Esfuerzo: Son las fuerzas internas, debido a las cargas, sometidas a un elemento resistente.

Esfuerzo normal: Cuando una fuerza P actúa a lo largo de una barra su efecto sobre la misma depende no solo del material sino de la sección transversal que tenga la barra, de tal manera que a mayor sección mayor será la resistencia de la misma. Se define entonces el esfuerzo axial o normal como la relación entre la fuerza aplicada y el área de la sección sobre la cual actúa. O en otros términos como la carga que actúa por unidad de área del material.

El esfuerzo normal es aquel que tiene una dirección normal (perpendicular) a la cara sobre la cual actúa; es de tracción, si el esfuerzo hala de la cara (la flecha apunta desde la cara hacia fuera), tratando de separar el elemento en el punto donde está aplicado y en la dirección del esfuerzo, tal como ocurre con el esfuerzo Sx en la figura 2.1.f. El esfuerzo normal es de compresión, si éste empuja la cara (la flecha apunta hacia la cara), tratando de comprimir el punto en la dirección de dicho esfuerzo (véase el esfuerzo SZ en la figura 2.2.b).

Esfuerzo es la resistencia que ofrece un área unitaria (A) del material del que está hecho un miembro para una carga aplicada externa (fuerza, F):

Esfuerzo = fuerza / área = F / A (4)

En algunos casos, como en el esfuerzo normal directo, la fuerza aplicada se reparte uniformemente en la totalidad de la sección transversal del miembro; en estos casos el esfuerzo puede calcularse con la simple división de la fuerza total por el área de la parte que resiste la fuerza, y el nivel del esfuerzo será el mismo en un punto cualquiera de una sección transversal cualquiera. En otros casos, como en el esfuerzo debido a flexión, el esfuerzo variará en los distintos lugares de la misma sección transversal, entonces el nivel de esfuerza se considera en un punto (MOTT, 1999).

Dependiendo de la forma cómo actúen las fuerzas externas, los esfuerzos y deformaciones producidos pueden ser axiales, biaxiales, triaxiales, por flexión, por torsión, o combinados, como se muestra en las figuras 2, 3, 4, 5, 6 y 7 (SALAZAR, 2001).

Dependiendo de que la fuerza interna actúe perpendicularmente o paralelamente al área del elemento considerado los esfuerzos pueden ser normales (fuerza perpendicular al área), cortantes (tangenciales o de cizalladura, debido a una fuerza paralela al área), como se muestra en las figuras 8 y 9 (SALAZAR, 2001).

 

Figura 8: Esfuerzo normal.

 

 

 

Figura 9: Esfuerzo cortante.

 

El esfuerzo cortante, como su nombre lo dice, tiende a cortar o cizallar el elemento en una dirección tangente a la cara sobre la cual actúa. El concepto de esfuerzo nace, entonces, de la necesidad de conocer la forma en que se distribuyen las fuerzas tangencial y normal en una sección cualquiera; no basta conocer la fuerza total, para saber cuál es la zona donde hay mayor intensidad de fuerza por unidad de área.

Las fuerzas aplicadas a un elemento estructural pueden inducir un efecto de deslizamiento de una parte del mismo con respecto a otra. En este caso, sobre el área de deslizamiento se produce un esfuerzo cortante, o tangencial, o de cizalladura (figura 13). Análogamente a lo que sucede con el esfuerzo normal, el esfuerzo cortante se define como la relación entre la fuerza y el área a través de la cual se produce el deslizamiento, donde la fuerza es paralela al área. El esfuerzo cortante () ser calcula como (figura 14) (SALAZAR, 2001):

Esfuerzo cortante = fuerza / área donde se produce el deslizamiento (8)

 = F / A (9)

donde,

: es el esfuerzo cortante

F: es la fuerza que produce el esfuerzo cortante

A: es el área sometida a esfuerzo cortante

 

 

 

Figura 13: Esfuerzos cortantes.

 

 

 

 La fuerza P debe ser paralela al área A

Figura 14: Cálculo de los esfuerzos cortantes.

 

Las deformaciones debidas a los esfuerzos cortantes, no son ni alargamientos ni acortamientos, sino deformaciones angulares , como se muestra en la figura 15:

Figura 15: Deformación debida a los esfuerzos cortantes.

 

También puede establecerse la Ley de Hooke para corte de manera similar a como se hace en el caso de los esfuerzos normales, de tal forma que el esfuerzo cortante (), será función de la deformación angular () y del módulo de cortante del material (G):

 = G  (10)

Los módulos de elasticidad E y G están relacionados mediante la expresión (MOTT, 1999):

G = E / (2 (1 + )) (11)

donde,

: es la relación de Poisson del material

Definición 6: El coeficiente de Poisson corresponde a la relación entre la deformación lateral y la deformación axial de un elemento.

 

Esfuerzo normal:σ= PA siendo P: Fuerza axial y A: sección transversal

Unidades:

MKS INGLES SISTEMA INTERNACIONAL

KGCM2

LB¿2:PSI N

M2 :Pascal

Deformación: 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 en términos de fuerza por unidad de área. Existen tres clases básicas de esfuerzos: tensivo, compresivo y corte. El esfuerzo se computa sobre la base de las dimensiones del corte transversal de una pieza antes de la aplicación de la carga, que usualmente se llaman dimensiones originales.

La deformación se define como el cambio de forma de un cuerpo, el cual se debe al esfuerzo, al cambio térmico, al cambio de humedad o a otras causas. En conjunción con el esfuerzo directo, la deformación se supone como un cambio lineal y se mide en unidades de longitud. En los ensayos de torsión se acostumbra medir la deformación cómo un ángulo de torsión (en ocasiones llamados detrusión) entre dos secciones especificadas.

Cuando la deformación se define como el cambio por unidad de longitud en una dimensión lineal de un cuerpo, el cual va acompañado por un cambio de esfuerzo, se denomina deformación unitaria debida a un esfuerzo. Es una razón o numero no dimensional, y es, por lo tanto, la misma sin importar las unidades expresadas (figura 17), su cálculo se puede realizar mediante la siguiente expresión:

 = e / L (14)

donde,

 : es la deformación unitaria

e : es la deformación

L : es la longitud del elemento