Deformación de materiales

INTRODUCCIÓN

Mediante el estudio de los elementos estructurales usados cotidianamente  a lo largo de la carrera de Ingeniería Industrial nos damos cuenta que cada vez que nos profundizamos mas en el estudio de las distintas condiciones y los entornos a los que se ven sometidos estos elementos van apareciendo términos, definiciones, ensayos, pruebas, etc. muy novedosos los cuales están inmersos íntimamente con el trabajo propio de nuestra carrera.

Entonces debido a esto  nace la rama denominada resistencia de materiales, la cual establece las relaciones entre las cargas aplicadas y los efectos en el interior de los elementos estructurales partiendo de los principios de la mecánica.

En el presente trabajo veremos como esas fuerzas aplicadas interactúan en los distintos elementos cambiando sus propiedades, ya sea de manera definitiva o de tal manera que el elemento recupera su estado original, así mismo verificaremos mediante ensayos y graficas los diferentes estados por los que pasa un elemento estructural sometido a una carga.

Permitiéndonos así el uso de datos e informaciones reales que nos dan como resultado trabajos más confiables y seguros.

En el presente se ha utilizado como material estructural la madera de Eucalipto, por ser más accesible en nuestra zona.

CAPITULO I

1. OBJETIVOS:

• OBJETIVO GENERAL:

• Realizar el estudio de las distintas fuerzas que interactúan en un elemento estructural.

• OBJETIVOS ESPECIFICOS:

• Realizar el estudio de la compresión en un elemento estructural.
• Realizar el ensayo de compresión axial en un elemento de madera.
• Obtener la grafica Esfuerzo- Deformación de un elemento de madera.
• Obtener la carga ultima soportada por un elemento de madera en el momento de la falla.
• Encontrar el Modulo de Elasticidad de los elementos ensayados.

1. JUSTIFICACIÓN

Debido al alto uso de materiales estructurales en el campo laboral de la Ingeniería Estructural se hace imprescindible realizar estudios de comportamiento estático y dinámico de dichas elementos, por ende el campo de la resistencia de materiales y el estudio de las fuerzas que interactúan en estos materiales es de vital importancia.

CAPITULO II

REVISIÓN DE LITERATURA

FUERZAS EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Definición: Para estudiar los efectos de las cargas aplicadas en un elemento, es necesario conocer la magnitud de las fuerzas internas en la estructura. Las fuerzas externas son las que están fuera de los elementos y  mantienen  unidas todas las partes del cuerpo (Beer y Johnston, 1979; Singer y Pytel, 1982,).

La forma de obtener las fuerzas representa de forma global el procedimiento típico del análisis estructural, importante tener siempre en cuenta para cualquier estudio de un sistema estructural. Primero se aísla el elemento o miembro de una disposición particular de elementos estructurales. Sobre este se indica todas las fuerzas aplicadas y reacciones que actúan sobre él. Esta indicación de fuerzas se denomina diagrama de cuerpo libre del elemento (ver Fig. 1).

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Fig.1

Según Resistencia de materiales. (p. 2), por Singer, F. y Pytel, A.1982. México, D.F., México: Harla, s.a. de c.v.)

Estos efectos en los elementos estructurales son los esfuerzos y las deformaciones que producen las cargas. Las reacciones se determinan por aplicación de las ecuaciones de la estática. En problemas hiperestáticos, las ecuaciones de la estática se complementan con consideraciones cinemáticas.

En el punto en que se desee la magnitud del esfuerzo se hace pasar un plano de corte perpendicular al eje del cuerpo, y parte de éste, a uno u otro lado de la sección, se separa completamente (véase Fig. 1). En la sección que se investiga se determina el sistema de fuerzas necesario para mantener en equilibrio la parte aislada del elemento.

Una vez resuelto en forma apropiada el sistema de fuerzas que actúa en la sección, las fórmulas establecidas permitirán determinar los esfuerzos en la sección considerada. Si se sabe la magnitud del esfuerzo máximo en una sección, se podrá especificar el material apropiado para ella; o, recíprocamente, si se conocen las propiedades físicas de un material, es posible seleccionar un elemento del tamaño adecuado.

En algunos otros problemas, el conocimiento de la deformación en una sección arbitraria de un elemento, originada por las fuerzas, permitirá predecir la deformación de la estructura en conjunto y, por tanto, si fuera necesario, diseñar elementos que no se flexionen o comben excesivamente. (Popov, 1996)

Planos de estudio:

El efecto de las fuerzas depende de la elección y orientación de la sección a estudiar. En general se estudia el plano XY donde desaparecen tres componentes y queda P, V, M.

Si se orienta un plano de forma tal que se elimine el corte y la resultante sea perpendicular al plano, el efecto de tensión obtenido es el máximo; esta fuerza es la que en resistencia de materiales se estudia para que la estructura resista los efectos internos máximos a cualquier combinación de cargas. Conseguir esta orientación del plano es difícil de lograr, por lo tanto se analizan en planos colocados en la perpendicular al eje del elemento en cualquier  sección (Singer y Pytel, 1982).

Tipos de Fuerzas:

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Fig. 2.

 Componentes de fuerzas (Nota: Según Resistencia de materiales. (p. 3), por Singer, F. Pytel, A. 1982. México, D.F., México: Harla, S.A. de C.V.)

Según el esquema de la Figura 2 son:

1. Fuerza Axial (Pxx): Realiza la acción de tirar y se representa por la fuerza de tracción (tendencia al alargamiento) y de compresión (tendencia a acortarlo). Se simboliza por P (véase Figura 2 y 3).

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Fig. 3.

Fuerzas de tracción (a) y compresión (b).

1. Fuerza Cortante (Pxy, Pxz): Realiza la acción de deslizamiento de una porción de la sección respecto a la otra. Se simboliza por V (véase Figura 2 y 4).

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Fig. 4.

Fuerza cortante.

1. Momento flector (Mxy, Mxz): Realiza la acción de curvar el cuerpo o flexionarlo respecto a los ejes Y o Z. Se simboliza por My o Mz (véase Figura 2 y 5).

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Fig. 5.

Momento de flexión.

1. Momento torsor (Mxx): Realiza la torsión sobre el sólido (véase Figura 2 y 6). Se simboliza por T o Mt (Singer y Pytel, 1982)

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Fig. 6.

Momento de torsión.

FUERZAS DE COMPRESION EN ELEMENTOS

Definición: La compresión es una presión que tiende a causar una reducción de volumen. Cuando se somete un material a una fuerza de flexión, cizalladura o torsión, actúan simultáneamente fuerzas de tensión y de compresión. Por ejemplo, cuando se flexiona una varilla, uno de sus lados se estira y el otro se comprime.

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