Principios de Mecánica de Materiales y Estructuras

Introducción: Mecánica vs. Resistencia de Materiales

La Mecánica considera a los sólidos como cuerpos rígidos e independientes.

La Resistencia de Materiales estudia las deformaciones de diversa naturaleza que producen las fuerzas exteriores al ser aplicadas sobre los objetos.

Conceptos Fundamentales

• Resistencia: Capacidad más o menos grande de un cuerpo de resistir una carga.
• Rigidez: Capacidad de los cuerpos para resistir fuerzas exteriores manteniendo aparentemente su forma primitiva.
• Carga: Se denomina carga al peso de una masa apoyada sobre un elemento resistente o a la fuerza exterior aplicada a este.

Tipos de Carga

Existen dos tipos de carga básica:

• Carga Estática: Es aquella que se aplica gradualmente desde el valor cero al valor máximo, previa la existencia de contacto. En la práctica es poco frecuente, a no ser la carga permanente.
• Carga Dinámica: Es aquella que se aplica a una velocidad determinada sobre el cuerpo que la debe soportar. Se subdivide en:
  • Carga Súbita: Es la que se aplica instantáneamente en su valor máximo.
  • Carga de Choque Libre: Es una variante de la carga dinámica, producida por la caída sobre un elemento resistente, ya sea con velocidad inicial o partiendo del reposo.
  • Carga de Choque Forzado: Producida por el choque de dos masas con velocidades v₁ y v₂, mientras actúa simultáneamente una fuerza que obliga a los elementos a seguir deformándose después del choque.

Esfuerzos en Materiales

Se denomina esfuerzo a una fuerza interna que se origina en el sólido o elemento resistente y que se transmite a través de una sección plana de este.

Clases de Esfuerzos

• Tracción: Es un esfuerzo normal o perpendicular a la sección transversal del cuerpo que tiende a alargar las fibras.
• Compresión: Teóricamente se podría definir como una tracción negativa, ya que el sentido de la carga es tal que tiende a acortar las fibras de la pieza.
• Flexión: La fuerza actúa sobre un cuerpo de tal forma que tiende a doblarlo, alargándose unas fibras y acortándose otras.
• Cortadura o Cizalladura: El vector fuerza está contenido en la sección sobre la que actúa y tiende a cortar la pieza mediante el deslizamiento de las secciones afectadas.
• Torsión: Se presenta cuando las causas o fuerzas externas tienden a retorcer las piezas sobre su eje. Es un esfuerzo muy común.
• Compuesto: Los esfuerzos anteriormente referidos no se suelen presentar aislados en la práctica; es frecuente observar combinaciones de varios de ellos, actuando sobre los sólidos o elementos resistentes, que se denominan esfuerzo compuesto o combinado.
• Pandeo: Es un esfuerzo combinado de flexión y compresión. Se presenta en pilares, columnas y piezas en general cargadas axialmente, cuando su sección transversal es pequeña en relación con su altura o longitud.

Tensión

La tensión es el esfuerzo por unidad de superficie.

Existen dos tipos de tensiones:

• Tensión Normal
• Tensión Cortante

Ley de Hooke

La Ley de Hooke relaciona las fuerzas que actúan sobre un sólido con la deformación producida en este, indicando su proporcionalidad; es decir, que a doble carga se produce doble deformación y así sucesivamente.

Vigas

Se denomina viga a toda pieza o barra estructural que sea razonablemente larga en proporción a sus dimensiones transversales, siempre que esté convenientemente soportada y sometida a fuerzas aplicadas de forma que provoquen la flexión de la pieza sobre un plano axial.

Clasificación de Vigas

• Isostáticas
• Hiperestáticas
• Viga en voladizo
• Viga simple
• Viga continua
• Viga apoyada
• Viga apoyada-empotrada
• Viga doblemente empotrada