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TIPOS DE ESFUERZOS FÍSICOS - Coggle Diagram
TIPOS DE ESFUERZOS FÍSICOS
Los elementos de una estructura deben de aguantar, además de su propio peso, otras fuerzas y cargas exteriores que actúan sobre ellos. Dependiendo de su posición dentro de la estructura y del tipo de
fuerzas que actúan sobre ellos, los elementos o piezas de las estructuras soportan diferentes tipos de esfuerzos. Una fuerza sobre un objeto tiende a deformarlo, la deformación producida dependerá de la
dirección, sentido y punto de aplicación donde esté colocada esa fuerza.
Normalmente, cuando construimos una estructura lo hacemos para que ésta no se deforme
cuando está trabajando.Sin embargo, hay algunas estructuras que su trabajo lo ejercen deformándose y
recuperando más tarde su forma original, pero esto es menos normal.
Debemos conocer los tecnicismos de los esfuerzos físicos que vamos a utilizar, como pueden ser:
Fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los cuerpos
materiales
Vector es una herramienta geométrica utilizada para representar una magnitud física del cual
depende únicamente un módulo (o longitud) y una dirección (u orientación) para quedar definido.
Momento de una fuerza (respecto a un punto dado), es una magnitud vectorial, obtenida como producto vectorial del vector de posición del punto de aplicación de la fuerza con respecto al punto al cual se toma el momento por la fuerza, en ese orden. Generan giros.
Esfuerzo es la fuerza que hace un elemento de la estructura para no ser deformado por las
cargas. Los esfuerzos pueden ser: esfuerzos compuestos y esfuerzos variables.
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.
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.
Carga es la fuerza exterior que actúan sobre los diferentes elementos. Podemos diferenciar tres
tipos de cargas, como son: la carga estática, la carga dinámica y la carga cíclica.
Carga estática es la fuerza que se aplica gradualmente desde en valor inicial cero hasta su
máximo valor F. Es decir, aquella que es invariable o su magnitud crece de forma lenta (un coche encima de un puente, etc.).
Carga súbita es cuando el valor máximo se aplica instantáneamente.
Carga de choque libre es cuando está producida por la caída de un cuerpo sobre un elemento resistente.
Carga de choque forzado es cuando una fuerza obliga a dos masas que han colisionado
a seguir deformándose después del choque.
Carga cíclica o alternada: es aquella que cambia de dirección o magnitud (o ambas) de forma
cíclica o alternada (cigüeñal, amortiguadores, etc.).
Tensión es la reacción que se produce en el interior de la pieza a ensayar, cuando sobre ésta se aplica una carga. La tensión es siempre de la misma magnitud y de sentido contrario a la carga aplicada. Se mide en Pascales, que es la tensión que genera una carga de un Newton de fuerza aplicada sobre una superficie de un metro cuadrado Esta unidad es muy pequeña para medir las tensiones que vamos a manejar, por lo que utilizaremos el megapascal (Mp un millón de veces mayor). En ocasiones se utiliza el Kg/cm2. Según el punto de aplicación, la dirección y el sentido de la carga podemos diferenciar tres tipos
de tensión: tensión de tracción, tensión de compresión y tensión tangencial.
Elasticidad es la propiedad mecánica que tienen ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan. La deformación es el cambio en las dimensiones del cuerpo. Se puede medir en unidades de longitud, área o volumen, pero estas medidas van a depender del tamaño
de la muestra. No es lo mismo una deformación de 1mm en una muestra de 1 cm, que en una carretera de
1 Km. Para dar cifras generales la deformación se expresa en tanto por ciento. Para ello se divide el
cambio en la dimensión entre la dimensión original y se multiplica por 100.
Deformacion = dimension final / dimension inicial x 100
Cuando se libera la carga a la que sometemos al material, la tensión desaparece pero la deformación puede desaparecer o no. En función de esto tenemos dos tipos de deformación: deformación elástica y deformación plástica.
