RESISTENCIA DE MATERIALES CONCEPTO DE ESFUERZO

SUBTEMA:

1.1 Esfuerzo normal

I. INTRODUCCIÓNEn el presente trabajo vamos a ver a grandes rasgos algunos conceptos que intregran la materia de Tecnología de los Materiales, los cuales nos serviran para poder tener en claro algunas ideas que nos serviran para tener una comprensión mas clara de dicha materia, asi mismo nos permitira familiarizarnos con la industria del acero sus tratamientos y aplicaciones a la industria y a la vida diaria, algunos de los conceptos que trataremos sera: Historia de los materiales y su evolucion a travez de loa años, veremos que esto ha ejercido cierta influencia en las sociedades de todo el mundo, veremos la clasificacion de los materiales como son los metales, cerámicos y los plásticos, asi tambien veremos las propiedades físicas y químicas de dichos materiales y el como conocerlas nos permite trabajar de una manera mas eficiente con ellos tambien veremos las estructuras cristalinas, el como conocer la estructura interna de los materiales nos permite darles un mejor uso y que puedan se de mejor aprovechamiento, asi tambien los tratamientos termicos que dichos materiales pueden recibir con el objeto de darles una mayor durabilidad y mejor aplicaciones a la industria, otro aspecto que

trataremos sera los aceros y como su uso y aplicaciones a lo largo del tiempo ha evolucionado y mejorado, algo que no podria faltar son los enlaces químicos y como conocerlos nos da ideas sobre el uso y aplicación de los materiales, anexaremos tambien un pequeño laboratorio de maquinas que su uso es las famosas pruebas de tensión, dureza, fatiga e impacto, las cuales nos permiten checar la calidad de los materiales de una manera cualitativa y cuantitativa veremos la grafica de Hierro Carburo de Hierro, la cual es usada en los procesos de fundición del acero, dicha grafica es de singular uso, ya que en ella se pueden observar todos los procesos de fundición del acero y de cómo este se trabaja, agregaremos tambien algunas microfotografias de las estructuras de la austenita, ferrita y otras, en ellas se puede observar los granos y tambien que distingue a una de la otra, es decir la micro estructura de los aceros, a lo largo de de este curso se prodran ver muchos conceptos que en su totalidad nos permiten asimilar como la industria de los materiales ha progresado y que aun los ingenieros hoy en dia trabajan con el unico fin de descubrir nuevos materiales y reinvantar los ya conocidos con el fin de mejorar la economia y poder aprovechar de manera optima los recursos que se tienen a la mano, a lo largo de las ultimas decadas este ha sido el queacer de la industria, no tan solo en los materiales sino en todas sus ramas, la evolucio de la industria y los nuevos tiempos traenmayores necesidades y es responsabilidad nuesra la optimizacion de los procesos industriales. Todas las industrias hoy buscan mejorar los procesod y poder reusar als mermas, todo como una cultura de reciclaje y mejora de la industria, la economia y el bienestar de la comunidad en conjunto; este trabajo tratara de darnos esas ideas para ser mas concientes y ademas para mejorar nuestro conocimiento de la ciencia y la tecnología de los materiales, debido a que no podemos quedarnos ausentes de los cambios que en nuestra industria se generan momento a momento, es de gran importancia el conocimiento de dichas tecnologías, aunque estas no esten presentes en nuestra vida de manera constante; esperamos que este material sea de provecho y utilidad para de uno u otro modo mejorar nuestra cultura de la industria y del uso adecuado y conciente de la materia prima, que de uno u otro modo debemos de ser cuidadosos en el uso que pretendamos darle a este recurso, los cambios dia con dia son irremediables y somos victimas de ellos y tenemos que caminar de la mano y a la par con ellos para poder sobrevivir económicamente, como economia nacional y vomo una economia individual, vera en este trabajo cada uno de los conceptos básicos que ayudan a saber y conocer mas de los materiales, ojala a medida que lo lea pueda disfrutar de el y hacer un uso correcto, el material es introductorio y no pretende ser un estudio detallado de los conceptos. Antes bien proporciona ideas y conceptos claros de esta ciencia y tecnología de los materiales, para el aprendis nuevo y deseoso de buscar.

II. OBJETIVOS

Objetivos Principal El principal objetivo de este documento es dotar al alumno de una serie de imágenes de su vida cotidiana que le permitan entender y recordar en el futuro

determinados conceptos básicos relacionados con las estructuras y la resistencia de materiales.

