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Solicitaciones mecánicas

El comportamiento mecánico de los materiales se describe a través de sus propiedades mecánicas, que son el resultado de ensayos simples e idealizados.

La acción de las fuerzas sobre los cuerpos y su estructura provoca una serie de efectos internos. Estos efectos se manifiestan como tensiones externas.

Los esfuerzos son las tensiones internas que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas.

Atendiendo a la dirección y sentido en que actúan las fuerzas que los originan, los esfuerzos se clasifican en: tracción, compresión, torsión, flexión y cizalladura.

• Tracción: es el esfuerzo interno al que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo. 

Un cuerpo sometido a un esfuerzo de tracción sufre deformaciones positivas (estiramientos) en las direcciones de las fuerzas ejercidas. Por el contrario, el material sufre unos acortamientos en las direcciones transversales. 

Cuando se trata de un cuerpo sólido las deformaciones pueden ser permanentes: en este caso, el cuerpo ha superado su punto de fluencia y se comporta de forma plástica, de modo que tras cesar la fuerza el cuerpo no recupera su posición original. Si las deformaciones no son permanentes se dice que el cuerpo es elástico, de manera que, cuando desaparece el esfuerzo de tracción el cuerpo recupera su longitud inicial. 

Como valor comparativo de la resistencia característica de muchos materiales, como el acero o la madera, se utiliza el valor de la tensión de fallo por tracción, esto es, el coeficiente entre la carga máxima que ha provocado el fallo elástico del material por tracción y la superficie de la sección transversal inicial del mismo.  

El reconocimiento de fallo por rotura debido a fuerzas de tracción se puede ver en los materiales cerámicos porosos, como el hormigón, por la aparición de grietas que desencadenan en roturas, debido a que este tipo de materiales no son capaces de absorber energía como si lo pueden hacer otro tipo de materiales como los metales dúctiles, estos sin son buenos soportando fuerzas de tracción, como por ejemplo, el acero.      

Un ejemplo de elementos que trabajan soportando fuerzas de tracción son los tornillos, si les aprietas demasiado y superas su resistencia terminan por romperse. 

• Compresión: es la resultante de las tensiones o presiones que existen dentro de un sólido deformable, que se caracteriza porque tiene una reducción del volumen del cuerpo en la dirección de la fuerza. 

En piezas estructurales suficientemente esbeltas los esfuerzos de compresión pueden producir además abolladuras o pandeo.

Los ensayos practicados para medir el esfuerzo de compresión son contrarios a los de tracción, con respecto al sentido de la fuerza.

Los objetos alargados y estrechos, cuando les aplicas fuerzas de compresión tienden a sufrir un pandeo, este pandeo puede ocasionar rotura del material.

Los materiales cerámicos, como el vidrio, son muy resistentes cuando se les aplica fuerzas de compresión porque disipan la tensión por agujeros y poros microscópicos que poseen en su interior, en cambio son malos cuando se les somete a fuerzas de tracción. También son muy resistentes el acero y el hormigón. 

Los pilares y las columnas de los edificios trabajan a compresión ya que soportan todo el peso del edificio, por ello se suelen utilizar materiales muy resistentes como el hormigón armado, es una mezcla de acero y hormigón. 

• Flexión: Es el 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. 

Un caso típico son las vigas, están diseñadas para trabajar principalmente la flexión. Geométricamente son prismas mecánicos cuya rigidez depende, entre otras cosas, del momento de inercia de la sección transversal de las vigas. Igualmente el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas que puede presentar flexión en dos direcciones perpendiculares.

El esfuerzo que provoca flexión se denomina momento flector.  

Los materiales que son buenos resistiendo la flexión son: hormigones, maderas, metales y plásticos. 

Las vigas y viguetas de las casas soportan fuerzas de flexión y compresión, dependiendo de cómo las coloques resisten más peso o menos, si las pones de canto resisten mucho más ya que hay más sección de material. 

 Aquí podemos ver la rotura de una tiza cuando la sometes a fuerzas de flexión   

• 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.

Los materiales que mejor soportan las fuerzas de torsión son los metales debido a su estructura. 

Un ejemplo de una material trabajando a torsión es el palier, es el eje a través del cual se transmite el movimiento desde el diferencial a las ruedas motrices. Un extremo del palier tiende a girar con la velocidad de las ruedas y el otro extremo con la velocidad de la transmisión. Cualquier tipo de eje que transmita una fuerza está sometido a torsión debido a la transmisión de un par de fuerzas.

Rotura de los elementos, se originan por la aparición de grietas que se producen por un exceso de tensión, estas aumentan hasta que se rompe el material. La rotura por torsión tiene una forma parecida a una rosca.

• Cizalladura: Las fuerzas de cizalladura actúan de forma que una parte de la estructura tiende a deslizarse sobre la otra. Se produce cuando se aplican dos fuerzas con la misma dirección pero sentido contrario sobre dos puntos muy próximos entre sí, haciendo que las partículas del material tiendan a resbalar o desplazarse las unas sobre las otras. Los puntos sobre los que apoyan las vigas están sometidos a cizalladura. 

Son fuerzas que tienden a cortar el material.

El fallo por cizalla es un corte limpio y el material queda dividido en dos partes. Es un tipo de fallo imprevisible ya que se genera una única grita, causante de la rotura.

El material que mejor soporta las fuerzas de cizalla es el acero nuevamente. 

Y esto ha sido todo por esta entrada espero que les sirva de ayuda, hasta la próxima.