Equilibrio Interno o Estático

Los materiales utilizados en la construcción experimentan deformaciones al ser solicitados por fuerzas externas, lo que indica un cierto grado de elasticidad. Estas deformaciones son pequeñas en comparación con las dimensiones de las estructuras, siempre que las acciones exteriores no superen ciertos límites.

Al iniciarse la deformación, se originan fuerzas internas que crecen con la intensidad de las fuerzas externas hasta equilibrarlas. En este estado, existe equilibrio entre las fuerzas exteriores e interiores en todas las partículas del cuerpo, denominado equilibrio elástico o interno.

Estados de Tensión Simple

En una pieza prismática solicitada por un sistema de fuerzas exteriores en equilibrio, la resultante de las fuerzas exteriores que actúan en una sección transversal puede transportarse al centro de gravedad de la sección, introduciendo un momento de transporte.

En el centro de gravedad, la resultante se sustituye por sus componentes: N, normal a la sección, y Q, en el plano de la sección. En general, existen tres parámetros característicos de la solicitación interna: N, Q y M.

Cuando dos de estos parámetros son nulos y el restante es distinto de cero, se define un estado de tensión simple en la pieza.

Compresión o Tracción Simple

Se presentan cuando la resultante de las fuerzas exteriores aplicadas al sólido es una fuerza N perpendicular al plano de la sección transversal y aplicada en su baricentro.

N puede originar:

• Compresión: Si N tiende a acortar la pieza (signo negativo). Ejemplos: mamposterías, fundaciones, hormigón, bielas cortas.
• Tracción: Si N tiende a alargar la pieza (signo positivo). Ejemplos: cables de suspensión, tirantes, correas.

Corte Simple o Resbalamiento Simple

Si la resultante Q de las fuerzas exteriores está contenida en el plano de cada sección transversal y pasa por su baricentro, entonces N = M = 0.

Ejemplo: remaches, vigas empotradas en un muro.

Flexión Plana Simple

Cuando las fuerzas exteriores se reducen a una cupla, de momento M, situada en un plano pasante por el eje de la pieza. Ejemplos: vigas, palancas, dientes de engranaje.

En este caso: N = Q = 0.

Torsión Simple

Es un caso especial de la flexión simple; se presenta cuando la cupla exterior pertenece a un plano paralelo al de la sección transversal. Ejemplos: árboles de transmisión, taladros.

En construcciones civiles, la torsión es de importancia secundaria.

Ensayos de Tracción y de Compresión Simples

Ensayos de Tracción

Las tensiones interiores correlativas de las fuerzas exteriores producen deformaciones en el sólido. La relación entre tensiones y deformaciones se obtiene mediante ensayos en máquinas adecuadas.

El ensayo más simple es el ensayo a la tracción.

La curva tensión-alargamiento resultante del ensayo presenta tres fases:

PRIMERA FASE: De O hasta el punto E

Fase de deformaciones elásticas y casi elásticas o fase de elasticidad. El diagrama está compuesto por una parte recta OP seguida de otra parte PE ligeramente curvada, ambas identificadas en la recta OE.

En esta fase, los alargamientos son pequeños y tienen un valor uniforme en todos los puntos de una sección recta. Si se anula la carga, los alargamientos desaparecen, por lo que se denominan alargamientos elásticos.

El punto extremo E de la recta OE se denomina límite de elasticidad, y la tensión correspondiente aE es la tensión en el límite de elasticidad.

SEGUNDA FASE: De E hasta el punto M

Fase de alargamiento permanente o fase de plasticidad. Sobrepasado el límite elástico E, la tensión a oscila en torno a un valor ap. El material pierde sus características iniciales y empieza a desprenderse la superficie del laminado.

El punto F se denomina límite de fluencia (o límite de extensión en los ensayos de tracción), y la tensión correspondiente aF es la tensión en el límite de fluencia.

A partir del punto F, el material sufre alargamientos cada vez más pronunciados hasta el punto M de carga máxima.

TERCERA FASE: De M hasta la rotura

Fase de estricción y rotura. En la fase final del ensayo, las deformaciones son cada vez más grandes y visibles. El alargamiento se localiza en una sección imprevisible de la probeta, produciendo una disminución brusca de sección: la estricción del material.

La ruptura sobreviene en la posición R, sin aumento de carga, por estiramiento del metal. La tensión de rotura aM en el punto M señala el comienzo de la estricción y corresponde a la carga máxima alcanzada durante el ensayo.

La superficie rayada del diagrama tensión-alargamiento indica el trabajo de deformación de la probeta, que mide la capacidad de trabajo del material.

La fig. 103 muestra tres formas generales de los diagramas tensión-deformación:

• a): Metales frágiles, con rotura en coincidencia con la carga máxima.
• b): Material dúctil, con alargamientos plásticos importantes y rotura en un punto distante de E.
• c): Material muy dúctil, con rotura después de alcanzar la carga máxima y con alargamientos plásticos muy superiores al diagrama anterior.