ENERG A DE DEFORMACI N

ENERGÍA DE DEFORMACIÓN

INTRODUCCIÓN
Se considera que los cuerpos o sistemas mecánicos están formados por materia que consiste de partículas denominadas puntos materiales y cuyo conjunto constituye la configuración del sistema. Se dice que el sistema experimenta una deformación cuando cambia su configuración, o sea, cuando se desplazan sus puntos materiales.
Si se supone un sistema de fuerzasaplicado a un cuerpo, este se deforma hasta que el sistema de fuerzas internas equilibra al sistema de fuerzas externas. Por ejemplo en la figura indica dos fuerzas actuando sobre un cuerpo.



El cuerpo se mueve desde la posición (a) hasta la posición (b). Por consiguiente, la fuerza F1 se mueve desde la posición A1 hasta la posición A2 una distancia d1. Análogamente, la fuerza F2 se mueve desde B1hasta B2 una distancia d2. El trabajo realizado por la fuerza F1 es F1 veces s1, ya que la fuerza y la distancia deben estar en la misma línea de acción. Análogamente, e trabajo hecho por la fuerza F2 es F2 veces s2. El trabajo puede ser positivo o negativo. El trabajo positivo ocurre cuando la fuerza y la distancia tienen el mismo sentido, y negativo si tienen sentidos opuestos.
Las fuerzasexternas realizan un trabajo que se transforma y se acumula en el cuerpo, íntimamente relacionada con el trabajo está la energía. La energía está definida como la capacidad de hacer trabajo, o inversamente, el trabajo puede transformarse en varias formas de energía. Si el cuerpo es puesto en movimiento, hay “Energía cinética”, si el cuerpo se deforma, hay “Energía de deformación”. Despreciando laspequeñas pérdidas por cambio de temperatura, la ley de la conservación de la energía requiere que:
W = T + U
Dónde
W: Trabajo realizado
T: Energía cinética
U: Energía de deformación

Cuando no hay movimiento de traslación:

W = U
En esta forma, es claro que el trabajo hecho al deformar un sistema estructural es igual a la energía de deformación almacenada, que es utilizada por elcuerpo para recuperar su forma original cuando cesa la acción del sistema de fuerzas externas.



Consideremos una barra elástica de sección transversal A y longitud L, sujeta a una carga axial P, aplicada gradualmente como se indica en la figura, el incremento del trabajo realizado por la fuerza se define como.

Donde:

P es una función de gamma y la integración se realiza sobre la variación completade la deformación. De la la ley de Hooke se tiene:

Sustituyendo en la ecuación obtenemos:

La ecuación anterior es el área bajo el diagrama carga-deformación. Cuando la relación de carga-deformación es lineal como en la figura de abajo, todo el trabajo externo se convierte en energía elástica de deformación, esta energía es recuperable y hace que la estructura regresa a su posición originaldespués de quitar la carga.


Cuando se excede el límite elástico queda alguna deformación permanente después que se quite la carga. La energía recuperable es el área triangular que define el movimiento de regreso. La otra porción del área bajo el diagrama carga-deformación representa la energía de deformación que se gasta en deformar permanentemente el material. Esta energía se disipa en forma decalor.






DISIPADORES DE ENERGÍA

En edificaciones

La disipación de energía se logra mediante la introducción de dispositivos especiales en una estructura, con el fin de reducir las deformaciones y esfuerzos sobre ella.

Estos dispositivos reducen la demanda de deformación y esfuerzos producidos por el sismo mediante el aumento del amortiguamiento estructural hasta un 50%.En puentes

Estos dispositivos usan dos conceptos básicos, la flexibilidad y la disipación de energía.

Flexibilidad: Conlleva grandes desplazamiento, por lo que lo ideal sería usar el amortiguamiento para reducir y controlar los desplazamientos
Disipación de energía: Actúan disipando grandes cantidades de energía asegurando que otros elementos estructurales no sufran demandas...