Mecanica

CAPITULO 3
DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES SOMETIDOS A ESFUERZO DIRECTO

3-1 OBJETIVOS DE ESTE CAPÍTULO
En el capítulo 1 se presentó el concepto de esfuerzo directo junto con ejemplos de cálculos de esfuerzo de tensión directo, esfuerzo de compresión directo, esfuerzo cortante directo y esfuerzo de apoyo. Se enfatizó la comprensión de los fenómenos, unidades y terminologías básicos, y lamagnitud de los esfuerzos que aparecen en aplicaciones estructurales y mecánicas típicas. Nada se mencionó acerca de la aceptabilidad de los niveles de esfuerzo que se calcularon ni acerca del diseño de miembros que deben soportar una carga dada.

En este capítulo pondremos énfasis en el diseño, pues usted, lector, como diseñador, deberá tomar decisiones en cuanto a si determinado diseñopropuesto es satisfactorio, cual es la forma y tamaño de la sección transversal de un miembro que soporta carga, y de qué material debe estar hecho este miembro.

Después de terminar el estudio de este capítulo, el lector será capaz de:
1. Describir las condiciones que deben satisfacerse para aplicar de manera adecuada las formulas de esfuerzo directo.
2. Definir el esfuerzo de diseño y sabercómo determinar un valor aceptable para este.
3. Definir el factor de diseño y seleccionar valores convenientes para este según las condiciones presentes en un diseño en particular.
4. Discutir la relación entre los términos esfuerzo de diseño, esfuerzo permisible y esfuerzo de trabajo.
5. Discutir la relación entre los términos factor de diseño, factor de seguridad y margen de seguridad.6. Describir los 11 factores que afectan la especificación del factor de diseño.
7. Describir diversos tipos de cargas experimentadas por estructuras o miembros de máquinas, en las que se incluya carga estática, carga repetida, impacto y golpe.
8. Diseñar miembros sujetos a esfuerzos de tensión directos, esfuerzos de compresión directos, esfuerzo cortante directo y esfuerzo de apoyo.9. Determinar cuándo existen concentraciones de esfuerzo y especificar valores convenientes para factores de concentración de esfuerzo.
10. Utilizar factores de concentración de esfuerzo en el diseño.

3-2 DISEÑO DE MIEMBROS BAJO TENSIÓN O COMPRESIÓN DIRECTA
En el capítulo 1 se desarrolló la fórmula para el esfuerzo directo y se formuló de la manera siguiente:

En donde σ= esfuerzonormal directo: tensión o compresión
F= directa
A= área de la sección transversal de un miembro sometido a F
Para que la ecuación sea válida deben satisfacerse las siguientes condiciones:
1. El miembro con carga debe ser recto.
2. El miembro con carga debe tener una sección transversal uniforme a lo largo en toda la longitud que se considera.
3. El material del que estáhecho el miembro debe ser homogéneo.
4. La carga debe aplicarse a lo largo del eje centroidal del miembro de modo que no haya tendencia a que este se flexione.
5. Los miembros a compresión deben ser cortos para que no se pandeen.
El concepto de esfuerzo se refiere a la resistencia interna opuesta por un área unitaria, es decir, un área infinitamente pequeña. La ecuación indica que para unmiembro sometido a tensión o compresión axial directa, el esfuerzo es uniforme a través de toda el área si se satisfacen las cinco condiciones.

3-3 ESFUERZOS NORMALES DE DISEÑO
Un miembro de carga falla cuando se rompe o deforma en exceso, lo que hace que esta sea inaceptable para el uso que se pretende. Por consiguiente, es esencial que el nivel de esfuerzo que se aplica nunca exceda a laresistencia a la tensión última o a la resistencia a la cedencia del material.
El esfuerzo de diseños es aquel nivel de esfuerzo que puede desarrollarse en un material, al tiempo que se asegura que el miembro que soporta la carga sea seguro.
Para calcular el esfuerzo de diseño, deben especificarse dos factores: el factor de diseño N y la propiedad del material en la que se basará el diseño. Por...