Este documento trata sobre conceptos básicos de esfuerzo y deformación en ingeniería mecánica. Explica que la deformación ocurre cuando una fuerza externa causa un cambio en la forma de un cuerpo, y distingue entre deformación elástica y plástica. Define los diferentes tipos de esfuerzo como tracción, compresión, flexión, corte y torsión. También cubre conceptos como fatiga, rigidez y las deformaciones específicas de flexión y torsión.

1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.
I.U.P. SANTIAGO MARIÑO.
EXTENSIÓN PORLAMAR.
ELEMENTOS DE MAQUINAS
E S F U E R Z O Y D E F O R M A C I Ó N
F A T I G A , R A P I D E Z Y F L E X I Ó N
T O R S I O N
Autor:
Félix Marcano Valerio
c.i. 20,905,343
Profesor:
Julián Carneiro

2. DEFORMACION Y ESFUERZO
Deformación :
La deformación es, en sentido generalizado, el cambio geométrico que
experimenta un cuerpo no rígido bajo la acción de las fuerzas externas y de
volumen o de inercia que a él se aplican. Los materiales, en su totalidad, se
deforman a una carga externa. Se sabe además que, hasta cierta carga límite el
sólido recobra sus dimensiones originales cuando se le descarga.

3. DEFORMACION ELASTICA:
La deformación elástica obedece a la Ley de Hooke, La constante de
proporcionalidad (E) llamada módulo de elasticidad o de Young, representa la
pendiente del segmento lineal de la gráfica Esfuerzo - Deformación, y puede
ser interpretado como la rigidez, o sea, la resistencia del material a la
deformación elástica. En la deformación plástica la Ley de Hooke deja de
tener validez.

4. ESFUERZO:
El esfuerzo se define 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.

5. TIPOS DE ESFUERZO
• El esfuerzo cortante, de corte, de cizalla o de cortadura
es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones
paralelas a la sección transversal de un prisma
mecánico como por ejemplo una viga o un pilar

6. • Tracción. 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.
• Compresión. 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.
•
Flexión. 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.
• Torsión. Las fuerzas de torsión son las que hacen que una pieza tienda a
retorcerse sobre su eje central. Están sometidos a esfuerzos de torsión los
ejes, las manivelas y los cigüeñales.

7. FATIGA:
La fatiga de materiales se refiere a un fenómeno por el cual la rotura
de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente
que con cargas estáticas. Aunque es un fenómeno que, sin definición formal,
era reconocido desde la antigüedad, este comportamiento no fue de interés
real hasta la Revolución Industrial, cuando, a mediados del siglo
XIX comenzaron a producir las fuerzas necesarias para provocar la rotura
con cargas dinámicas son muy inferiores a las necesarias en el caso
estático; y a desarrollar métodos de cálculo para el diseño de piezas
confiables. Este no es el caso de materiales de aparición reciente, para los
que es necesaria la fabricación y el ensayo de prototipos

8. FATIGA ESTÁTICA (CORROSIÓN-FATIGA):
La fatiga con corrosión ocurre por acción de una tensión cíclica y
ataque químico simultáneo. Lógicamente los medios corrosivos tienen una
influencia negativa y reducen la vida a fatiga, incluso la atmósfera normal
afecta a algunos materiales. A consecuencia pueden producirse pequeñas
fisuras o picaduras que se comportarán como concentradoras de tensiones
originando grietas. La de propagación también aumenta en el medio
corrosivo puesto que el medio corrosivo también corroerá el interior de la
grieta produciendo nuevos concentradores de tensión.

9. RIGIDEZ
la rigidez es la capacidad de un elemento estructural para soportar
esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones y/o desplazamientos.
Los coeficientes de rigidez son magnitudes físicas que cuantifican la
rigidez de un elemento resistente bajo diversas configuraciones de carga.
Normalmente las rigideces se calculan como la razón entre una fuerza
aplicada y el desplazamiento obtenido por la aplicación de esa fuerza.
Para barras o vigas se habla así de rigidez axial, rigidez flexional,
rigidez torsional o rigidez frente a esfuerzos cortantes, etc.

