ESFUERZO Y DEFORMACIONES

MÓDULO I: ESFUERZO Y DEFORMACIONES

FUERZAS INTERNAS

1. Introducción

En el estudio estático de cuerpos y estructuras, se determina la resultante de las fuerzas y se

averigua si el cuerpo está en equilibrio o no. Si la resultante es nula el cuerpo está en equilibrio estático,

condición general de las estructuras; si la resultante es diferente de cero, se suman las fuerzas

inerciales para obtener un equilibrio dinámico.

Por otra parte la rama denominada resistencia de materiales, establece las relaciones entre las

cargas aplicadas y los efectos en el interior de los elementos estructurales partiendo de los principios de

la mecánica. Por lo cual es fundamental comprender los principios de la mecánica y sus aplicaciones.

2. Definición

Para estudiar los efectos de las cargas aplicadas, es necesario conocer la magnitud de las

fuerzas internas. Las fuerzas internas son las que están en el interior de los elementos y son las que

mantienen unidas todas las partes del cuerpo.

2.1. Formas de estudiar las Fuerzas Internas

La forma de obtener las fuerzas internas 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. Las reacciones se

determinan mediante la aplicación de las

ecuaciones de la estática, en los problemas

hiperestáticos las ecuaciones de la estática

se complementa con consideraciones

cinemáticas.

En la figura 1 el plano a-a corresponde a un plano de corte perpendicular al cuerpo

Figura 1. Universidad de Santiago de Chile

Página 2 Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Mecánica

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.

En la sección que se investiga se determina el sistema de fuerzas internas 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 internas, permitirá predecir la deformación de la estructura en

conjunto y, por tanto, si fuera necesario, diseñar elementos que no se flexionen o cambien

excesivamente.

2.2. Planos de Estudio

El efecto interno depende de la elección y orientación de la sección a estudiar. 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.

3. Notación y Componentes

Por convención se utiliza la siguiente notación; el primer subíndice indica el plano sobre la que

actúa la fuerza y el segundo la dirección de cada una.

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