El documento describe los conceptos de esfuerzo y deformación en ingeniería. Explica que el esfuerzo es la fuerza interna distribuida en un área y los diferentes tipos de esfuerzo como tracción, compresión, flexión y cizallamiento. También describe la deformación como la respuesta mecánica de un material ante una fuerza y los tipos como deformación elástica e irreversible. Finalmente, resume los conceptos de fatiga de materiales y torsión en barras.

1. Esfuerzo y Deformación

2. Esfuerzo
Las fuerzas internas de un elemento están
ubicadas dentro del material por lo que se
distribuyen en toda el área; justamente se
denomina esfuerzo a la fuerza por unidad de
área, la cual se denota con la letra griega
sigma (σ) y es un parámetro que permite
comparar la resistencia de dos materiales, ya
que establece una base común de referencia.

3. Tipos de Esfuerzo
• Tracción: Hace que se separen entre sí las distintas partículas
que componen una pieza, tendiendo a alargarla. Por ejemplo,
cuando se cuelga de una cadena una lámpara, la cadena
queda sometida a un esfuerzo de tracción, tendiendo a aumentar
su longitud.
• Compresión: Hace que se aproximen las diferentes partículas
de un material, tendiendo a producir acortamientos o
aplastamientos. Cuando nos sentamos en una silla, sometemos a
las patas a un esfuerzo de compresión, con lo que tiende a
disminuir su altura.

4.  Flexión: Es una combinación de compresión y de tracción. Mientras que
las fibras superiores de la pieza sometida a un esfuerzo de flexión se
alargan, las inferiores se acortan, o viceversa. Al saltar en la tabla del
trampolín de una piscina, la tabla se flexiona. También se flexiona un
panel de una estantería cuando se carga de libros o la barra donde se
cuelgan las perchas en los armarios.
 Cizallamiento o cortadura: Se produce cuando se aplican fuerzas
perpendiculares a la pieza, haciendo que las partículas del material
tiendan a resbalar o desplazarse las unas sobre las otras. Al cortar con
unas tijeras un papel estamos provocando que unas partículas tiendan
a deslizarse sobre otras. Los puntos sobre los que apoyan las vigas están
sometidos a cizallamiento.

5.  Torsión: Las fuerzas de torsión son las que hacen que una pieza
tienda a retorcerse sobre su eje central. Están sometidos a esfuerzos
de torsión los ejes, las manivelas y los cigüeñales.

6. Esfuerzo de torsión
Se define como la capacidad torsión de objetos en rotación alrededor de un
eje fijo. En otras palabras, es la multiplicación de la fuerza y la distancia más corta
entre el punto de aplicación de la fuerza y el eje fijo. De la definición, también se
puede inferir que, el par es una cantidad vectorial que tiene tanto la dirección
como en magnitud. Sin embargo, ya que está girando alrededor de un eje fijo de
su dirección puede ser en sentido horario o antihorario. Durante las explicaciones
y ejemplos que dan la dirección "+" si se gira hacia la derecha y "-" si se gira hacia
la izquierda. El par se muestra en la física con el símbolo "τ". Usted puede venir a
través torsión con otro nombre "momento"

7. Deformación
Son consecuencia de procesos
mecánicos, a partir de fuerzas externas o
internas que afectan a las características
mecánicas de los elementos constructivos.
En el caso de las deformaciones, son una
primera reacción del elemento a una fuerza
externa, al tratar de adaptarse a ella.

8. Tipos de Deformación
Dependiendo del tipo de material, el tamaño y la
geometría del objeto, y las fuerzas aplicadas, varios
tipos de deformación pueden resultar. La imagen de la
derecha muestra el esfuerzo de ingeniería vs diagrama
de deformación para un material dúctil típica tal como
el acero. Diferentes modos de deformación pueden
ocurrir en diferentes condiciones, como se puede
describir en base a un mapa mecanismo de
deformación.

9. • Deformación elástica
Este tipo de deformación es reversible. Una vez que ya no se aplican las
fuerzas, el objeto vuelve a su forma original. Elastómeros y metales con memoria
de forma tales como Nitinol exhiben grandes rangos de deformación elástica,
como el caucho. Sin embargo elasticidad es no lineal en estos materiales.
Metales normales, cerámica y la mayoría de los cristales muestran elasticidad
lineal y una zona elástica pequeña.
• Deformación plástica
Este tipo de deformación es irreversible. Sin embargo, un objeto en el rango
de deformación plástica primero se ha sometido a deformación elástica, que es
reversible, por lo que el objeto volverá forma parte a su forma original.
Termoplásticos blandos tienen una gama bastante grande deformación
plástica como hacer metales dúctiles tales como el cobre, la plata, y oro. Acero
también lo hace, pero no es de hierro fundido. Plásticos duros termoestables,
caucho, cristales, y cerámicas tienen rangos de deformación plástica mínimos.
Un material con un amplio rango de deformación plástica es la goma de
mascar en húmedo, que puede ser estirado decenas de veces su longitud
original.

