Resistencia de Materiales: 4.1 Conceptos

Resistencia de Materiales

Ampliando el estudio de las fuerzas iniciando en la Mecánica la resistencia de materiales estudia y establece las relaciones entre las cargas exteriores aplicadas y sus efectos en el interior de los sólidos.

Las deformaciones de los cuerpos, debida a la acción de cargas, en realidad son pequeñas y en general pueden ser detectadas solamente con instrumentos especiales. Las deformaciones pequeñas no influyen sensiblemente sobre las leyes del equilibrio y del movimiento del solido, por lo que la mecánica teórica prescinde de ellas. Sin embargo, sin el estudio de estas deformaciones seria imposible resolver un problema de gran importancia practica como es el de determinar las condiciones para las cuales puede tener lugar la falla de una pieza, o aquellas en las que la misma puede servir sin tal peligro.

Las construcciones que el ingeniero encuentre en su practica tienen, en la mayoría de los casos configuraciones bastante complejas. Los diversos elementos de estas se reducen a los siguientes tipos simples:

Barra: es un cuerpo que tiene dos dimensiones pequeñas en comparación con la tercera, como caso particular, pueden ser de sección transversal constante y de eje rectilíneo.

La linea que une los centros de gravedad de sus secciones transversales se denomina eje de la barra.

Placa: es un cuerpo limitado por dos planos, a distancia pequeña en comparación con las otras dimensiones.

Bóveda: es un cuerpo limitado por dos superficies curvilíneas, a distancia pequeña en comparación con las otras dimensiones.

Bloque: es un cuerpo cuyas tres dimensiones don del mismo orden.

En resistencia las deformaciones por mas pequeñas que sean tienen un gran interés, las propiedades del material en el que se construye una estructura o una maquina.

Análisis de fuerzas internas: la resistencia de materiales estudia la distribución interna de esfuerzos que produce un sistema de fuerzas exteriores aplicadas.
Fuerza axial: corresponde a la acción de tirar, representando una fuerza de extensión o tracción que tiende a alargar el solido, se representa generalmente con (P).
Fuerza cortante: es la suma algebraica de todas las fuerzas externas perpendiculares al eje de la viga que actúa a un lado de la sección, tiende a subir con respecto a la parte derecha, y se representa con (V).
Momento flexionante: miden la resistencia del cuerpo a curvarse o flexionarse respecto de los ejes Y o Z y se representa por (M).

Esfuerzo: es igual a la fuerza por unidad de área que soporta un material
Esfuerzo simple: es el resultado de la aplicación de cargas perpendiculares a la sección transversal del elemento
Esfuerzo cortante: este esfuerzo es producido por fuerzas que actúan paralelamente al plano que las resiste. Aparecen siempre que las fuerzas aplicadas obliguen a que una sección del sólido tienda a deslizar sobre la sección adyacente.
Fuerza: es la acción de jalar o empujar que se ejerce sobre un cuerpo ya sea por una fuente externa o por acción de la gravedad.
Limite de elasticidad: es el esfuerzo mas allá del cual el material no recupera totalmente su forma original al ser descargado quedando en una forma residual llamada deformación permanente.
Punto de fluencia: es aquel en el que aparece un considerable alargamiento o fluencia del material sin el correspondiente aumento de carga.

Las piezas de una maquina y la tornillería están sometidos a unos esfuerzos que dependiendo de la dirección del esfuerzo de la posición tendrá un nombre:

Tracción: la tracción se produce cuando una pieza se somete a una fuerza en la misma dirección de su eje pudiendo producirse un alargamiento.

Compresión: se produce una compresión sobre una pieza cuando es sometida a una fuerza en al misma dirección de su eje donde el esfuerzo tiene a disminuir la longitud de la pieza.

Cortadura o Cizallamiento: la cortadura o cizallamiento se produce cuando el esfuerzo a la que se somete la pieza se produce perpendicular al eje de la pieza.

Flexión: la flexión se produce cuando una pieza es sometida a una fuerza perpendicular al eje de la pieza y esta pieza tiende a doblarse.

Estos esfuerzos a las que las piezas se someten son cargas que a la hora de diseñar la máquina lo tienen en cuenta para evitar roturas o defectos. Se tienen en cuenta los siguientes conceptos:

Carga y coeficiente de trabajo: la carga de trabajo es la carga o esfuerzo a la que esta sometida una pieza. El coeficiente es la carga de trabajo por la sección de un milímetro cuadrado, también se conoce como fatiga.
Caga límite de elasticidad y Coeficiente de elasticidad: la carga límite de elasticidad es cuando la deformación producida por una pieza al someterse a una fuerza, al quitar esta fuerza la deformación desaparece volviendo a su forma primitiva. El coeficiente de trabajo equivale al coeficiente de trabajo por milímetro cuadrado dividido entre el alargamiento producido por el esfuerzo en %mm.
Coeficiente de Seguridad a la rotura: el coeficiente de seguridad a la rotura sirve para evitar que los materiales empleados en las piezas sean inadecuadas y acaben rompiéndose las piezas por un diseño inadecuado teniendo en cuenta el coeficiente de trabajo.