Resistencia de materiales Robert Mott 5ta edicion.pdf

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  • Q u i n t a ed ic in

    Resistencia de Materiales

    P EARSO N

    Robert L. M ott

  • RESISTENCIA DE MATERIALES

  • RESISTENCIA DE MATERIALESQuinta edicin

    ROBERT L. MOTTUniversity of Dayton

    TRADUCCIN

    Rodolfo Navarro SalasIngeniero mecnicoUniversidad Nacional Autnoma de Mxico

    REVISIN TCNICA

    Mario Antonio Ramrez FloresEscuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica Unidad Azcapotzalco-lnstituto Politcnico Nacional Mxico

    Emilio Brito MartnezUnidad Profesional Interdisdplinaria de Ingeniera y Tecnologa Avanzadas Instituto Politcnico Nacional Mxico

    PEARSON

    cae

    M xico Argentina Brasil C olom bia Costa R ica C hile Ecuador Espaa Guatemala Panam Per P uerto R ico Uruguay Venezuela

  • / Datos de catalogacin bibliogrfica

    M o t t , R o b e r t l .

    Resistencia de materialesQuinta edicin

    PEARSON EDUCACIN, Mxico, 2009

    ISBN: 978-607-442-047-0

    rea: Ingeniera

    Formato: 20 X 255 cm Pginas: 792

    Authorized translation from the English language edition, entitled Applied Strength o f Materials, 5th edition, by Robert L. Mott published by Pearson Education, Inc., publishing as PRENTICE HALL, INC., Copyright 2008. All rights reserved.ISBN 9780132368490

    Traduccin autorizada de la edicin en idioma ingls titulada, Applied Strength o f Materials, 5a edicin, por Robert L. Mott, publicada por Pearson Education, Inc., publicada como PRENTICE HALL, INC., Copyright 2008. Todos los derechos reservados.

    Esta edicin en espaol es la nica autorizada.

    Edicin en espaolEditor Luis Miguel Cruz Castillo

    e-mail: luis.cruz@pearsoned.com Editor de desarrollo: Bernardino Gutirrez HernndezSupervisor de produccin: Juan Jos Garca Guzmn

    QUINTA EDICIN, 2009

    Edicin en inglsEditor in Chief: Vemon R. AnthonyEditor Erik KrassowEditorial: Nancy KestersonProject Manager: Kevin HappellDesing Coordinator Diane EmsbergerCover Designer: Jeff VanikCover art: Getty ImagesProduction Manager. Deidra SchwartzDirector of Marketing: David GesellExecutive Marketing Manager DerrilTrakaloMarketing Assistant: Les Roberts

    D.R. 2009 por Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V Atlacomulco 500-5 piso Col. Industrial Atoto53519, Naucalpan, de Jurez, Estado de Mxico

    Cmara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. nmero 1031.

    PRENTICE HALL es una marca registrada de Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V

    Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicacin pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un sistema de recuperacin de informacin, en ninguna forma ni por ningn medio, sea electrnico, mecnico, fotoqumico, magntico o electroptico, por fotocopia, grabacin o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor.

    El prstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesin de uso de este ejemplar requerir tambin la autorizacin del editor o de sus representantes.

    ISBN: 978-607-442-047-0

    Impreso en Mxico. Printed in Mexico.

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 1 1 1009 08

    PEA R SO N

    caeb

  • Contenido

    Prefacio xi

    1 Conceptos bsicos de resistencia de materiales

    La imagen completa 2

    1-1 Objetivo de este libro: garantizar la seguridad 5

    1-2 Objetivos de este captulo 141-3 Procedimiento de solucin de problemas 141-4 Sistemas de unidades bsicas 15

    1-5 Relacin entre masa, fuerza y peso 16

    1-6 Concepto de esfuerzo 18

    1-7 Esfuerzo normal directo 20

    1-8 Elementos de esfuerzo para esfuerzos normales directos 231-9 Concepto de deformacin 24

    1-10 Esfuerzo cortante directo 24

    1-11 Elementos de esfuerzo en esfuerzos cortantes 30

    1-12 Tamaos preferidos y perfiles estndar 30

    1-13 Anlisis experimental y computacional de esfuerzos 38

    Propiedades de diseo de materiales 53

    La imagen completa 54

    2-1 Objetivos de este captulo 55

    2-2 Propiedades de diseo de materiales 552-3 Acero 71

    2-4 Hierro fundido 77

    2-5 Aluminio 78

    2-6 Cobre, latn y bronce 80

    2-7 Zinc, magnesio, titanio y aleaciones de nquel 80

    2-8 No metales en ingeniera de diseo 822-9 Madera 82

    2-10 Concreto 83

  • vi Contenido

    2-11 Plsticos 86

    2-12 Compuestos 88

    2-13 Seleccin de materiales 103

    Esfuerzo directo, deformacin y diseo 111

    La imagen completa 1123-1 Objetivos de este captulo 114

    3-2 Diseo de miembros sometidos a tensin o compresin directa 115

    3-3 Esfuerzos normales de diseo 115

    3-4 Factor de diseo 116

    3-5 Mtodos de diseo y guas para seleccionar factores de diseo 118

    3-6 Mtodos de calcular esfuerzo de diseo 1223-7 Deformacin elstica en miembros sometidos a tensin y compresin 127

    3-8 Deformacin provocada por cambios de temperatura 133

    3-9 Esfuerzo trmico 137

    3-10 Miembros hechos de ms de un material 140

    3-11 Factores de concentracin de esfuerzo con esfuerzos axiales directos 1433-12 Esfuerzo de apoyo 147

