Universidad de Autónoma de Chiapas
Facultad de Ingeniería
Mecánica de Materiales
M.I. Julio Cesar Bezares Llaven
5°C
Porraz Gómez Corazón de Jesús
Conceptos
Tuxtla Gutiérrez, Chiapas a 28 de agosto del 2012
INDICE Pág. Esfuerzo…………………………………………………………………………………………………………………… 2 Esfuerzo Normal………………………………………………………………………………………………………. 2 1.-Carga Axial…………………………………………………………………………………………………………… 2 2.-Carga Transversal…………………………………………………………………………………………………. 3 3.-Modulo de Resistencia…………………………………………………………………………………………. 3 4.-Modulo de Elasticidad………………………………………………………………………………………….. 3 5.-Propiedades Mecánicas del Acero, del Concreto y de la Madera………………………….. 4 5.1.-Propiedades mecánicas del Acero……………………………………………………………………… 4 5.2.-Propiedades Mecánicas del Concreto………………………………………………………………… 5 5.3.-Propiedades Mecánicas de la Madera……………………………………………………………….. 5 6.-Clasificación de las Cargas……………………………………………………………………………………. 6 6.1.-Origen………………………………………………………………………………………………………………. 6 6.2.-Distribucion………………………………………………………………………………………………………. 6 6.3.-Tiempo de Aplicación………………………………………………………………………………………… 6 6.4.-Gravitacional…………………………………………………………………………………………………….. 6 7.-Condiciones de Carga…………………………………………………………………………………………… 7
1
Esfuerzo El esfuerzo se define aquí como la intensidad de las fuerzas componentes internas distribuidas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo. El esfuerzo se define como la magnitud de fuerzas internas por unidad de área producidas por cargas externas. Existen tres clases básicas de esfuerzos: tensivo, compresivo y corte.
Esfuerzo normal El esfuerzo normal (esfuerzo axil o axial) es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones perpendiculares (normales) a la sección transversal. La fuerza aplicada se reparte uniformemente en la totalidad de la sección transversal del miembro.
Carga axial (característica, resultante y función) Fuerza que actúa a lo largo del eje longitudinal de un miembro estructural aplicada al centroide de la sección transversal del mismo produciendo un esfuerzo uniforme, ya sea a tensión o a compresión. También llamada fuerza axial. Su resultante pasa a través dl centroide de la sección que se analiza y es perpendicular al plano de está.
2
Carga transversal (característica, resultante y función) Fuerza o carga que se aplica de forma perpendicular al eje longitudinal de un elemento estructural produciendo una flexión o cortadura en el mismo. Cuando un elemento estructural se somete a cargas transversales, no solamente generan un momento interno en el elemento estructural sino también una fuerza cortante interna.
Módulo resistente Momento de inercia del área de la sección transversal de un elemento estructural dividido por la distancia de la fibra neutra a la fibra extrema. También llamado módulo de inercia, momento resistente.
Módulo de elasticidad Relación entre la fatiga unitaria y la correspondiente deformación unitaria en un material sometido a un esfuerzo que está por debajo del límite de elasticidad del material. También llamado coeficiente de elasticidad, módulo de Young, módulo elástico. Podemos encontrar 3 módulos de elasticidad, los cuales son:
Modulo volumétrico. Modulo de corte. Modulo de Young.
Pero el que es de importancia es el siguiente. El modulo de Young es la propiedad que poseen los elementos lineales a oponerse a la deformación de ellos mismos. A estos elementos se le aplica una fuerza lineal y a veces de torsión, la oposición a esta fuerza depende de cada material. 3
Propiedades mecánicas del acero, del concreto y la madera 1. Propiedades mecánicas del acero
Resistencia: Es la oposición al cambio de forma y a la fuerzas externas que pueden presentarse como cargas son tracción, compresión, cizalle, flexión y torsión. Elasticidad: Corresponde a la capacidad de un cuerpo para recobrar su forma al dejar de actuar la fuerza que lo ha deformado Plasticidad: Es la capacidad de deformación de un metal sin que llegue a romperse, si la deformación se produce por alargamiento se llama ductilidad y por compresión maleabilidad. Fragilidad: Es la propiedad que expresa falta de plasticidad y por lo tanto tenacidad los metales frágiles se rompen en el limite elástico su rotura se produce cuando sobrepasa la carga del limite elástico. Tenacidad: Se define como la resistencia a la rotura por esfuerzos que deforman el metal; por lo tanto un metal es tenaz si posee cierta capacidad de dilatación. Dureza: Es la propiedad que expresa el grado de deformación permanente que sufre un metal bajo la acción directa de una fuerza determinada .existen dos Dureza física y Dureza técnica. Ductilidad: Es la capacidad que tienen los materiales para sufrir deformaciones a tracción relativamente alta, hasta llegar al punto de fractura. Re silencia: Es la capacidad que presentan los materiales para absorber energía por unidad de volumen en la zona elástica.
