Esfuerzo De Las Estructuras

MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL

Esfuerzos básicos

Tensión simple

Es la diferencia de potencial que existe en cada una de las ramas monofásicas de un sistema trifásico.

- Las tensiones simples forman un sistema trifásico:

Vrn Vsn Vtn

Compresión Simple

El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección (Coeficiente de Poisson).

En general, cuando se somete un material a un conjunto de fuerzas se produce tanto flexión, como cizallamiento o torsión, todos estos esfuerzos conllevan la aparición de tensiones tanto de tracción como de compresión. Aunque en ingeniería se distingue entre el esfuerzo de compresión (axial) y las tensiones de compresión.

En un prisma mecánico el esfuerzo de compresión puede ser simplemente la fuerza resultante que actúa sobre una determinada sección transversal al eje baricéntrico de dicho prisma, lo que tiene el efecto de acortar la pieza en la dirección de eje baricéntrico. Las piezas prismáticas sometidas a un esfuerzo de compresión considerable son susceptibles de experimentar pandeo flexional, por lo que su correcto dimensionado requiere examinar dicho tipo de no linealidad geométrica.

Ensayo de comprensión

Los ensayos practicados para medir el esfuerzo de compresión son contrarios a los aplicados al de tracción, con respecto al sentido de la fuerza aplicada. Tiene varias limitaciones:

• Dificultad de aplicar una carga concéntrica o axial, sin que aparezca pandeo.

• Una probeta de sección circular es preferible a otras formas.

El ensayo se realiza en materiales:

• Duros.

• Semiduros.

• Blandos.

Flexión simple

Es el esfuerzo que tiende a doblar el elemento resistente. Aparece cuando una carga actúa sobre el elemento perpendicular a su longitud y sus extremos están apoyados. Cuando un elemento se dobla, una parte se acorta (compresión) y otra se alarga (tracción). Entre esas dos partes, hay una línea imaginaria, llamada línea neutra que aunque se curva mantiene su longitud y no sufre esfuerzo alguno. Por tanto, se puede decir que la flexión es una combinación de esfuerzos de tracción y compresión.

Se dice que la flexión es simple cuando la deformada del eje de la barra es una curva contenida en el plano de las solicitaciones.

Si el plano de las solicitaciones pasa por uno de los ejes principales de inercia de la sección transversal, entonces la flexión se denomina simple ó plana.

Corte simple

Es el esfuerzo que tiende a separar dos partes del elemento resistente deslizándose una sobre otra.

Estructuras Combinadas

Pandeo

El pandeo es un fenómeno de inestabilidad elástica que puede darse en elementos comprimidos esbeltos, y que se manifiesta por la aparición de desplazamientos importantes transversales a la dirección principal de compresión.

En ingeniería estructural el fenómeno aparece principalmente en pilares y columnas, y se traduce en la aparición de una flexión adicional en el pilar cuando se halla sometido a la acción de esfuerzos axiales de cierta importancia.

La aparición de deflexión por pandeo limita severamente la resistencia en compresión de un pilar o cualquier tipo de pieza esbelta. Eventualmente, a partir de cierto valor de la carga axial de compresión, denominada carga crítica de pandeo, puede producirse una situación de inestabilidad elástica y entonces fácilmente la deformación aumentará produciendo tensiones adicionales que superarán la tensión de rotura, provocando la ruina del elemento estructural. Además del pandeo flexional ordinario existe el pandeo torsional o inestabilidad elástica provocado por un momento torsor excesivo.

Existen diferentes maneras o modos de fallo por pandeo. Para un elemento estructural frecuentemente hay que verificar varios de ellos y garantizar que las cargas están lejos de las cargas críticas asociadas a cada modo o manera de pandear. Los modos típicos son:

• Pandeo flexional. Modo de pandeo en el cual un elemento en compresión se flecta lateralmente sin giro ni cambios en su sección transversal.

• Pandeo torsional. Modo de pandeo en el cual un elemento en compresión gira alrededor de su centro de corte.

