
σ
t
(2.44)
La situación anterior se ha representado en la figura 2.10.
Figura 2.10 Círculos de Mohr en 3 dimensiones
σνν
σνt
σ1σ3 σ2
σ1−σ3
2
14. 14
2.10 Tensiones de desviación
Se define el siguiente tensor de desviación:
0
σδσσ
ijij
d
ij
−= (2.45)
con:
mediatensión/
kk
== 30 σσ
Es decir, la tensión σij se ha dividido en dos términos, una componente esférica o
hidrostática, δij σ0, y una componente de desviación respecto a la situación hidrostática,
d
ij
σ .
El tensor de desviación es importante en la teoría de plasticidad. Tiene la particularidad de
que su primera invariante es siempre nula (tensión normal media = 0). Además, es fácil
demostrar que su segunda y tercera invariantes, en términos de las invariantes de σij y de
σo, están dadas por:
2
0
3
22
σ−= IdI (2.46)
3
0
2
0233
σσ +−= IIdI (2.47)