Fuerzas y esfuerzos en el diseño estructural. Presentación Inicial

1. Fuerzas y Esfuerzos
Prof. William Annicchiarico
Dpto. Mecánica - USB

2. Introducción
Esfuerzo y Deformación
Introducción
En cursos previos al presente, hemos aprendido las condiciones
necesarias para que un cuerpo se encuentre en equilibrio. En forma
sencilla, podemos citarlas de la siguiente forma:
Donde el término ‘F’ representa las fuerzas aplicadas sobre el
cuerpo en las direcciones ‘x’, ‘y’, ‘z’ de un sistema coordenado ortogonal.
Análogamente, el término ‘M’ está referido a los momentos que se ejercen
en el cuerpo, en las direcciones ‘x’, ‘y’, ‘z’.
  0xF
  0xM
  0yF   0zF
  0yM   0zM

3. Supongamos que tenemos un cuerpo que se encuentra en
equilibrio, con cargas (fuerzas, momentos) aplicadas sobre el mismo. Si le
hacemos un corte transversal imaginario dividiéndolo en dos partes,
observaremos que deben generarse fuerzas internas en su sección
transversal para que pueda mantenerse en equilibrio.
Esfuerzo y Deformación
Introducción
Elemento idealizado y corte transversal

4. Las fuerzas internas que se
generan en la sección transversal son
las fuerzas intrínsecas del material
que equilibran las fuerzas externas.
Para determinarlas, se hace
necesario definir las cargas que están
ejercidas sobre dicha sección; y
aplicar las condiciones de equilibrio
estático entre fuerzas externas e
internas.
Tendremos entonces que,
en la sección de interés, están
aplicados una fuerza y un momento
resultante (‘FR’ y ‘MR’
respectivamente).
Esfuerzo y Deformación
Introducción

5. Realicemos ahora una descomposición de la fuerza resultante
sobre la sección de interés. Obtendremos una fuerza que es normal al
plano de la sección; ésta es la carga axial (P). El resto de fuerzas están
contenidas en el plano, y se llaman cortantes (V). Observe que la fuerza
cortante total es la sumatoria vectorial de las fuerzas contenidas en el plano
de la sección.
Esfuerzo y Deformación
Introducción
Componentes de la fuerza resultante FR

6. Desarrollemos ahora el mismo procedimiento para el momento
resultante. Obtendremos una componente que es normal al plano de la
sección; ésta representa el momento torsor (T). Las componentes
restantes de momento están contenidas en el plano, y se denominan
momentos flectores (M). La la sumatoria vectorial de todos los momentos
contenidos en el plano resulta en el momento flector total en la sección.
Esfuerzo y Deformación
Introducción
Componentes del Momento resultante MR

7. En resumen, podemos tener cuatro tipo de fuerzas internas sobre
una sección transversal:
- Fuerza Axial. Es la componente normal al plano de la fuerza
resultante sobre el mismo.
- Fuerza Cortante. Es la componente de la fuerza resultante
contenida en el plano de la sección transversal.
- Momento Torsor. Es la componente normal al plano del
momento resultante sobre el mismo.
- Momento Flector. Es la componente del momento resultante
contenida en el plano de la sección transversal.
Esfuerzo y Deformación
Introducción