10. Ejercicio

11. Fundamentos de estática
Fatiga de los Materiales
Se refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo
cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente que con cargas
estáticas. Aunque es un fenómeno que, sin definición formal, era reconocido
desde la antigüedad, este comportamiento no fue de interés real hasta la
Revolución Industrial, cuando, a mediados del siglo XIX comenzaron a
producir las fuerzas necesarias para provocar la rotura con cargas dinámicas
son muy inferiores a las necesarias en el caso estático; y a desarrollar
métodos de cálculo para el diseño de piezas confiables. Este no es el caso
de materiales de aparición reciente, para los que es necesaria la fabricación
y el ensayo de prototipos.

12. Características de una rotura
por fatiga
• La rotura tiene su origen en pequeños defectos ó CONCENTRADORES de tensión.
• Cada uno de los ciclos produce un avance del frente de grieta hasta que la
sección remanente NO ES CAPAZ DE SOPORTAR la carga estática.
• El inicio y la propagación de la grieta dependen fuertemente de las
características resistentes del material, de su estructura cristalina y del
tratamiento a que se somete en su proceso de fabricación.
• El colapso por fatiga, en su inicio, es un fenómeno SUPERFICIAL y su avance
depende del nivel de tensión aplicado.

13. SEÑALES DE FATIGA
La Falla por Fatiga es repentina y total, las señales son
microscópicas. En las Fallas estáticas las piezas sufren una
deformación detectable a simple vista. Para evitar la falla
por fatiga se pueden aumentar considerablemente los
factores de seguridad, pero esto implicaría aumentar
ostensiblemente los costos de fabricación de las piezas.

14. Curvas S-N
Estas curvas se obtienen a través de una serie de ensayos
donde una probeta del material se somete a tensiones cíclicas
con una amplitud máxima relativamente grande
(aproximadamente 2/3 de la resistencia estática a tracción). Se
cuentan los ciclos hasta rotura. Este procedimiento se repite en
otras probetas a amplitudes máximas decrecientes.

15. Fatiga Térmica
se induce normalmente a temperaturas elevadas
debido a tensiones térmicas fluctuantes; no es necesario
que estén presentes tensiones mecánicas de origen
externo. La causa de estas tensiones térmicas es la
restricción a la dilatación y o contracción que
normalmente ocurren en piezas estructurales sometidas a
variaciones de temperatura. La magnitud de la tensión
térmica resultante debido a un cambio de temperatura
depende del coeficiente de dilatación térmica y del
módulo de elasticidad. Se rige por la siguiente expresión:

16. Fatiga Estática
Ocurre por acción de una tensión cíclica y ataque químico
simultáneo. Lógicamente los medios corrosivos tienen una
influencia negativa y reducen la vida a fatiga, incluso la atmósfera
normal afecta a algunos materiales. A consecuencia pueden
producirse pequeñas fisuras o picaduras que se comportarán
como concentradoras de tensiones originando grietas. La de
propagación también aumenta en el medio corrosivo puesto que
el medio corrosivo también corroerá el interior de la grieta
produciendo nuevos concentradores de tensión.

17. Ejercicio

18. 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.

19. Estudio General
El estudio general de la torsión es complicado porque
bajo ese tipo de solicitación la sección transversal de
una pieza en general se caracteriza por dos fenómenos:
1: Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la
sección transversal. Si estas se representan por un
campo vectorial sus líneas de flujo "circulan" alrededor
de la sección.
2:Cuando las tensiones anteriores no están distribuidas
adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos
que la sección tenga simetría circular, aparecen
alabeos seccionales que hacen que las secciones
transversales deformadas no sean planas.

20. Característica
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 mismo.

21. Tipos de Torsión
Torsión de Saint-Venant pura.
Es aplicable a piezas prismáticas de gran inercia torsional con cualquier forma
de sección, en esta simplificación se asume que el llamado momento de alabeo
es nulo, lo cual no significa que el alabeo seccional también lo sea.
Torsión alabeada pura
Para piezas de muy escasa inercia torsional, como las piezas de
pared delgada, puede construirse un conjunto de ecuaciones muy
simples en la que casi toda la resistencia a la torsión se debe a las
tensiones cortantes inducidas por el alabeo de la sección.

22. Torsión mixta
En el dominio de torsión de Saint-Venant dominante
y de torsión alabeada dominante, pueden emplearse
con cierto grado de aproximación la teoría de Sant-
Venant y la teoría de torsión alabeada. Sin embargo en
el dominio central de torsión extrema, se cometen
errores importantes y es necesario usar la teoría general
más complicada.

23. Torsión en una Barra
Cuando un árbol de sección circular es sometido a Torsión, debe cumplir lo
siguiente:
• Las secciones del árbol de sección circular deben permanecer circulares
antes y después de la torsión.
• Las secciones planas del árbol de sección circular deben permanecer
planas antes y después de la torsión sin alabearse.
• La Torsión que se le aplicara al árbol de sección circular debe estar dentro
del rango de elasticidad del material.
• La proyección sobre una sección transversal de una línea radial de una
sección, debe permanecer radial luego de la torsión.

24. Ejercicio