Objetivos específicos

Distinguir los esfuerzos normales Reconocer el eje fuerte y el eje débil de una sección.

a. Competencia: Competencia General que se busca desarrollar en la unidad

C. Enlace:

Para abordar este tema es necesario que el estudiante de ingeniería civil de la escuela de ingenieros militares, tenga interés en aprender y desarrollar los temas expuestos por el docente donde la asignatura de Impacto Ambiental es la última materia de la línea a desarrollar.

TAREA Identificar y reconocer los conceptos del estudio y la el impacto ambiental.

CONDICIÓN En el aula virtual BLACKBOARD, mediante la proyección de diapositivas, explicación presencial por parte del instructor.

NORMA Al término de la instrucción el estudiante podrá establecer por medio de las diferentes normas y decretos relacionados con El Impacto Ambiental

II. DESARROLLO DEL TEMA

CONCEPTO DE ESFUERZO NORMAL

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).

Esfuerzo y deformación uniaxial.

Esfuerzo y deformación biaxial

Esfuerzo y deformación triaxial.

Esfuerzo y deformación por flexión.

Esfuerzo y deformación por torsión.

Esfuerzo y deformación combinados.

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).

Esfuerzo normal.

Esfuerzo cortante.

Esfuerzos normales, son aquellos debidos a fuerzas perpendiculares a la sección transversal.

Esfuerzos axiales, son aquellos debidos a fuerzas que actúan a lo largo del eje del elemento.

Los esfuerzos normales axiales por lo general ocurren en elementos como cables, barras o columnas sometidos a fuerzas axiales (que actúan a lo largo de su propio eje), las cuales pueden ser de tensión o de compresión. Además de tener resistencia, los materiales deben tener rigidez, es decir tener capacidad de oponerse a las deformaciones (d) puesto que una estructura demasiado deformable puede llegar a ver comprometida su funciona1idad y obviamente su estética. En el caso de fuerzas axia1es (de tensión o compresión), se producirán en el elemento alargamientos o acortamientos, respectivamente, como se muestra en la figura 10 (SALAZAR, 2001).

Una forma de comparar la deformación entre dos elementos, es expresarla como una deformación porcentual, o en otras palabras, calcular la deformación que sufrirá una longitud unitaria del material, la cual se denomina deformación unitaria e. La deformación unitaria se calculará como (SALAZAR, 2001):

e = d /Lo (5)

donde,

e: deformación unitaria,

d: deformación total.

Lo: longitud inicial del elemento deformado.

Algunas características mecánicas de los materiales como su resistencia (capacidad de oponerse a la rotura), su rigidez (capacidad de oponerse a las deformaciones) y su ductilidad (capacidad de deformarse antes de romperse), por lo general se obtienen mediante ensayos en laboratorio (resistencia de materiales experimental), sometiendo a pruebas determinadas porciones del material (probetas normalizadas) para obtener esta información. Parece que el primero que realizó ensayos para conocer la resistencia de alambres fue Leonardo Da Vinci, pero probablemente el primero en sistematizar la realización de ensayos y en publicar sus resultados en forma de una ley fue Robert Hooke, sometiendo alambres enrollados (resortes), a la acción de diferentes cargas y midiendo las deformaciones producidas, lo que le permitió enunciar los resultados obtenidos en forma de ley (“como la tensión así es la fuerza”), en su tratado publicado en 1678; esto es lo que se conoce en su forma moderna como la LEY DE HOOKE (SALAZAR, 2001).

La mejor manera de entender el comportamiento mecánico de un material es someterlo a una determinada acción (una fuerza) y medir su respuesta (la deformación que se produzca). De este procedimiento se deducen las

características acción – respuesta del material. Debido a que la fuerza y la deformación absolutas no definen adecuadamente para efectos comparativos las características de un material, es necesario establecer la relación entre el esfuerzo (s) y la deformación unitaria (e). muestra una relación directa entre el esfuerzo aplicado y la deformación producida: a mayor esfuerzo, mayor deformación (SALAZAR, 2001).

Relación directa entre el esfuerzo aplicado y la deformación producida (Ley de Hooke).

La ecuación de la recta, en la figura 11, está dada por:

s = m e (6)

donde,

m = tan a = E

La pendiente de la recta, se conoce como el módulo de elasticidad, y en los ensayos con fuerzas tensoras, se conoce como Módulo de Young, en honor de Thomas Young. Entonces, la ecuación (6) se convierte en la expresión de la Ley de Hooke, como:

s = E e (7)

En el comportamiento mecánico de los materiales es importante conocer la capacidad que estos tengan de recuperar su forma cuando se retira la carga que actúa sobre ellos. La mayoría de los materiales tienen una respuesta elástica hasta cierto nivel de la carga aplicada y a partir de ella ya no tendrán la capacidad de recuperar totalmente su forma original una vez retirada la carga, porque se comportan plásticamente. Lo anterior se conoce como comportamiento elasto – plástico y se muestra en la figura 12 (SALAZAR, 2001).

