Resistencia De Materiales

Resistencia de materiales

4.1 Esfuerzo y deformación debido a cargas externas

En general un esfuerzo es el resultado de la división entre una fuerza y el área en la que se aplica. Se distinguen dos direcciones para las fuerzas, las que son normales al área en la que se aplican y las que son paralelas al área en que se aplican. Si la fuerza aplicada no es normal ni paralela a la superficie,siempre puede descomponerse en la suma vectorial de otras dos que siempre resultan ser una normal y la otra paralela.
Los esfuerzos con dirección normal a la sección, se denotan como σ (sigma) y representa un esfuerzo de tracción cuando apunta hacia afuera de la sección, tratando de estirar al elemento analizado . En cambio, representa un esfuerzo de compresión cuando apunta hacia la sección,tratando de aplastar al elemento analizado.
El esfuerzo con dirección paralela al área en la que se aplica se denota como τ (t a u) y representa un esfuerzo de corte. Este esfuerzo, trata de cortar el elemento analizado, tal como una tijera cuando corta papel, uno de sus filos mueven el papel hacia un lado mientras el otro filo lo mueve en dirección contraria resultando en el desgarro del papel a lolargo de una línea.
Las unidades de los esfuerzos son las mismas que para la presión, fuerza dividida por área, se utilizan con frecuencia: MPa, psia, k psia, kg / mm 2 , kg / cm2 .
Así, los principales esfuerzos mecánicos se pueden enlistar como sigue:
Tracción: esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo ,aumentando su longitud y disminuyendo su sección.
Compresión: esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto , y tienden a comprimirlo , disminuyendo su longitud y aumentando su sección.

Flexión: esfuerzo que tiende a doblar el objeto . Las fuerzas que actúan son paralelas a las superficies que sostienen el objeto . Siempre que existe flexióntambién hay esfuerzo de tracción y de compresión.

Cortadura : esfuerzo que tiende a cortar el objeto por la aplicación de dos fuerzas en sentidos contrarios y no alineadas. Se encuentra en uniones como : tornillos, remaches y soldaduras.

Torsión: esfuerzo que tiende a retorcer un objeto por aplicación de un momento sobre el eje longitudinal.

En el caso de un puente levadizo está sometido adiferentes tipos de esfuerzos:

Esfuerzos térmicos. Se dice que un esfuerzo es térmico cuando varía la temperatura del material. Al presentarse un cambio de temperatura en un elemento éste experimentará una deformación axial, denominada deformación térmica . Si la deformación es controlada no se presenta deformación pero si un esfuerzo denominado térmico .
Así, un esfuerzo térmico es un esfuerzode tensión o compresión que se produce en un material que sufre una dilatación o contracción térmica . Un cambio de temperatura puede ocasionar que un material cambie sus dimensiones. Si la temperatura aumenta , generalmente un material se dilata , mientras que si la temperatura disminuye, el material se contrae. Ordinariamente esta dilatación o contracción es linealmente relacionada con elincremento o disminución de temperatura que se presenta. Si este es el caso y el material es homogéneo e isotrópico, se ha encontrado experimentalmente que la deformación de un miembro de longitud L puede calcularse utilizando la formula:
δ T = α L∆T
donde α es propiedad del material llamada coeficiente lineal de dilatación térmica , ∆T es el cambio algebraico en la temperatura del miembro y δ T es elcambio algebraico en la longitud del miembro .
Si el cambio de temperatura varia sobre toda la longitud del miembro o si α varia a lo largo de la longitud, entonces la ecuacion anterior es apreciable para cada segmento de longitud dx.

La figura de arriba muestra un ejemplo de lo que sucede al no contemplar los esfuerzos térmicos en algunas aplicaciones estructurales. El calor extremo en un...