El documento trata sobre la resistencia de materiales y las propiedades mecánicas de los materiales. Explica conceptos como esfuerzo, deformación, resistencia, rigidez, elasticidad, plasticidad y ductilidad. También describe los diferentes tipos de esfuerzos como tracción, compresión, cortadura y flexión, así como el comportamiento elástico y plástico de los materiales bajo deformación.

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Ingeniería en Diseño y Construcción
Resistencia de los Materiales
La resistencia de materiales es el estudio de las propiedades de los cuerpos sólidos
que les permite resistir la acción de las fuerzas externas, el estudio de las fuerzas
internas en los cuerpos y de las deformaciones ocasionadas por las fuerzas
externas.
A diferencia de la Estática, que trata del estudio de las fuerzas que se inducen en
las diferentes componentes de un sistema, analizándolo como cuerpo rígido, la
Resistencia de Materiales se ocupa del estudio de los efectos causados por la
acción de las cargas externas que actúan sobre un sistema deformable.
La resistencia de materiales clásica es una disciplina de la ingeniería mecánica y la
ingeniería estructural que estudia los sólidos deformables mediante modelos
simplificados. La resistencia de un elemento se define como su capacidad para
resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones
permanentes o deteriorarse de algún modo.
Un modelo de resistencia de materiales establece una relación entre las fuerzas
aplicadas, también llamadas cargas o acciones, y los esfuerzos y desplazamientos
inducidos por ellas. Típicamente las simplificaciones geométricas y las restricciones
impuestas sobre el modo de aplicación de las cargas hacen que el campo de
deformaciones y tensiones sean sencillos de calcular.
Para el diseño mecánico de elementos con geometrías complicadas la resistencia
de materiales suele ser insuficiente y es necesario usar técnicas basadas en la
teoría de la elasticidad o la mecánica de sólidos deformables más generales. Esos
problemas planteados en términos de tensiones y deformaciones pueden entonces
ser resueltos de forma muy aproximada con métodos numéricos como el análisis
por elementos finitos.
Propiedades mecánicas de los materiales: cuando una fuerza actúa sobre un
cuerpo, se presentan fuerzas resistentes en las fibras del cuerpo que llamaremos
fuerzas internas.
Fuerza interna es la resistencia interior de un cuerpo a una fuerza externa. Cuando
usamos el término esfuerza, queremos decir la magnitud de la fuerza por unidad de
área.
Resistencia: la resistencia de un material es la propiedad que tienen para resistir
la acción de las fuerzas. Los tres esfuerzos básicos son los de compresión, tensión
y cortante. Por lo tanto, al hablar de la resistencia de un material deberemos conocer
el tipo de esfuerzo a que estará sujeto. Por ejemplo, los esfuerzos de tensión y
compresión del acero estructural son casi iguales, mientras que el fierro vaciado es
más resistente a compresión y relativamente débil en tensión.

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Rigidez: La propiedad que tiene un material para resistir deformaciones se llama
rigidez. Si, por ejemplo, dos bloques de igual tamaño, uno de acero y otro de madera
están sujetos a cargas de compresión, el bloque de madera se acortara más que el
de acero. La deformación (acortamiento) de la madera es probablemente 30 veces
mayor que la del acero, y decimos que éste último es, por lo tanto, más rígido.
Elasticidad: es la habilidad de un material para recuperar sus dimensiones
originales al retirar el esfuerzo aplicado.
Plasticidad: es la capacidad de un material para deformarse bajo la acción de un
esfuerzo y retener dicha acción deformación al retirarlo.
Ductilidad: es la habilidad de un material para deformarse antes de fracturarse. Es
una característica muy importante en el diseño estructural, puesto que un material
dúctil es usualmente muy resistente a cargas de impacto. Tiene además la ventaja
de “avisar” cuando va a ocurrir la fractura, al hacerse visible su gran deformación.
Fragilidad: es lo opuesto de ductilidad. Cuando un material es frágil no tiene
resistencia a cargas de impacto y se fractura aún en carga estática sin previo aviso.
Límite de proporcionalidad: es el punto de la curva en la gráfica de esfuerzo-
deformación, hasta donde la deformación unitaria es proporcional al esfuerzo
aplicado.
Punto de cedencia: es el punto en donde la deformación del material se produce
sin incremento sensible en el esfuerzo.
Resistencia última: es el esfuerzo máximo basado en la sección transversal
original, que puede resistir un material.
Resistencia a la ruptura: es el esfuerzo basadoen la sección original, que produce
la fractura del material. Su importancia en el diseño estructural es relativa ya que al
pasar el esfuerzo último se produce un fenómeno de inestabilidad.
Relación entre esfuerzos y tensiones
El diseño mecánico de piezas requiere:
 Conocimiento de las tensiones, para verificar si éstas sobrepasan los límites
resistentes del material.
 Conocimiento de los desplazamientos, para verificar si éstos sobrepasan el
límite de rigidez que garanticen la funcionalidad del elemento diseñado.
Esfuerzos
Fuerza. Son esfuerzos que se pueden clasificar debido a las fuerzas. Generan
desplazamiento. Dependiendo si están contenidos (o son normales) en el plano que
contiene al eje longitudinal tenemos:

