Diccionario Técnico en Resistencia de Materiales PDF

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En este trabajo se detalla la terminología - Parte 2 Utilizada en el curso de Resistencia de Materiales...

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DICCIONARIO TÉ CNICO TÉCNICO RESISTENCIA DE LOS MATERIALES Estudia el comportamiento de los cuerpos (estructuras) cuando ejercen fuerzas externas en ellas, generando deformaciones. 1. MASA Es la resistencia que ofrecen los cuerpos a la traslación. 2. FUERZA

2.1. ¿Qué es una fuerza? La fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los cuerpos materiales. Es el nombre con el que se denomina a la interacción mecánica entre dos cuerpos. De acuerdo a su posición las fuerzas se dividen en:

2.2.

Fuerzas externas

Se denomina fuerzas externas a las fuerzas que realizan otros cuerpos o sistemas sobre el cuerpo o sistema analizado. Son las que se ejercen sobre un cuerpo desde el interior. Ejemplo: Por las fuerzas externas un cuerpo tiende a curvarse, hay tracción y comprensión.

2.3.

Fuerzas internas

Se denominan fuerzas internas a las fuerzas que mutuamente se ejercen entre si las partículas del cuerpo o sistema. Son las que se ejercen en el interior del cuerpo. Ejemplo: 

El modelo estructural de un edificio que muestra fuerzas internas durante un análisis.

3. ESFUERZO Es una fuerza interna que mide la intensidad de una fuerza por unidad de área en la que actúa. Es decir, si tenemos una fuerza de 1000 kgs. y actúa sobre un área de 100 cm2 diremos que la fuerza de 1000 kg tiene una intensidad de 10 kg/cm2; si el área hubiera sido de 10 cm2 la magnitud de la fuerza será de 100 kg/ cm2. Ejemplo:

 Un calambre es un esfuerzo de tracción para compensar el esfuerzo de 

comprensión que realiza una persona. Una señorita de tacos tiene un 80% de esfuerzo más que la que utiliza zapatillas. Mientras que la de plataforma hace un esfuerzo de 50%.

4. MOMENTO Cuando a una fuerza que actúa en un cuerpo se le multiplica por su brazo de palanca se generan momentos. 5. CONDICIONES FUNDAMENTALES DE TODA ESTRUCTURA: 5.1. Resistencia

Capacidad de soportar cargas. 5.2.

Rigidez

Capacidad de deformarse y recuperar su forma. 5.3.

Estabilidad

Capacidad de mantener su posición original. 6. EFECTOS: Los efectos axiales y de corte son generados por fuerzas, los flexionantes y de torsión son generados por pares. 6.1.

Axiales

Los efectos axiales aparecen cuando las fuerzas actúan en el centro de gravedad de la sección recta del elemento estructural y se desplazan a lo largo de su eje de simetría. Pueden ser de: 

Tracción

Esfuerzo que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tiende a estirarlo aumentando su longitud y disminuyendo su sección.



Comprensión

Esfuerzo que está sometido a un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a comprimirlo disminuyendo su longitud y aumentando su sección.

Ejemplo: El hormigón tiene buena resistencia a la comprensión pero mala resistencia a la tracción.

6.2.

De corte

Los esfuerzos cortantes o esfuerzos de cortadura provocan la aparición de tensiones de cortadura dentro de la sección en la que actúan.

6.3.

De flexión

En ingeniería se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras.

6.4.

De torsión

Este efecto surge cuando actúan, dos pares iguales en magnitud, en la misma dirección pero en sentido contrario, perpendicularmente al eje del elemento estructural en análisis. Cuando la resultante y el momento resultante son colineales se genera la torsión. (Traslación y rotación a la vez) Ejemplo: el taladro

Una fuerza externa aplicada a un cuerpo, hace que este se deforme o cambie ligeramente su forma .También produce fuerzas internas (esfuerzos) que actúan dentro del cuerpo. La Mecánica de Materiales es la ciencia que analiza los esfuerzos deformaciones producidas por la aplicación de fuerzas externas.

 Límite de Proporcionalidad (L.P.)

y las

Hasta este punto los esfuerzos son proporcionales a las deformaciones.  Limite Elástico (L.E) Alcanzado este punto de esfuerzo, el material no va a recuperar su forma y dimensiones primitivas. ejm: un carro que pisa un tarro de leche; una cucaracha que mata.  Punto de Fluencia (PF) Punto donde cesa la fuerza excitadora y el cuerpo continúa deformándose.

8.1.

Punto de Fluencia (Yieldpoint) (P.F.)

