RESISTENCIA DE MATERIALES EN LA INGENIERÍA CIVIL

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.