4
2. Propiedades mecánicas del concreto Las cuatro principales propiedades del concreto son: trabajabilidad, cohesividad, resistencia y durabilidad. Estas pueden variar ya que interviene la cantidad de sus ingredientes.
Trabajabilidad. Es una propiedad importante para muchas aplicaciones del concreto. Es la facilidad con la cual pueden mezclarse los ingredientes y la mezcla resultante puede manejarse. Durabilidad. El concreto debe ser capaz de resistir la intemperie, acción de productos químicos y desgastes, a los cuales estará sometido en el servicio. Impermeabilidad. Es una importante propiedad del concreto que puede mejorarse, reduciendo la cantidad de agua en la mezcla. Resistencia: Es una propiedad que es motivo de preocupación. Por lo general se determina por la resistencia final una probeta en compresión.
3. Propiedades mecánicas de la madera
Dureza: Es la resistencia opuesta por la madera a la penetración o rayado. Es mayor la dureza del duramen que de la albura. Resistencia a la compresión: Este aumenta al disminuir el grado de humedad, y cuanto mayor es el peso específico, mayor es su resistencia. Resistencia a la tracción: La madera es un material muy indicado para trabajar a tracción (en dirección de las fibras), viéndose limitado su uso únicamente por la dificultad de transmitir estos esfuerzos a las piezas. Cortadura: Es la resistencia ofrecida frente a la acción de una fuerza que tiende a desgajar o cortar la madrea, en dos partes cuando la dirección del esfuerzo es perpendicular a la dirección de la fibras, si la fuerza es máxima, será cortadura y si es mínima, será desgarramiento. Flexibilidad: Es la propiedad que tienen algunas maderas de poder ser dobladas o curvadas en un sentido longitudinal, sin romperse. Si son elásticas recuperaran su original al cesar la fuerza. Elasticidad: La madera se deforma de acuerdo con la ley de Hooke, o sea, que las
deformaciones son proporcionales a la las tensiones. Cuando se sobrepasa el límite de proporcionalidad la madera se comporta como un cuerpo plástico y se produce una deformación permanente. Al seguir aumentando la carga, se produce la rotura.
Fatiga: Es la tensión máxima que puede soportar una pieza sin romperse. Hendibilidad: Es la propiedad que presenta la madera de poderse romper a llo largo de la fibras, por separación de éstas, mediante un esfuerza de tracción transversal. 5
Clasificación de las cargas 1. Clasificación de la carga según su origen
Permanentes: son las que duran toda la vida útil de la estructura. En general, consisten en el peso de todos los materiales de construcción incorporados en la estructura. Accidentales: Son aquellas originadas por el uso y ocupación de un edificio u otra estructura, y no incluye cargas debidas a la construcción o provocadas por efectos ambientales, tales como nieve, viento, acumulación de agua, sismo, etc. Las sobrecargas en cubiertas son aquellas producidas por materiales, equipos o personal durante el mantenimiento, y por objetos móviles o personas durante la vida útil de la estructura.
2. Clasificación de la carga según su distribución
Distribuidas: Son las que actúan sin solución de continuidad a lo largo de todo el elemento estructural o parte de él. Uniformemente distribuidas: Es la carga que está repartida sobre una línea. Por ejemplo la superficie de una losa. No uniformemente distribuidas: son aquellas en las que varía su valor en los distintos puntos de su extensión. Concentradas: Es una carga con un valor de concentración muy alto sobre un sector muy pequeño.
3. Clasificación de las cargas según el tiempo de aplicación
Estáticas: Son las que no cambian nunca su estado de reposo o lo hacen lentamente en el tiempo. Dinámicas: Son las que su acción varía rápidamente en el tiempo. Estas son: Móviles: Son aquellas en las cuales la dirección del movimiento es perpendicular a la dirección en que se produce la carga. Por ejemplo, el desplazamiento de un tren es sus rieles. De impacto: son aquellas en las cuales la dirección del movimiento es coincidente con la dirección en que se produce la carga.
4. Clasificación de las cargas según el tipo de carga gravitacional
Muertas: Son aquellas cargas de magnitud constante que permanecen en una sola posición. Éstas incluyen el peso de la estructura considerada, así como cualquier accesorio que quede permanentemente unido a ella. Vivas: aquellas cargas que pueden cambiar su magnitud y posición. Incluye las cargas de ocupación, los materiales almacenados, las cargas deconstrucción, las grúas elevadas de servicios y las cargas para operar el equipo. En general, las cargas vivas son inducidas por gravedad. 6
Condiciones de carga En la mayoría de los análisis estructurales se encontrarán diversas combinaciones de cargas que deben investigarse para hallar aquella combinación que produzca las mayores fuerzas internas en los miembros. A cada combinación de cargas, muertas o de otro tipo, se le llama condición de carga. Las diversas condiciones de carga para un marco rígido o una armadura en un edificio industrial podrían incluir: Carga muerta + carga viva, incluyendo impacto Carga muerta + carga viva + carga de viento La carga viva constituye en realidad un problema de líneas de influencia, debido a que los esfuerzos en los diversos elementos del puente dependen de la posición de la carga.
7