• Pandeo flexo-torsional. Modo de pandeo en el cual un elemento en compresión se flecta y gira simultáneamente sin cambios en su sección transversal.

• Pandeo lateral-torsional. Modo de pandeo de un elemento a flexión que involucra deflexión normal al plano de flexión y, de manera simultánea, giro alrededor del centro de corte

Flaneo o Torsion

En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.

La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él (ver torsión geométrica).

El estudio general de la torsión es complicado porque bajo ese tipo de solicitación la sección transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenómenos:

1. Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal. Si estas se representan por un campo vectorial sus líneas de flujo "circulan" alrededor de la sección.

2. Cuando las tensiones anteriores no están distribuidas adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la sección tenga simetría circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.

El alabeo de la sección complica el cálculo de tensiones y deformaciones, y hace que el momento torsor pueda descomponerse en una parte asociada a torsión alabeada y una parte asociada a la llamada torsión de Saint-Venant. En función de la forma de la sección y la forma del alabeo, pueden usarse diversas aproximaciones más simples que el caso general.

Punzonado o corte

El punzonado es una operación mecánica con la cual mediante herramientas especiales aptas para el corte se consigue separar una parte metálica de otra obteniéndose una figura determinada.

La relación entre espeso S de la chapa y el diámetro D del punzón resulta a S/D para la chapa de hierro y punzón de acero, con valor de 1,2 máximo.

Por lo tanto la chapa de hierro, para ser cortada debe tener un espesor menor o igual al diámetro del punzón (D).

Fuerza y trabajo de corte

Fc=p•e•Rd

Wo=X•Fc•e

donde:

Fc Fuerza de corte que se tiene que aplicar para producir el punzonado

p Desarrollo del corte (perímetro de la geometría a cizallar)

e Espesor de la chapa

Rd Tensión de cizallado2

Wc Trabajo de corte

X Factor que tiene en cuenta la irregularidad de la fuerza de corte (Varia entre 0.5-0.8).

Tolerancia de corte de la matriz

Para realizar un agujero de una dimensión concreta en una chapa de un espesor determinado el punzón debe tener la misma dimensión que el agujero deseado y la matriz deberá tener una dimensión un poco mayor.

Esa diferencia de dimensiones es conocida como tolerancia de corte de la matriz. Es muy importante que la tolerancia de corte de la matriz este uniformemente repartida alrededor de la medida del punzón incluso en las esquinas.

La tolerancia de corte adecuada es aquella que hace coincidir las fracturas de corte generadas por el punzón y por la matriz.

Si utilizamos una matriz con tolerancia demasiado ajustada se crearán dos fracturas que no se en contrarán.

Inconvenientes de una tolerancia demasiado ajustada:

• Al ser la tolerancia menor implicará que sea necesaria mayor fuerza para cortar

• El utillaje puede sufrir un mayor desgaste por el hecho de necesitar mas fuerza en la operación de corte.

• Podría llegar a crear más rebabas por laminación.

• Es necesaria mayor fuerza de extracción.

Por otro lado, si utilizamos una tolerancia demasiado grande se generará una curvatura mayor alrededor del agujero y las rebabas serán mayores.

Calculo de la tolerancia de corte

La tolerancia de corte adecuada de una matriz varía con el espesor y con el tipo de material de la chapa (normalmente se obtiene de un porcentaje con relación al espesor de la chapa).

Como regla general se puede establecer que a mayor esfuerzo de corte del material y mayor espesor de chapa la tolerancia de corte debe ser mayor. Por ejemplo, para chapas de un mismo espesor se necesitará una tolerancia de corte mayor para el inoxidable que para una de acero o de aluminio. Por otro lado una chapa de 6 mm. de espesor necesitará más tolerancia que una chapa de 1 mm.

Los valores de la tolerancia pueden variar desde un 15% a un 25% del espesor de material en función del espesor y tipo de material. Como regla general se podría aplicar como tolerancia de corte un 15% para el aluminio, un 20% para el acero y un 20-25% para el inoxidable.

Beneficios de utilizar una tolerancia de corte adecuada:

• Menor rebaba y curvatura en los agujeros

• Agujeros

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