Universidad Autónoma “Gabriel René Moreno”

Facultad de Ciencias del Hábitat, Diseño y Arte

Materia: Laboratorio y Resistencia de los Materiales

Santa cruz de la Sierra – Bolivia

Abril-2014

Materia: Laboratorio y Resistencia de los Materiales

ING. JIMMY VILLCA SAINZ

UNIDAD 1

INTRODUCCION A LA RESISTENCIA DE MATERIALES

1.- La mecánica de los materiales es una materia que investiga el efecto de las fuerzas aplicadas sobre los cuerpos

sólidos, también tienen otros nombres Mecánica de materiales y Mecánica de cuerpos deformables. Es una

continuación de la estática y Dinámica

(figura: 1)

Fuente: Internet

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ING. JIMMY VILLCA SAINZ

2. Esfuerzos

Carga. Es la fuerza exterior que actúa sobre un cuerpo.

Consecuencias:

Resistencia. Es cuando la carga actúa y produce deformación. Es la capacidad de un cuerpo para resistir una fuerza

aun cuando haya deformación.

Rigidez. Es cuando la carga actúa y NO produce deformación. Es la capacidad de un cuerpo para resistir una fuerza

sin deformarse.

Esfuerzos. Son las fuerzas internas, debido a las cargas, sometidas a un elemento resistente.

Tipos de carga:

Carga estática: Se aplica gradualmente desde en valor inicial cero hasta su máximo valor.

Carga dinámica: Se aplica a una velocidad determinada.

Pueden ser: Carga súbita, cuando el valor máximo se aplica instantáneamente; Carga de choque libre, cuando

está producida por la caída de un cuerpo sobre un elemento resistente y Carga de choque forzado, cuando una

fuerza obliga a dos masas que han colisionado a seguir deformándose después del choque.

2.1. Clasificación de los esfuerzos

Fuerza: Son esfuerzos que se pueden clasificar debido a las fuerzas. Generan desplazamiento. Dependiendo si están

contenidos (o son normales) en el plano que contiene al eje longitudinal tenemos:

Contiene al eje longitudinal:

Tracción. Es un esfuerzo en el sentido del eje. Tiende a alargar las fibras.

Compresión. Es una tracción negatia. Las fibras se acortan.

Normal al plano que contiene el eje longitudinal:

Cortadura. Tiende a cortar las piezas mediante desplazamiento de las secciones afectadas.

Momento. Son esfuerzos que se pueden clasificar debido a los momentos. Generan giros. Dependiendo si están

contenidos (o son normales) en el plano que contiene al eje longitudinal tenemos:

Contiene al eje longitudinal:

Flexión. El cuerpo se flexiona, alargándose unas fibras y acortándose otras.

Normal al plano que contiene el eje longitudinal:

Torsión. Las cargas tienden a retorcer las piezas.

Otros:

Esfuerzos compuestos. Es cuando una pieza se encuentra sometida simultáneamente a varios esfuerzos simples,

superponiéndose sus acciones.

Esfuerzos variables. Son los esfuerzos que varían de valor e incluso de signo. Cuando la diferencia entre el valor

máximo y el valor mínimo es 0, el esfuerzo se denomina alternado. Pueden ocasionar rotura por fatiga.

Fuente: Blog de WordPress.com

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En consecuencia, estudiaremos los esfuerzos y deformaciones producidos en elementos estructurales en los

siguientes casos:

- Axiales

- Flexión

- Combinados

- Pandeo (caso particular de esfuerzo axial a compresión)

- Torsión

3.- ESFUERZO NORMAL Y DEFORMACIÓN UNITARIA NORMAL

Los conceptos fundamentales en mecánica de materiales son el esfuerzo y la deformación unitaria. Estos

conceptos se pueden ilustrar en su forma más elemental considerando una barra prismática sometida a fuerzas

axiales.

Una barra prismática es un elemento estructural recto que tiene la misma sección transversal en toda su longitud y

una fuerza axial es una carga dirigida a lo largo del eje del elemento, lo que resulta en esfuerzos de tensión o de

compresión en la barra.

(Figura 2).

Barra prismática en tensión: (a) diagrama de cuerpo libre de un segmento de la barra, (b) segmento de la barra antes

de la aplicación de las cargas, (c) segmento de la barra después de la aplicación de las cargas y (d) esfuerzos

normales en la barra.

El esfuerzo tiene unidades de fuerza por unidad de área y se denota por la letra griega s (sigma). En general, los

esfuerzos s que actúan sobre una superficie plana pueden ser uniformes en toda el área o bien variar en intensidad

de un punto a otro. Supongamos que los esfuerzos que actúan sobre la sección transversal mn (figura: 2d) están

distribuidos uniformemente sobre el área. Entonces la resultante de estos esfuerzos debe ser igual a la magnitud del

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esfuerzo por el área de la sección transversal A de la barra, es decir, P = σA. Por tanto, obtenemos la expresión

siguiente para la magnitud de los esfuerzos:

Esta ecuación expresa la intensidad de un esfuerzo uniforme en una barra prismática con sección transversal

arbitraria cargada axialmente. Cuando la barra es estirada por las fuerzas P, los esfuerzos son esfuerzos de tensión;

si se invierte la dirección de las fuerzas, la barra se comprime y tenemos esfuerzos de compresión. Puesto que los

esfuerzos actúan en una dirección perpendicular a la superficie cortada, se denominan esfuerzos normales.

Fuente: JORGE EDUARDO SALAZAR TRUJILLO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES

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Diagrama de Esfuerzo Vs Deformación

Diagrama de Esfuerzo Vs Deformación

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Ejercicio: 01

Un poste corto, construido con un tubo circular hueco de aluminio, soporta una carga de compresión de 26 kips (fi

gura 1.5). Los diámetros interior y exterior del tubo son d1 = 4.0 in y d2 = 4.5 in, respectivamente, y su longitud es

16 in. El acortamiento del poste debido a la carga es de 0.012 in.

Determine el esfuerzo de compresión y la deformación unitaria en el poste. (No tenga en cuenta el peso del poste y

suponga que éste no se pandea con la carga.)