Carga Axial y Columnas Esbeltas (Por Danilo Molano)

Estática de partículas
1. Esfuerzo axial (esfuerzo normal): donde la fuerza es co-lineal o perpendicular a la dirección del elemento, donde este elemento puede presentar el esfuerzo axial tanto en tracción como en compresión.
2. Esfuerzo cortante: se obtiene cuan-do se aplican fuerzas transversales P y P' a un elemento AB, donde las dos fuerzas trasversales de direcciones opuestas, generan un esfuerzo cortante en el elemento que las atraviesa (AB) en este caso la fuerza es paralela al plano del área. Los esfuerzos cortantes se encuentran comúnmente en pernos, pasadores y remaches utilizados para conectar diversos elementos estructurales y componentes de máquinas.
3. Esfuerzo de apoyo en conexión o aplastamiento. Elementos de sujeción como pernos, pasadores y remaches crean esfuerzos a lo largo de la superficie de apoyo de las superficies de contacto en los elementos que conectan.
Resistencia de materiales
1. Ensayo de tención: para obtener el diagrama de esfuerzo de formación de un material, se lleva a cabo un ensayo de tención sobre una probeta, esta se coloca en la máquina de ensayos, la cual aplica una carga céntrica.
2. Los diagramas esfuerzo-deformación de los materiales varían en forma considerable, y los distintos ensayos de tensión llevados a cabo sobre el mismo material pueden arrojar resultados diferentes, dependiendo de la temperatura de la probeta y de la velocidad de aplicación de la carga. Sin embargo, es posible distinguir algunas características comunes entre los diagramas de esfuerzo-deformación para dividir los materiales en dos amplias categorías: materiales dúctiles y frágiles.
3. Ejemplo de diagrama de esfuerzo deformación de dos materiales dúctiles comunes
  1. Los materiales frágiles como el hierro fundido, el vidrio y la piedra se caracterizan por el fenómeno de que la fractura ocurre sin un cambio notable previo de la tasa de alargamiento Así, para los materiales frágiles, no hay diferencia entre la resistencia última y la resistencia a la fractura. Además, la deformación unitaria al momento de la fractura es mucho menor para los materiales frágiles que para los materiales dúctiles.
4. Ensayo de compresión: Si una probeta de material dúctil se cargara a compresión en lugar de a tensión, la curva de esfuerzo de formación sería esencialmente la misma a lo largo de su porción inicial en línea recta y del comienzo de la porción correspondiente a la cedencia y al endurecimiento por deformación. De relevancia particular es el hecho de que, para un acero dado, la resistencia a la cedencia es la misma tanto a tensión como a compresión. Para valores mayores de deformación, las curvas de esfuerzo de formación a tensión y a compresión divergen, y deberá advertirse que no puede ocurrir estricción a compresión. Para la mayoría de los materiales frágiles, la resistencia última a compresión es mucho mayor que a tensión.
5. Esfuerzo y deformación verdaderos
  1. graficar el esfuerzo real contra la deformación unitaria real se refleja con mayor exactitud el comportamiento del material. Como se ha advertido, no hay disminución del esfuerzo real durante la fase de estricción
  2. Ley de Hooke; Módulo de elasticidad: La mayor parte de las estructuras de ingeniería se diseñan para sufrir deformaciones relativamente pequeñas, que involucran solo la parte recta del diagrama de esfuerzo-deformación correspondiente.
Materiales compuestos reforzados con fibras: Estos materiales compuestos se obtienen encapsulando fibras de un material resistente y rígido en un material más débil y blando, conocido como matriz. Los materiales más empleados como fibras son el grafito, el vidrio y los polímeros, en tanto que varios tipos de resinas se emplean como matrices. Si el laminado será sometido solo a carga axial que cause tensión, las fibras en todas las capas deberán tener la misma orientación que la carga para obtener la máxima resistencia posible. Pero si el laminado puede estar en compresión, el material de la matriz puede no ser tan fuerte como para evitar que las fibras se tuerzan o pandeen
Comportamiento elástico contra comportamiento plástico de un material
1. - Se considera elástico cuando a la probeta con deformación, se le retira la carga y esta vuelve a su estado original. En este caso se dice que el material se comporta elásticamente.
2. - El material se comportara elásticamente, mientas la fuerza realizada no exceda el punto de cendencia, pero si por el contrario este esfuerzo excede este límite, al retirar la fuerza de la probeta, está ya ha tenido una deformación
3. En la mayor parte de los materiales, la deformación plástica depende no tan solo del máximo valor alcanzado por el esfuerzo, sino también del tiempo que pasa antes de que se retire la carga, (deslizamiento) y de la temperatura de la probeta (termoelasticidad)
Cargas repetidas y fatiga
1. Podría concluirse que una carga dada puede repetirse muchas veces, siempre y cuando los esfuerzos permanezcan dentro del rango elástico. Tal conclusión es correcta para cargas que se repiten unas cuantas docenas o aun centenares de veces. Sin embargo, no es correcta cuando las cargas se repiten millares o millones de veces. En tales casos, la fractura ocurrirá aun cuando el esfuerzo sea mucho más bajo que la resistencia estática a la fractura; este fenómeno se conoce como fatiga. Una falla por fatiga es de naturaleza frágil, aun para materiales normalmente dúctiles.
ESTABILIDAD DE ESTRUCTURAS
1. La columna tiene sus dos extremos articulados y P es una carga axial céntrica. Si se selecciona el área de la sección transversal A de modo que el valor del esfuerzo en la sección transversal es menor que el valor permisible para el material utilizado y la deformación dentro de las especificaciones dadas, podría concluirse que la columna se ha diseñado bien. Sin embargo, puede suceder que al aplicar la carga la columna se pandee (figura 10.2). En lugar de permanecer recta, se curvea repentinamente. Es claro que una columna que se pandea bajo la carga que debe soportar está mal diseñada.
2. Fórmula de Euler para columnas articuladas en los extremos
  1. Consideremos una columna soportada en sus dos extremos por angulaciones y sometida a una carga axial P. Supongamos que esta columna inicialmente es recta homogénea, y de sección transversal constan toda su longitud
  2. También debe suponerse que el material de esta hecha la columna se comporta elásticamente. Es decir, se aplica la ley de Hooke y los esfuerzos son inferiores al límite de proporcionalidad del material
  3. Cuando se intenta determinar la carga de pandeo de una columna debe uno darse cuenta que una columna cargada con la carga crítica de pandeo puede tener dos posiciones de equilibrio. Una de estas es la posición recta y la otra es una posición ligeramente deformada
Esfuerzo admisible o factor de seguridad
1. se representa como la máxima carga que puede soportar un elemento en condiciones normales de uso, la cual deberá ser considerablemente más pequeña que la carga ultima, esta carga más pequeña es conocida como carga admisible. La razón de la carga admisible a la carga ultima se emplea para definir el factor de seguridad

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