Fuerza. Son esfuerzos que se pueden clasificar debido a las fuerzas. Generan desplazamiento. Dependiendo si están contenidos (o son normales) en el plano que contiene al eje longitudinal tenemos:

Contiene al eje longitudinal:

Tracción. Es un esfuerzo en el sentido del eje. Tiende a alargar las fibras.

Compresión. Es una tracción negatia. Las fibras se acortan.

Normal al plano que contiene el eje longitudinal:

Cortadura. Tiende a cortar las piezas mediante desplazamiento de las secciones afectadas.

Momento. Son esfuerzos que se pueden clasificar debido a los momentos. Generan giros. Dependiendo si están contenidos (o son normales) en el plano que contiene al eje longitudinal tenemos:

Contiene al eje longitudinal:

Flexión. El cuerpo se flexa, alargándose unas fibras y acortándose otras.

Normal al plano que contiene el eje longitudinal:

Torsión. Las cargas tienden a retorcer las piezas.

Otros:

Esfuerzos compuestos. Es cuando una pieza se encuentra sometida simultáneamente a varios esfuerzos simples, superponiéndose sus acciones.

Esfuerzos variables. Son los esfuerzos que varían de valor e incluso de signo. Cuando la diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo es 0, el esfuerzo se denomina alternado. Pueden ocasionar rotura por fatiga.

Ensayo de tracción

A menudo se realizan una serie de pruebas a los materiales (fundamentalmente metales) para ver su comportamiento, a estas prueba se les llama ensayos. A partir de estos, se puede determinar:

Sus características para una posible utilizaciónLos defectos de las piezas ya terminadas.

ALARGAMIENTOS ELÁSTICOS. Los alargamientos son pequeños y proporcioales a los esfuerzos. Cuando el esfuerzo cesa la probeta recupera su estado inicial. ZONA ELÁSTICA.

Período 2. ALARGAMIENTOS PERMANENTES. Los alargamientos son grandes, cuando cesa la fuerza, la deformación permanece. ZONA PLÁSTICA.

Período 3. ALARGAMIENTOS LOCALIZADOS. Cuando la carga llega a cierto valor, el alargamiento se localiza en una zona concreta (hacia el centro de la probeta) llamada ZONA DE ESTRICCIÓN.

III. CONCLUSIÓN

Esta práctica ha sido muy útil para la comprensión de la disposición de los átomos en un parámetro de red, asi como también diferenciar la diferencia entre estructuras compactas y no compactas,

ya que al verlas representadas en la realidad aprecias sus diferencias con mucha más claridad que dibujadas en el papel, también aprecias con mas claridad el ángulo que forman los enlaces de los átomos entre ellos, encuentro esta práctica bastante interesante.

A. Comprobación: El conocimiento adquirido a la hora de identificar, distinguir y reconocer las características que se pueden ver en los conceptos desarrollados en El Impacto Ambiental. Se deben colocar archivos de videos, libros, presentaciones en internet donde el estudiante puede complementar el contenido temático Consultar pagina web para profundizar conceptos de Impacto ambiental

B. Crítica: El alumno podrá realizar interrogantes que los enviara al docente de la materia para que el de esta misma manera le dé la respuesta correcta en los términos que el alumno los pida.

C. Resumen y remotivación: Con la retroalimentación necesaria los alumnos podrán despejar dudas que hayan quedado o surgido a medida que se trató tema, de tal manera que el alumno pueda resolver las diferentes interrogantes que el docente le coloque.

IV. MEDIDAS DE SEGURIDAD

Normas de conductas adecuadas en el aula de clase y evacuación según el plan de evacuación del recinto.

V. BIBLIOGRAFIA

Colocar toda la referencia bibliográfica desde donde tomaron el tema:

Fundamentos de la ciencia de los materiales

William F. Smith 2da. Edicion

Mc-Graw-Hill

http://www.cmpl.ipn.mx/Area_Tecnica/Glosario.htm

www.monografias.com

www.estructurascristalinas.com

Apuntes de Tecnologia de los Materiales II.

A. Perez-Garcia, A. Martinez, E. Fenollosa, and A. Alonso, Introducción a las estructuras de edificación. Valencia: Editorial UPV, 2007, p. 300.