concentracion de esfuerzos

2. Concentración de esfuerzos.
La concentración de esfuerzos es un obstáculo que los ingenieros debemos enfrentar al
diseñar un elemento que requiera cambios súbitos de geometría debido a su aplicación,
como son barrenos, cuñas, etc. en otras palabras, que tenga concentradores de esfuerzos.
Debido a la infinidad de diferentes concentradores de esfuerzos que pueden estar
presentes en unaplaca, por su geometría, posición u otras características, es de vital
importancia conocer y entender los conceptos básicos de lo que en sí la concentración
de esfuerzos.
2.1 Definición.
Las fórmulas elementales usadas en el diseño se basan en elementos que tienen una
sección transversal constante o que el cambio en esta es gradual. Estas condiciones, sin
embargo, difícilmente se encuentran enla realidad debido a los requerimientos o las
características de los elementos de máquinas o estructuras actuales. La presencia de
cuñeros, surcos, agujeros, etc. Provoca modificaciones en la distribución de los
esfuerzos. Por lo que aparecen esfuerzos mayores en algunas zonas. Este fenómeno se
conoce como concentración de esfuerzos.
El concepto de concentración de esfuerzos, se refiere alestado macroscópico de
esfuerzos, y tiene un significado único para problemas en el plano que involucran la
definición de esfuerzo promedio. Entonces, si se barrena un agujero en una placa
sometida a tensión, el esfuerzo presente en el elemento es constante siempre y cuando
se mida a una distancia apreciable del agujero, pero el esfuerzo tangencial en el borde
del agujero se vería incrementadoconsiderablemente.(figura1)
Este cambio o incremento en el esfuerzo en el borde es denominado concentración de
esfuerzos. Por lo que es importante de terminar el factor de concentración de esfuerzos
kt

figura 1.

Por el concepto de esfuerzo macroscópico se entiende generalmente el esfuerzo
promedio calculado relacionado al volumen de material caracterizado por una estructura
muy fina. Entérminos de los requerimientos este concepto es lo suficientemente preciso
para la mayoría de las situaciones de diseño.
Esta situación se presenta, no solamente en caso de un agujero, sino donde hay cambios
súbitos en la sección transversal. Ya que en esas zonas la distribución de esfuerzos
tendrá altos gradientes en puntos específicos, ya que cuando la sección transversal es
constante elflujo de esfuerzos es uniforme, pero en donde hay cambios en esta sección
transversal, el flujo de esfuerzos se vuelve irregular.
Observemos el siguiente ejemplo consistente en una placa con un agujero en el centro,
sometida a tensión, a la cual se le hace un análisis foto-elástico (capítulo 2.4) para
determinar la localización de los gradientes en el flujo de esfuerzos.
El espesor de la placaes t = .125´ altura w = 1.5´ diámetro del agujero d = .5´ y fuerza P
= 60 lb. En la sección A-A, el flujo de esfuerzos es uniforme, tal y como se esperaba,
mientras que en la sección B-B, el flujo se volvió irregular debido a la presencia del
agujero. (figura2)

figura 2
El flujo de esfuerzos, que se volvió irregular por la presencia de un agujero u otro
cambio en la geometría de lasección transversal, puede regularizarse o aproximarse a
un flujo uniforme mediante la adición de más agujeros o redondeamientos o diversos
métodos.
La manera en como modificar el flujo de esfuerzos, y por ende el factor de
concentración de esfuerzos (capítulo 2.3) se analizará a fondo en el capítulo 5

2.2 Concentradores de esfuerzos
La experiencia en el diseño nos indica que hay al menos dosgrupos de casos que
aparecen en el análisis o revisión estructural. Uno concerniente a los efectos que tienen
los agujeros en placas y armaduras, el otro concierne a la concentración de esfuerzos
provocada por redondeamientos, cuñeros o elementos similares bajo varias condiciones
de carga. El primer grupo ha sido el más estudiado, basado en reglas establecidas desde
hace tiempo. Los...