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ESTRUCTURAS II
I N V E S T I G A C I O N
I N S T ITUTO TECNOLOGI CO DE
C H I H UAHUA II
K A RE N M I C H E L M EN D O ZA
TA R A N G O
G R U PO : B
ING. A ZU C EN A M E N D O ZA
M E N A
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INTRODUCCION A ESTRUCTURAS II, Apuntes de Estructuras y Materiales
Esfuerzo estructural, deformación de las estructuras, fuerza de tensión, fuerza a compresión y propiedades mecánicas de los materiales.
Tipo: Apuntes
2020/2021
1 / 8
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ESTRUCTURAS II
I N V E S T I G A C I O N
I N S T I T U T O T E C N O L O G I C O D E
C H I H UA H UA I I
K A R E N M I C H E L M E N D O Z A
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I N G. A Z U C E N A M E N D O Z A
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¿QUÉ ES EL ESFUERZO ESTRUCTURAL?
Cuando hablamos de fuerzas estructurales, nos referimos al esfuerzo que debe soportar la estructura de una “montaña rusa”. En una estructura predeterminada, se analizan muchos esfuerzos, perolos esfuerzos estructurales que mas se consideran son los esfuerzos de compresión, y el esfuerzo de flexión de los materiales. 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. Estas fuerzas tienen distintos orígenes:
- Debidas a su propio peso (toda estructura debe soportarse a sí misma).
- Debidas al peso, movimiento o vibraciones de los elementos que componen el conjunto del sistema técnico. Por ejemplo, el cuadro de una bicicleta no debe deformarse cuando una persona suba a ella o cuando coja baches mientras circula, etc.
- Debidas a agentes externos al propio sistema técnico. Por ejemplo, un puente no debe caerse por el efecto del viento, el tejado de una casa no debería venirse abajo cuando se acumule nieve sobre él, etc. 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.
Al valor máximo de la fuerza aplicada sobre un objeto para que su deformación sea elástica se le denomina límite elástico y es de gran importancia en el diseño mecánico, ya que en la mayoría de las aplicaciones es este y no el de la rotura, el que se adopta como variable de diseño (particularmente en mecanismos). Una vez superado el límite elástico aparecen deformaciones plásticas (que son permanentes tras retirar la carga) comprometiendo la funcionalidad de ciertos elementos mecánicos. 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. ¿QUÉ ES UNA FUERZA A TENSIÓN? 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. TENSIÓN DE TRACCIÓN Es la que se opone a una fuerza que tiende a estirar el cuerpo. Se produce sometiendo al cuerpo a dos cargas de igual dirección, sentido contrario y divergentes. TENSIÓN DE COMPRESIÓN Es la que se opone a una fuerza que tiende a comprimir el cuerpo. Se produce sometiendo al cuerpo a dos cargas de igual dirección y sentido contrario y convergente. TENSIÓN TANGENCIAL Es la que se opone a un movimiento de torsión o de desplazamiento de una parte del cuerpo hacia otra. Se produce sometiendo al cuerpo a dos cargas de direcciones paralelas y sentido contrario, convergente o divergente. También se denomina tensión de corte, cizalla o flexión.
¿QUÉ ES UNA FUERZA A COMPRESIÓN?
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. 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. Al sentarnos en un banco, sometemos a las patas a un esfuerzo de compresión, con lo que tiende a disminuir su altura, aunque a simple vista no lo apreciemos. Los pilares y columnas son ejemplo de elementos diseñados para resistir esfuerzos de compresión. Cuando se somete a compresión una pieza de gran longitud en relación con su sección, se arquea recibiendo este fenómeno el nombre de pandeo. El cálculo de los esfuerzos de compresión se utilizará para los casos en que la fuerza se aplica sobre el eje de la estructura. En este caso, vemos una columna que sostiene la vía de una Montaña Rusa. En el momento que el tren pasa por la columna, el peso ejerce una fuerza sobre el eje de la columna. El área que se tiene que considerar, es área que tenga la sección de la columna. En este caso es una sección circular cómo se muestra en el círculo con la A.
DUCTILIDAD
Los materiales dúctiles son aquellos que pueden ser estirados y conformados en hilos finos o alambre. Por ejemplo, el cobre. DUREZA Resistencia que opone un cuerpo a ser penetrado por otro. Esta propiedad nos informa sobre la resistencia al desgaste contra los agentes abrasivos. Ejemplo, diamantes TENACIDAD Resistencia a la rotura de un material cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación. Ejemplo, acero.
FRAGILIDAD
Es el opuesto de la tenacidad, es la facilidad con la que se rompe un material sin que se produzca deformación elástica. Por ejemplo, el vidrio. BIBLIOGRAFIA
- http://contenidosdigitales.ulp.edu.ar/exe/educaciontecnologia/propiedades_mecnicas.html
- https://www.feandalucia.ccoo.es/docu/p5sd8567.pdf
- https://html.rincondelvago.com/fuerzas-estructurales.html
- https://core.ac.uk/download/pdf/268219527.pdf
- https://es.calameo.com/books/003425082243ce532149e