Esfuerzos normales y axiales

ESFUERZOS NORMALES AXIALES

Esfuerzos normales, son aquellos debidos a fuerzas perpendiculares a la sección transversal. Esfuerzos axiales, son aquellos debidos a fuerzas que actúan a lo largo del eje del elemento. Los esfuerzos normales axiales por lo general ocurren en elementos como cables, barras o columnas sometidos a fuerzas axiales (que actúan a lo largo de su propio eje), las cualespueden ser de tensión o de compresión. Además de tener resistencia, los materiales deben tener rigidez, es decir tener capacidad de oponerse a las deformaciones (d) puesto que una estructura demasiado deformable puede llegar a ver comprometida su funciona1idad y obviamente su estética. En el caso de fuerzas axia1es (de tensión o compresión), se producirán en el elemento alargamientos o acortamientos,respectivamente, como se muestra en la figura 1 (SALAZAR, 2001).

Figura 1: Deformación debida a esfuerzos de tensión y de compresión, respectivamente. Una forma de comparar la deformación entre dos elementos, es expresarla como una deformación porcentual, o en otras palabras, calcular la deformación que sufrirá una longitud unitaria del material, la cual se denomina deformación unitaria e. Ladeformación unitaria se calculará como (SALAZAR, 2001):

 =  /Lo
donde,

: deformación unitaria, : deformación total.
Lo: longitud inicial del elemento deformado.

Algunas características mecánicas de los materiales como su resistencia (capacidad de oponerse a la rotura), su rigidez (capacidad de oponerse a las deformaciones) y su ductilidad (capacidad de deformarse antes deromperse), por lo general se obtienen mediante ensayos en laboratorio (resistencia de materiales experimental), sometiendo a pruebas determinadas porciones del material (probetas normalizadas) para obtener esta información. Parece que el primero que realizó ensayos para conocer la resistencia de alambres fue Leonardo Da Vinci, pero probablemente el primero en sistematizar la realización de ensayos y enpublicar sus resultados en forma de una ley fue Robert Hooke, sometiendo alambres enrollados (resortes), a la acción de diferentes cargas y midiendo las deformaciones producidas, lo que le permitió enunciar los resultados obtenidos en forma de ley (“como la tensión así es la fuerza”), en su tratado publicado en 1678; esto es lo que se conoce en su forma moderna como la LEY DE HOOKE (SALAZAR, 2001).La mejor manera de entender el comportamiento mecánico de un material es someterlo a una determinada acción (una fuerza) y medir su respuesta (la deformación que se produzca). De este procedimiento se deducen las características acción – respuesta del material. Debido a que la fuerza y la deformación absolutas no definen adecuadamente para efectos comparativos las características de un material, esnecesario establecer la relación entre el esfuerzo ( ) y la deformación unitaria (). La figura muestra una relación directa entre el esfuerzo aplicado y la deformación producida: a mayor esfuerzo, mayor deformación (SALAZAR, 2001). Relación directa entre el esfuerzo aplicado y la deformación producida (Ley de Hooke).

La ecuación de la recta, en la figura, está dada por:

=m
donde,(*)

m = tan  = E
La pendiente de la recta, se conoce como el módulo de elasticidad, y en los ensayos con fuerzas tensoras, se conoce como Módulo de Young, en honor de Thomas Young. Entonces, la ecuación (*) se convierte en la expresión de la Ley de Hooke, como:

=E
En el comportamiento mecánico de los materiales es importante conocer la capacidad que estos tengan de recuperar su formacuando se retira la carga que actúa sobre ellos. La mayoría de los materiales tienen una respuesta elástica hasta cierto nivel de la carga aplicada y a partir de ella ya no tendrán la capacidad de recuperar totalmente su forma original una vez retirada la carga, porque se comportan plásticamente. Lo anterior se conoce como comportamiento elasto – plástico y se muestra en la figura (SALAZAR, 2001)....