Índice

Introducción
Clases de esfuerzos

Tracción
Compresión
Tracción y Compresión
Flexión
Cortadura
Torsión

Video-resumen
Bibliografia

Introducción

La mecánica desde el punto de vista Físico (estática, cinemática y dinámica), estudia las fuerzas y los movimientos considerando que los cuerpos que las sufren son rígidos (indeformables).
En la práctica se observa que los cuerpos rígidos no existen, sino que todos se deforman más o menos cuando se les aplican fuerzas.
Por ello la ingeniería, además de la mecánica-física aplicada a las máquinas e instalaciones, estudia la deformación de los cuerpos, considerándola como una parte de la mecánica aplicada denominada RESISTENCIA DE MATERIALES.

RESISTENCIA DE MATERIALES
Es pues, la parte de la mecánica que estudia la deformación de los cuerpos cuando sufren la acción de fuerzas externas. El objeto de la RESISTENCIA DE MATERIALES es doble:

Conocidas unas fuerzas, determinar las dimensiones del material que pueda soportarlas.
Conocido un material (con su forma y dimensiones), determinar la fuerza o fuerzas que puede soportar.

Normalmente el problema a resolver es de tipo a), lo que ocurre en el diseño o proyecto de máquinas, instalaciones, estructuras resistentes, edificios, etc

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Clases de esfuerzos

Según la deformación que sufre un cuerpo, las fuerzas que provocan se clasifican en:

Tracción.
Compresión.
Flexión
Cortadura o cizallamiento.
Torsión.

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Tracción

Es el esfuerzo interno a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.
Lógicamente, se considera que las tensiones que tiene cualquier sección perpendicular a dichas fuerzas son normales a esa sección, y poseen sentidos opuestos a las fuerzas que intentan alargar el cuerpo.

Un cuerpo sometido a un esfuerzo de tracción sufre deformaciones positivas (estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la tracción. Sin embargo el estiramiento en ciertas direcciones generalmente va acompañado de acortamientos en las direcciones transversales; así si en un prisma mecánico la tracción produce un alargamiento sobre el eje "X" que produce a su vez un encogimiento sobre los ejes "Y" y "Z".
La relación entre la tracción que actúa sobre un cuerpo y las deformaciones que produce se suele representar gráficamente mediante un diagrama de ejes cartesianos que ilustra el proceso y ofrece información sobre el comportamiento del cuerpo de que se trate.
Son muchos los materiales que se ven sometidos a tracción en los diversos procesos mecánicos. Especial interés tienen los que se utilizan en obras de arquitectura o de ingeniería, tales como las rocas, la madera, el hormigón, el acero, varios metales, etc. Cada material posee cualidades propias que definen su comportamiento ante la tracción. Algunas de ellas son:

elasticidad (módulo de elasticidad)
plasticidad
ductilidad
fragilidad

Fórmulas

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

Los ensayos practicados para medir el esfuerzo de compresión son contrarios a los aplicados al de tracción, con respecto al sentido de la fuerza aplicada. Tiene varias limitaciones:

Dificultad de aplicar una carga concéntrica o axial, sin que aparezca pandeo.
Una probeta de sección circular es preferible a otras formas.

El ensayo se realiza en materiales:

Duros.
Semiduros.
Blandos.

Aquí podemos observar lo que ocurre cuando comprimimos un material frágil al ser comprimido.

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Tracción y compresión
En general, cuando se somete un material a un conjunto de fuerzas se produce tanto flexión, como cizallamiento o torsión, todos estos esfuerzos conllevan la aparición de tensiones tanto de tracción como de compresión. Aunque en ingeniería se distingue entre el esfuerzo de compresión (axial) y las tensiones de compresión.
A partir del ensayo se determinan las dimensiones de las piezas de máquinas y estructuras resistentes.
Los metales se comportan de igual forma a tracción que a compresión, siempre y cuando sea a piezas cortas. La compresión en las piezas largas (esbeltas), genera un nuevo fenómeno llamado “pandeo”.
Otros materiales como el hormigón, tienen un comportamiento diferente a tracción que a compresión, por lo que es necesario realizar los dos ensayos para estudiar su comportamiento.

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Flexión
Es el tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñadas para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas.
El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento flector.

Las vigas o arcos son elementos estructurales pensados para trabajar predominantemente en flexión. Geométricamente son prismas mecánicos cuya rigidez depende, entre otras cosas, del momento de inercia de la sección transversal de las vigas.
Una placa es un elemento estructural que puede presentar flexión en dos direcciones perpendiculares.

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Cortadura o Cizalladura
La cortadura (cizalladura o tensión cortante) es el esfuerzo que soporta una pieza cuando sobre ella actúan fuerzas contenidas en la propia superficie de actuación. Un ejemplo de esfuerzo de cortadura sería el que soportan los roblones después de colocados.
Generalmente, el esfuerzo de cortadura no se presenta aislado, suele ir acompañado de algún otro esfuerzo. En el caso de los roblones, por ejemplo, están sometidos además de a la tensión de cortadura, a otra tensión de tracción necesaria para mantener unidas dos chapas metálicas.

Fórmulas

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Torsión
Es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.
La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él (ver torsión geométrica).
El estudio general de la torsión es complicado porque bajo ese tipo de solicitación la sección transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenómenos:

Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal. Si estas se representan por un campo vectorial sus líneas de flujo "circulan" alrededor de la sección.
Cuando las tensiones anteriores no están distribuidas adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la sección tenga simetría circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.

El alabeo de la sección complica el cálculo de tensiones y deformaciones, y hace que el momento torsor pueda descomponerse en una parte asociada a torsión alabeada y una parte asociada a la llamada torsión de Saint-Venant. En función de la forma de la sección y la forma del alabeo, pueden usarse diversas aproximaciones más simples que el caso general.