Deformación elástica es la que desaparece por completo cuando el material se descarga. Esta recuperación de la forma primitiva se produce por la tendencia de los átomos a recuperar su distancia interatómica, alterada por la carga ejercida Durante la deformación elástica se produce un cambio volumétrico que se recupera al cesar la carga.
Deformación plástica es la que es la que no se recupera al cesar la carga aplicada.Esta deformación se produce porque se ha forzado la distancia interatómica y las uniones atómicas se han roto, por lo que no hay ninguna fuerza que tienda a recuperar la situación anterior. Los
átomos se desplazan en su posición, sin que haya cambio volumétrico pero sí de forma.
Los tipos de esfuerzos a los que pueden estar sometidos los elementos de una estructura metálica, barcos, aviones, motores, etc., son los siguientes:
La tracción es el esfuerzo al que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo. Se considera que las tensiones que tienen cualquier sección perpendicular a dichas fuerzas, son normales a esa sección, son de sentidos opuestos a las fuerzas que intentan alargar el cuerpo. La tracción produce un alargamiento sobre el eje X, produce a su vez una disminución sobre los ejes Y y Z. Esto se conoce como módulo de Poisson.
La compresión es el esfuerzo al que está sometido un cuerpo por la aplicación de fuerzas que actúan en el mismo sentido, y tienden a acortarlo. Es lo contrario a la tracción y hace que se aproximen las diferentes partículas de un material, tendiendo a producir acortamientos o aplastamientos. Con lo que podemos decir, que la compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiene a una reducción de volumen o un
acortamiento en determinada dirección.
La cizalladura es el esfuerzo que soporta una pieza cuando sobre ella actúan fuerzas perpendiculares contenidas en la propia superficie de actuación, haciendo que las partículas del material tiendan a resbalar o desplazarse las unas sobre las otras. Normalmente, el esfuerzo de cortadura no se
presenta aislado, suele ir acompañado de algún otro esfuerzo, y dependerá del tipo de material a cortar.
La flexión es una combinación de esfuerzos de compresión y de tracción. Mientras que las fibras superiores de la pieza están sometida a un esfuerzo de flexión (se alargan), las inferiores se acortan, o viceversa, produciendo una deformación a lo largo de su eje, que tiendan a doblarlo. 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.
El pandeo es un comportamiento típico de los elementos estructurales (estrechos y largos), que están sometidos a esfuerzos de compresión. Cuando la carga de compresión aumenta progresivamente llega a un valor en el cual el elemento esbelto, en lugar de limitarse a cortar su altura, curva su eje; una vez que esto ocurre aunque no se incremente el valor de la carga el elemento continúa curvándose hasta el colapso definitivo. Una característica del pandeo es que las deformaciones y tensiones no son
proporcionales a las cargas actuantes, aun cuando el material se comporte elásticamente (las tensiones son
proporcionales a las deformaciones especificas).
La torsión es la solicitación (reacción interna) que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico,como pueden ser ejes o elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas. Dichas fuerzas son las que hacen que una pieza tienda a retorcerse sobre su eje
central, dando lugar a tensiones cortantes. Están sometidos a esfuerzos de torsión los ejes, las manivelas y los cigüeñales.
La fatiga consiste en la repetición cíclica de una carga sobre un material. Estas cargas repetidas pueden formar una microgrieta sobre un defecto estructural principalmente debido a una concentración de tensiones, que se va propagando carga a carga hasta producir el fallo del material por fatiga. La rotura por fatiga tiene aspecto frágil aún en metales dúctiles, puesto que no hay apenas deformación
plástica asociada a la rotura. El proceso consiste en un inicio y posterior propagación de fisuras, que crecen desde un tamaño inicial microscópico hasta un tamaño macroscópico capaz de comprometer r la integridad estructural del material. La superficie de fractura es perpendicular a la dirección del esfuerzo.