    3-13 Esfuerzo de apoyo de diseo 151

    3-14 Esfuerzo cortante de diseo 157

    Esfuerzo cortante torsional y deformacin torsional 185

    La imagen completa y actividad 186

    4-1 Objetivos de este captulo 190

    4-2 Par de torsin, potencia y velocidad de rotacin 191

    4-3 Esfuerzo cortante torsional en miembros con seccionestransversales circulares 194

    4-4 Derivacin de la frmula del esfuerzo cortante torsional 1974-5 Momento polar de inercia de barras circulares slidas 198

    4-6 Esfuerzo cortante torsional y momento polar de inercia de barras circulares huecas 199

    4-7 Diseo de miembros circulares sometidos a torsin 201

    4-8 Comparacin de miembros circulares slidos y miembros circulares huecos 205

    4-9 Concentraciones de esfuerzo en miembros sometidos a torsin 208

    4-10 Torsin-deformacin torsional elstica 215

    4-11 Torsin en secciones no circulares 226

    Fuerzas cortantes y momentos flexionantes en vigas 239

    La imagen completa y actividad 240

    5-1 Objetivos de este captulo 245

  • Contenido v i i

    5-2 Cargas en vigas, apoyos y tipos de vigas 2465-3 Reacciones en los apoyos 254

    5-4 Fuerzas cortantes y momentos flexionantes en el caso de cargas concentradas 258

    5-5 Indicaciones para trazar diagramas de vigas con cargas concentradas 263

    5-6 Fuerzas cortantes y momentos flexionantes en el caso de cargas distribuidas 270

    5-7 Formas generales encontradas en diagramas de momento flexionante 2765-8 Fuerzas cortantes y momentos flexionantes en vigas en voladizo 277

    5-9 Vigas con cargas distribuidas linealmente variables 279

    5-10 Diagramas de cuerpo libre de componentes de estructuras 281

    5-11 Anlisis matemtico de diagramas de vigas 285

    5-12 Vigas continuas: Teorema de los tres momentos 296

    Centroides y momentos de inercia de reas 314

    La imagen completa y actividad 315

    6-1 Objetivos de este captulo 317

    6-2 Concepto de centroide: perfiles simples 3176-3 Centroide de formas complejas 318

    6-4 Concepto de momento de inercia de un rea 322

    6-5 Momento de inercia de perfiles compuestos cuyas partes tienenel mismo eje centroidal 325

    6-6 Momento de inercia de perfiles compuestos. Caso general:uso del teorema del eje paralelo 327

    6-7 Definicin matemtica del momento de inercia 3306-8 Secciones compuestas hechas de perfiles comercialmente disponibles 331

    6-9 Momento de inercia de perfiles con todas las partes rectangulares 335

    6-10 Radio de giro 336

    6-11 Mdulo de seccin 340

    Esfuerzo debido a flexin 352

    La imagen completa y actividad 353

    7-1 Objetivos de este captulo 355

    7-2 Frmula de flexin 356

    7-3 Condiciones para el uso de la frmula de flexin 3597-4 Distribucin del esfuerzo en la seccin transversal de una viga 361

    7-5 Derivacin de la frmula de flexin 362

    7-6 Aplicaciones: anlisis de vigas 364

    7-7 Aplicaciones: diseo de vigas y esfuerzos de diseo 367

    7-8 Mdulo de seccin y procedimientos de diseo 369

    7-9 Concentraciones de esfuerzo 3767-10 Centro de flexin o centro de cortante 382

    7-11 Perfiles preferidos para secciones transversales de vigas 385

  • v i i i Contenido

    7-12 Diseo de vigas hechas de materiales compuestos 389

    8 Esfuerzos cortantes en vigas 413

    La imagen completa y actividad 414

    8-1 Objetivos de este captulo 415

    8-2 Importancia de los esfuerzos cortantes en vigas 4178-3 Frmula general de cortante 4188-4 Distribucin del esfuerzo cortante en vigas 424

    8-5 Desarrollo de la frmula general de cortante 4318-6 Frmulas especiales de cortante 4338-7 Esfuerzo cortante de diseo 4378-8 Flujo de cortante 439

    9 Flexiones de vigas 452La imagen completa y actividad 453

    9-1 Objetivos de este captulo 4589-2 La necesidad de considerar flexiones de vigas 4589-3 Principios generales y definiciones de trminos 460

    9-4 Flexiones de vigas con el mtodo de la frmula 4639-5 Comparacin de los tipos de apoyo de vigas 4699-6 Superposicin mediante frmulas de flexin 475

    9-7 Mtodo de integracin sucesiva 4849-8 Mtodo del rea-momento 495

    10 Esfuerzos combinados 525La imagen completa y actividad 526

    10-1 Objetivos de este captulo 528

    10-2 Elemento sometido a esfuerzo 52910-3 Distribucin de esfuerzos creada por esfuerzos bsicos 53010-4 Creacin del elemento sometido a un esfuerzo inicial 536

    10-5 Esfuerzos normales combinados 53810-6 Esfuerzos normales y cortantes combinados 54610-7 Ecuaciones para determinar esfuerzos en cualquier direccin 55110-8 Esfuerzos mximos 554

    10-9 Crculo de Mohr para determinar esfuerzo 55710-10 Condicin de esfuerzo en planos seleccionados 57210-11 Caso especial en el que los dos esfuerzos principales tienen el mismo