Llegado a este punto denominado punto de fluencia, significa que habrá deformaciones que se irán incrementando aún sin incremento de cargas. Este punto separa el rango elástico del rango inelástico (plástico); ejm: las peperas que adormecen al ultrajado; el joven está en fluencia, porque se sigue deformando pese a que la cerveza que tomo con ese polvo (diasepan) hace una hora, lo sigue deformando.

8.2.

Resistencia Última (R.U.)

Es el punto donde está el máximo esfuerzo que puede alcanzar el material antes que se produzca la falla, colapso o claudicación. 9. Trabajo Es la energía liberada cuando el desplazamiento y/o deformación es intervenido o multiplicado por una fuerza insistente EJEMPLO: Una persona que sube la escaleras. El trabajo es negativo cuando “saltamos hacia arriba”, vamos en contra de la gravedad, y nuestro peso nos “jala” hacia abajo, formando un ángulo de 180° 

¿Una persona al subir una escalera, que hecho físico está haciendo?

Está realizando un trabajo negativo, porque el vector desplazamiento vr, está hacia arriba y el peso está hacia abajo, los dos forman un ángulo de 180° (cos 180°= -1) 

¿Y cuándo bajo la escalera que trabajo hago?

Hago trabajo positivo, porque el vector peso y el vector desplazamiento son colineales, forma un ángulo de 0° 

¿Quién es mayor, el trabajo positivo o negativo?

En valor absoluto son iguales. 

¿Por qué al subir me canso más que cuando bajo?

Al subir genera un esfuerzo de tracción, porque el desplazamiento hacia arriba es

contrario al peso. Al bajar existe un esfuerzo de comprensión.

10. TIPOS DE MATERIALES La unidad básica de los materiales es el ÁTOMO (Partículas muy pequeñas). Por lo tanto hay “vacíos” (espacios). Trabajaremos con materiales: homogéneos, continuos, isotrópicos.   

Homogéneo: material que tiene las mismas propiedades en cualquier punto. Continuos: no contiene vacíos (el oro, el acero, etc.) Isotrópicos: que todas sus propiedades son iguales en todas sus direcciones.

11.1 MATERIAL DÚCTIL

Material dúctil y maleable es cuando puede soportar grandes deformaciones inelásticas (plásticas) antes de la fractura. La ductilidad está asociada con los esfuerzos de tracción por ejemplo el enfriamiento de los alambres. 11.2 MATERIAL MALEABLE La maleabilidad está asociada con los esfuerzos de compresión, un material puede ser laminado en hojas delgadas. La mayoría de materiales dúctiles también son maleables. 11.3 FRAGILIDAD Se fractura a deformaciones unitarias relativamente bajas. Una línea divisoria entre materiales dúctiles y frágiles es una deformación unitaria del 5%. Si un material se fractura a una deformación unitaria del considera quebradizo.

5% o menos, se

11.4 TENACIDAD Y RESILENCIA Es la capacidad de un material de absorber energía debido a un impacto de cargas dinámicas o choque de dichas cargas. (En el rango inelástico) A la capacidad de absorber energía en el rango elástico de los esfuerzos se denomina RESILENCIA; a la capacidad de absorber energía en el intervalo inelástico de los esfuerzos se denomina TENACIDAD.

11. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

1.- Módulo de elasticidad. 2.-La relación de Poisson ( ) 3.-Coeficiente de dilatación térmico. (

α

)

−μ

1 −μ 12 −μ 13 −μ14 −μ 15 −μ 16 E 1 E1 E 3 E 4 E 5 E6 −μ21 1 −μ 23 −μ24 −μ 25 −μ 26 E 1 E2 E 3 E 4 E 5 E6 ϵ1 −μ31 −μ 32 1 −μ34 −μ 35 −μ 36 ϵ2 E 1 E2 E 3 E 4 E 5 E6 ϵ3 = −μ γ 21 1 −μ 45 −μ 46 41 −μ 42 −μ 43 γ 31 E 1 E2 E 3 E 4 E 5 E6 γ 23 −μ51 −μ 52 −μ 53 −μ54 1 −μ 56 E 1 E2 E 3 E 4 E 5 E6 −μ61 −μ 62 −μ 63 −μ64 −μ 65 1 E 1 E2 E 3 E 4 E 5 E6

[] 11.1.

[ ]

σ1 σ2 σ3 τ 21 τ 31 τ 23

α1 α2 α + ∆T 3 α 21 α 31 α 23

[] []

MÓDULO DE ELASTICIDAD: (E)

Es la propiedad del material que mide la capacidad de deformarse y recuperar su forma. Es el equivalente a la huella digital de un ser humano. No hay dos materiales en el universo que tengan el mismo módulo de elasticidad. La rigidez: está asociada con la elasticidad. Es la fuerza que hay que aplicar a un elemento para generar una deformación unitaria. La Flexibilidad: es el desplazamiento (deformación) que se genera al aplicar una fuerza unitaria. La matriz de rigidez, es la inversa de la matriz de flexibilidad.

