ESFUERZO Y DEFORMACION

Autor.Francys Quijada

Ing. Industrial

Porlamar, 15 de Octubre 2014

EL ESFUERZO

El esfuerzo Son las fuerzas intensas, debido a las cargas internas distribuidas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo, es decir, se denomina esfuerzo a la fuerza por unidad de área, la cual se denota con la letra griega sigma (σ) y es un parámetro que permite comparar la resistencia de dos materiales, ya que establece una base común de referencia. σ=P/A Donde= Fuerza axial; A= Área de la sección transversal. Existen tres clases básicas de esfuerzos: tensivo , compresivo y corte. El esfuerzo se computa sobre la base de las dimensiones del corte transversal de una pieza antes de la aplicación de la carga, que usualmente se llaman dimensiones originales.

TIPOS DE ESFUERZOS

Las cargas que tienen que soportar las estructuras producen en sus elementos fuerzas que tratan de deformarlos denominadas esfuerzos. Hay 5 tipos de esfuerzos: compresión, tracción, flexión, torsión y cortante.

Compresión: Es la resultante de las tensiones o presiones que existen dentro de un solido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección.

TIPOS DE ESFUERZOS

Tracción: Se denomina tracción al esfuerzo interno a que esta sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.

Flexión: Se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El termino “alargado” se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras.

TIPOS DE ESFUERZOS

Torsión: Es la deformación de un eje, producto de la acción de dos fuerzas paralelas con direcciones contrarias con sus extremos. Se origina por efecto de pares que actúan sobre los ejes de las secciones transversales, produciendo el giro de las mismas en sus planos.

Cortante: Es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas. Las fuerzas actúan normales al eje del cuerpo, desplazando entre si las secciones inmediatas.

DEFORMACION

Se define como el cambio de forma de un cuerpo, el cual se debe al esfuerzo, al cambio térmico, al cambio de humedad o a otras causas. En conjunción con el esfuerzo directo, la deformación se supone como un cambio lineal y se mide en unidades de longitud. En los ensayos de torsión se acostumbra medir la deformación cómo un ángulo de torsión (en ocasiones llamados detorsión) entre dos secciones especificadas.

TIPOS DE DEFORMACIÓN

Elástica: Es la propiedad de un material que le permite regresar a su tamaños y formas originales, al suprimir la carga a la que estaba sometido, es decir, las deformaciones causadas por el esfuerzo desaparecen. Esta propiedad varia mucho en los diferentes materiales que existen.

TIPOS DE DEFORMACION:

Plástica: Es la propiedad de un material de formarse permanente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango, es decir, por encima de su limite elástico.

Rigidez: Es la capacidad de un elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones o desplazamientos, se le mide por la velocidad del esfuerzo con respecto a la deformacion.mientras mayor sea el esfuerzo requerido para producir una deformación dada, mas rígido se considera que es el material

DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACION

El diseño de elementos estructurales implica determinar la resistencia y rigidez del material estructural, estas propiedades se pueden relacionar si se evalúa una barra sometida a una fuerza axial para la cual se registra simultáneamente la fuerza aplicada y el alargamiento producido. Estos valores permiten determinar el esfuerzo y la deformación que al graficar originan el denominado diagrama de esfuerzo y deformación. Los diagramas son similares si se trata del mismo material y de manera general permite agrupar los materiales dentro de dos categorías con propiedades afines que se denominan materiales dúctiles y materiales frágiles. Los diagramas de materiales dúctiles se caracterizan por ser capaces de resistir grandes deformaciones antes de la rotura, mientras que los frágiles presentan un alargamiento bajo cuando llegan al punto de rotura.

EJEMPLO DE DIAGRAMA ESFUERZO – DEFORMACIÓN

DIAGRAMA ESFUERZO – DEFORMACIÓN

El punto P indica el límite de proporcionalidad; E, el límite elástico Y, la resistencia de fluencia convencional determinada por corrimiento paralelo(offset) según la deformación seleccionada OA; U; la resistencia última o máxima, y F, el esfuerzo de fractura o ruptura . El punto P recibe el nombre de límite de proporcionalidad (o límite elástico proporcional). Éste es el punto en que la curva comienza primero a desviarse de una línea recta. El punto E se denomina límite de elasticidad (o límite elástico verdadero). No se presentará ninguna deformación permanente en la probeta si la carga se suprime en este punto. Entre P y E el diagrama no tiene la forma de una recta perfecta aunque el material sea elástico. Por lo tanto , la ley de Hooke, que expresa que el esfuerzo es directamente proporcional ala deformación, se aplica sólo hasta el límite elástico de proporcionalidad.

ELEMENTOS DE DIAGRAMA ESFUERZO – DEFORMACIÓN

En un diagrama se observa un tramo recta inicial hasta un punto denominado límite de proporcionalidad. Este límite tiene gran importancia para la teoría de los sólidos elásticos, ya que esta se basa en el citado límite. Este límite es el superior para un esfuerzo admisible.Los puntos importantes del diagrama de esfuerzo deformación son:− Límite de proporcionalidad: hasta este punto la relación entre el esfuerzo y la deformación es lineal;− Límite de elasticidad: más allá de este límite el material no recupera su forma original al ser descargado, quedando con una deformación permanente;− Punto de cadencia: aparece en el diagrama un considerable alargamiento o cadencia sin el correspondiente aumento de carga. Este fenómeno no se observa en los materiales frágiles;− Esfuerzo último: máxima ordenada del diagrama esfuerzo – deformación;− Punto de ruptura: cuanto el material falla . Dado que el límite de proporcionalidad, elasticidad y punto de cadencia están tan cerca se considera para la mayoría de los casos como el mismo punto. De manera que el material al llegar a la cadencia deja de tener un comportamiento elástico y la relación lineal entre el esfuerzo y la deformación deja de existir.

IMPORTANCIA

El uso de los materiales en las obras de ingeniería hace necesario el conocimiento de sus propiedades físicas o mecánicas , es de suma importancia conocer su diseño , ya que permite elegir el material correcto según la función y esfuerzos a los que se estará sometido, para conocer estas propiedades es necesario llevar a cabo pruebas que permitan determinarlas. para que dichas propiedades se puedan comparar convenientemente es necesario que el tamaño de dichos materiales, así como la forma en que se aplique la carga estén estandarizadas por organismos como el ASTM o el ICONTEC.

EJERCICIOS RESUELTOS

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