10. RIGIDECES DE PRISMAS MECÁNICOS
El comportamiento elástico de una barra o prisma mecánico sometido a
pequeñas deformaciones está determinado por 8 coeficientes elásticos. Estos
coeficientes elásticos o flexibles depende de:
La sección transversal, cuanto más gruesa sea la sección más fuerza será
necesaria para deformarla. Eso se refleja en la necesidad de usar cables más
gruesos para arriostrar debidamente los mástiles de los barcos que son más
largos, o que para hacer vigas más rígidas se necesiten vigas con mayor sección
y más grandes.
El material del que esté fabricada la barra, si se frabrican dos barras de
idénticas dimensiones geométricas, pero siendo una de acero y la otra de plástico
la primera es más rígida porque el material tiene mayor módulo de Young (E).
La longitud de la barra elástica (L), fijadas las fuerzas sobre una barra
estas producen deformaciones proporcionales a las fuerzas y a las dimensiones
geométricas. Como los desplazamientos, acortamientos o alargamientos son
proporcionales al producto de deformaciones por la longitud de la barra entre dos
barras de la misma sección transversal y fabricadas del mismo material, la barra
más larga sufrirá mayores desplazamientos y alargamientos, y por tanto mostrará
menor resistencia absoluta a los cambios en las dimensiones.

11. Rigidez axial:
La rigidez axial de un prisma o barra recta, como por ejemplo una viga o
un pilar es una medida de su capacidad para resistir intentos de alargamiento o
acortamiento por la aplicación de cargas según su eje.
Rigidez flexional
La rigidez flexional de una barra recta es la relación entre el momento
flector aplicado en uno de sus extremos y el ángulo girado por ese extremo al
deformarse cuando la barra está empotrada en el otro extremo. Para barras
rectas de sección uniforme existen dos coeficientes de rigidez según el momento
flector esté dirigido según una u otra dirección principal de inercia.
Rigidez frente a cortante
La rigidez frente a cortante es la relación entre los desplazamientos
verticales de un extremo de un viga y el esfuerzo cortante aplicado en los
extremos para provocar dicho desplazamiento. En barras rectas de sección
uniforme existen dos coeficientes de rigidez según cada una de las direcciones
principales

12. Rigidez mixta flexión-cortante:
En general debido a las características peculiares de la flexión cuando
el momento flector no es constante sobre una taza prismática aparecen
también esfuerzos cortantes, eso hace al aplicar esfuerzos de flexión
aparezcan desplazamientos verticales y viceversa, cuando se fuerzas
desplazamientos verticales aparecen esfuerzos de flexión. Para representar
adecuadamente los desplazamientos lineales inducidos por la flexión, y los
giros angulares inducidos por el cortante.
Rigidez torsional:
La rigidez torsional en una barra recta de sección uniforme es la
relación entre el momento torsor aplicado en uno de sus extremos y el ángulo
girado por este extremo.
Rigidez de membrana
La rigidez de membrana es el equivalente bidimensional de la rigidez
axial en el caso de elementos lineales.

13. FLEXION
Se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento
estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El
término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las
otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñadas para trabajar,
principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a
elementos estructurales superficiales como placas o láminas.
El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta
una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de
cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la
deformación. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento
flector.

14. FLEXIÓN EN VIGAS Y ARCOS
Las vigas o arcos son elementos estructurales pensados para trabajar
predominantemente en flexión. Geométricamente son prismas mecánicos
cuya rigidez depende, entre otras cosas, del momento de inercia de la
sección transversal de las vigas. Existen dos hipótesis cinemáticas comunes
para representar la flexión de vigas y arcos:
• La hipótesis de Navier-Euler-Bernouilli: En ella las secciones transversales al
eje baricéntrico se consideran en primera aproximación indeformables y se
mantienen perpendiculares al mismo (que se curva) tras la deformación.
• La hipótesis de Timoshenko: En esta hipótesis se admite que las secciones
transversales perpendiculares al eje baricéntrico pasen a formar un ángulo
con ese eje baricéntrico por efecto del esfuerzo cortante.

15. TORSIÓN
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 inicialmente por las dos curvas. En lugar de
eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él (ver torsión geométrica).
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:
Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal. Si estas se
representan por un campo vectorial sus líneas de flujo "circulan" alrededor de la sección.
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.
El alabeo de la sección complica el cálculo de tensiones y deformaciones, y hace que el
momento torsor pueda descomponerse en una parte asociada a torsión alabeada y una parte
asociada a la llamada torsión de Saint-Venant. En función de la forma de la sección y la forma
del alabeo, pueden usarse diversas aproximaciones más simples que el caso general.