Hooke hizo experimentos con diferentes tipos de materiales sometiéndolos a efectos axiales llegando a la siguiente conclusión δ = Pl EA Se observa que el alargamiento de una barra es directamente proporcional a la fuerza que actúa y su longitud l, inversamente proporcional a la sección y de la característica del material que la denominaremos Módulo de Elasticidad “E”.

11.2. POISSON (

RELACIÓN DE )

Mide la relación entre la deformación unitaria transversal entre la deformación unitaria longitudinal, se representa por la letra “mu” Y varía entre 0 y 1. Si: = 0.25 Y la deformación longitudinal es 1 , la deformación unitaria transversal será: 0.25

11.3. COEFICIENTE DE DILATACIÓN TÉRMICA: Mide el cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando un cuerpo sólido o un fluido cambian de temperatura provocando una dilatación térmica. P.J: Aquí se ve un ejemplo claro de dilatación térmica el concreto de estas veredas al no contar con justas de dilatación supera el límite elástico, surgen estas rajaduras o agrietamientos y se libera energía que rompe el concreto.

11.3.1.

El calor

El calor no existe en un cuerpo, es una transferencia de energía debido al ambiente, dependiendo de la temperatura. Lo cuerpos no generan calor. Ejemplo: 

Una taza de café al dejarla, se enfría por la temperatura.

El calor especifico, es la cantidad de calor que hay que aplicarle a un cuerpo para elevar en un grado la temperatura. Reflexiones profundas: Al haber temperaturas mayores a la capacidad de soporte los materiales se generan efectos térmicos (no fuerzas) de tracción y/o comprensión (alargamiento, o acortamiento respectivamente). Siendo un ejemplo los pavimentos, que cada cierta distancia se tiene que colocar una junta de dilatación.

11.4. PESO ESPECÍFICO: Peso específico = peso entre el volumen sin vacíos. El material debe ser homogéneo, continuo, isotrópico. Peso unitario = peso entre volumen con vacíos.

11.5.

DENSIDAD DEL MATERIAL:

La masa es la cantidad de material (o materia) ocupada por un volumen que cuando es afectada por la gravedad, se transforma en peso. 12. EQUILIBRIO: Un cuerpo está en equilibrio cuando permanece en reposo o su velocidad es constante. La fuerza neta sobre el cuerpo es cero, la aceleración es cero.

Las Leyes de Newton •I Ley : Ley de inercia Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o movimiento uniforme a menos que sobre él actúe una fuerza externa. •II Ley : Definición de fuerza La fuerza es igual a la masa por la aceleración producida en el cuerpo. •III Ley : Ley de acción-reacción Por cada acción hay una reacción igual y de signo opuesto. Centro de gravedad: Es el punto donde se considera concentrada la masa del cuerpo.

Fuerza de gravedad: Es la fuerza con que todos los cuerpos son atraídos hacia el centro de la tierra. Fuerza gravitatoria o peso: Es la fuerza con la que la tierra atrae a todos los cuerpos que se encuentra cerca de ella, hacia su centro.

13. EQUILIBRIO ESTÁTICO: Condición necesaria: Cuando la sumatoria de fuerzas externas es igual a 0, y también la suma de momentos es igual a 0. Si la resultante es nula, existe equilibrio estático, que en general existe en una estructura. 14. EQUILIBRIO DINÁMICO: •

La inercia:

Capacidad de los materiales de mantener su posición de equilibrio o movimiento indefinidamente.

•

Momento de inercia:

Resistencia que presentan los cuerpos a la rotación.

•

La fuerza de inercia:

Es una fuerza contraria, al sentido que se desplaza el cuerpo. Ejemplo: si el cuerpo se mueve de derecha a izquierda ( ) la fuerza de inercia se mueve de izquierda a derecha () Ejemplo: Una persona en una combi, al jalarla, la persona tiende a caerse. El carro frena y la persona se va hacia delante Condición necesaria: La sumatoria de las fuerzas de externas, más la sumatorias de las fuerzas de inercia son iguales a 0, denominándose equilibrio dinámico. Si la resultante no es nula, y si introducimos en el sistema exterior de fuerzas, las fuerzas de inercia correspondiente, obtenemos el equilibrio dinámico.

15. FATIGA Son elementos de concreto sujetos a repeticiones de carga. Un elemento falla después de un número muy grande de repeticiones de carga. Ejemplo : vigas de puentes, cimentaciones de maquinaria, durmientes de ferrocarriles....