INTRODUCCIÓN
El objetivo principal de la Resistencia de Materiales es el de proporcionar al ingeniero los medios para analizar y diseñar estructuras o componentes capaces de soportar las cargas y acciones a las que Éstos están o pueden estar sometidos durante su vida útil. Tanto el análisis como el diseño de cualquier componente estructural conllevan la determinación de tensiones y deformaciones. Los conceptos de tensión y deformación son, por tanto, básicos en la exposición de esta materia.
La Resistencia de Materiales limita su campo de aplicación a ciertos tipos de elementos estructurales (vigas, columnas, etc.) sustentados de ciertas maneras predeterminadas (apoyos simples, articulaciones, empotramientos, etc.) y sometidas a ciertos tipos de acciones (fuerzas puntuales y repartidas, generalmente, y otras acciones definidas de forma adecuada). Esta restricción previa en cuanto a las geometrías, condiciones de apoyo y acciones consideradas permite la formulación de ciertas hipótesis de partida y de un planteamiento simplificado apto para la resolución analítica de multitud de problemas de ingeniería.
CAPÍTULO I: RESISTENCIA DE MATERIALES
1. Conceptos Fundamentales
En este capítulo se empezará a
estudiar los elementos estructurales y las estructuras desde el punto de vista
del equilibrio estático externo, es decir de la quietud en que deben estar para
que cumplan su función.
En los casos mostrados en la
figura, las reacciones se calculan mediante la aplicación de las ecuaciones de
equilibrio (suma de fuerzas igual a cero y suma de momentos igual a cero).
Aunque el cálculo de las reacciones que garanticen el reposo es fundamental,
éste es solo el primer paso en el proceso de análisis y diseño que en cada
situación llevará a la definición del tipo de material, de la forma y de las
dimensiones que harán que las estructuras sean seguras y funcionales. (Salazar
Trujillo, 2007)
1.1. Fuerzas Influyentes:
Los esfuerzos resistentes del material deben calcularse con
el fin de poder compararlos con los esfuerzos actuantes. Estos esfuerzos
dependen no solo de las dimensiones del elemento estructural sino de la forma
como estén aplicadas las cargas las cuales pueden producir esfuerzos normales o
cortantes dependiendo de que las fuerzas o momentos actuantes sean axiales,
transversales o combinados.
2. Principios Básicos de la resistencia de materiales
Como en cualquier materia, en la resistencia de materiales
se aceptan de entrada unas hipótesis iniciales que sin afectar en su esencia
los resultados de los temas de estudio simplifiquen el análisis que, de otra
manera, se haría demasiado dispendioso.
3. Tipos de Esfuerzos
3.1. Esfuerzos Normales
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.
3.2. Esfuerzos de Aplastamiento
Un caso particular de esfuerzo se presenta cuando hay un contacto entre dos superficies que se presionan entre sí, como puede ser el caso de una arandela metálica y una superficie de madera. En este caso puede presentarse un aplastamiento local de una de las superficies debido al esfuerzo de compresión que se denomina "esfuerzo de aplastamiento". Cuando este tipo de situaciones se presenta, será necesario calcular el esfuerzo permisible del material más susceptible de aplastarse, en este caso la madera para a partir del mismo calcular el área de la arandela que garantice que no se producirá aplastamiento en la madera.
4. Objetivo de Materiales
La Resistencia de Materiales, como
parte integrante de la Mecánica de Estructuras, tiene como objetivo fundamental
determinar la respuesta de las estructuras cuando Éstas se ven sometidas a las
diferentes acciones que deben soportar durante su construcción y vida útil.
La determinación de los estados de tensión es
necesaria para comprobar la satisfacción de los criterios de resistencia que
establecen las correspondientes normativas y los usos de buena práctica, de
cara a garantizar la seguridad de las estructuras. Por su parte, la determinación
de los estados de deformación suele ser necesaria para satisfacer los criterios
de rigidez,
que están a menudo ligados a requisitos de funcionalidad de las estructuras.
5. Módulos Guías
Aquí encontraremos diferentes valores sobre algunos
materiales que se deben tomar en cuenta a la hora de una construcción. (ENSIDESA,
1993)
5.1. Módulos de Elasticidad de algunos materiales
Tabla 1:
Elasticidad
Material
|
GPa
|
Kg/cm2
|
Lb/pulg2
|
Acero
|
200
|
2.1 x 106
|
30 x 106
|
Aluminio
|
70
|
0.7 x 106
|
10 x 106
|
Cobre
|
110
|
1.2 x 106
|
17 x 106
|
Concreto
|
17-31
|
0.18 x 106 – 0,32 x 106
|
2.5 x 106 - 4.5 x 106
|
Madera
|
11-14
|
0.11 x 106 – 0.14 x 106
|
1.6 x 106 – 2 x 106
|
5.2. Módulo de Cortes de algunos Materiales
Tabla 2:
Cortes
Material
|
GPa
|
Kg/cm2
|
Lb/pulg2
|
Acero
|
77
|
0.77
x 106
|
11
x 106
|
Aluminio
|
28
|
0.28
x 106
|
4
x 106
|
Bronce
|
36-44
|
0.31
x 106- 0.44 x 106
|
5.2
x 106- 6.3 x 106
|
Cobre
|
40-47
|
0.41
x 106- 0.48 x 106
|
5.8
x 106 – 6.8 x 106
|
5.3. Valores de la relación de Poisson para algunos materiales
Tabla 3:
Relación de Poisson
Material
|
Relación de Poisson μ
|
Corcho
|
0.0
|
Concreto
|
0.1-0.2
|
Acero
|
0.27-0.3
|
Caucho
|
0.47
|
BIBLIOGRAFÍA
Bickford, W. (1995). Mec·nica de Sólidos. Conceptos y
aplicaciones. España: Times Mirrow.
Blanco, E. (2019 de
Mayo de 19). Obtenido de http://cervera.rmee.upc.edu/libros/Resistencia%20de%20Materiales.pdf
Cervera Ruiz, M., &
Blanco Díaz, E. (2015). Resistencia de Materiales. Barcelona: Cimne.
ENSIDESA. (1993). Manuales
sobre la construcciÛn con acer. Publicaciones de Ensidesa.
Gere, J. (2002). Timoshenko
Resistencia de Materiales. California: International Thomson.
Salazar Trujillo, J. E.
(2007). Resistencia de Materiales para estudiantes de Ingeniería.
Colombia: Sede Manizales.