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Fuerza. Son esfuerzos que se pueden clasificar debido a las fuerzas. Generan
desplazamiento. Dependiendo si están contenidos (o son normales) en el plano que
contiene al eje longitudinal tenemos:
Contiene al eje longitudinal:
 Tracción. Es un esfuerzo en el sentido del eje. Tiende a alargar las fibras.
 Compresión. Es una tracción negativa. Las fibras se acortan.
Normal al plano que contiene el eje longitudinal:
 Cortadura. Tiende a cortar las piezas mediante desplazamiento de las
secciones afectadas.
Momento. Son esfuerzos que se pueden clasificar debidoa los momentos. Generan
giros. Dependiendo si están contenidos (o son normales) en el plano que contiene
al eje longitudinal tenemos:
Contiene al eje longitudinal:
 Flexión. El cuerpo se flexa, alargándose unas fibras y acortándose otras.
Normal al plano que contiene el eje longitudinal:
 Torsión. Las cargas tienden a retorcer las piezas.
Otros:
Esfuerzos compuestos. Es cuando una pieza se encuentra sometida
simultáneamente a varios esfuerzos simples, superponiéndose sus acciones.
Esfuerzos variables. Son los esfuerzos que varían de valor e incluso de signo.
Cuando la diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo es 0, el esfuerzo se
denomina alternado. Pueden ocasionar rotura por fatiga.

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Deformación de los materiales
Las Deformaciones del Material pertenecen al grupo de las denominadas lesiones
mecánicas. 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.
La mecánica de los sólidos deformables estudia el comportamiento de los cuerpos
sólidos deformables ante diferentes tipos de situaciones como la aplicación de
cargas o efectos térmicos. Estos comportamientos, más complejos que el de los
sólidos rígidos, se estudian en mecánica de sólidos deformables introduciendo los
conceptos de deformación y de tensión mediante sus aplicaciones de deformación.
Una aplicación típica de la mecánica de sólidos deformables es determinar a partir
de una cierta geometría original de sólido y unas fuerzas aplicadas sobre el mismo,
si el cuerpo cumple ciertos requisitos de resistencia y rigidez. Para resolver ese
problema, en general es necesario determinar el campo de tensiones y el campo de
deformaciones del sólido.
Se tiene la siguiente clasificación para el comportamiento de la deformación de
materiales:
Comportamiento elástico, se da cuando un sólido se deforma adquiriendo mayor
energía potencial elástica y, por tanto, aumentando su energía interna sin que se
produzcan transformaciones termodinámicas irreversibles. La característica más
importante del comportamiento elástico es que es reversible: si se suprimen las
fuerzas que provocan la deformación el sólido vuelve al estado inicial de antes de
aplicación de las cargas. Dentro del comportamiento elástico hay varios subtipos:

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Elástico lineal isótropo, como el de la mayoría de metales no deformados en frío
bajo pequeñas deformaciones.
Elástico lineal no-isótropo, la madera es material orto trópico que es un caso
particular de no-isotropía.
Elástico no-lineal, ejemplos de estos materiales elásticos no lineales son la goma,
el caucho y el hule, también el hormigón o concreto para esfuerzos de compresión
pequeños se comporta de manera no-lineal y aproximadamente elástica.
Comportamiento plástico: aquí existe irreversibilidad; aunque se retiren las fuerzas
bajo las cuales se produjeron deformaciones elásticas, el sólido no vuelve
exactamente al estado termodinámico y de deformación que tenía antes de la
aplicación de las mismas. A su vez los subtipos son:
Plástico puro, cuando el material "fluye" libremente a partir de un cierto valor de
tensión.
Plástico con endurecimiento, cuando para que el material acumule deformación
plástica es necesario ir aumentando la tensión.
Plástico con ablandamiento.
Comportamiento viscoso: que se produce cuando la velocidad de deformación entra
en la ecuación constitutiva, típicamente para deformar con mayor velocidad de
deformación es necesario aplicar más tensión que para obtener la misma
deformación con menor velocidad de deformación pero aplicada más tiempo. Aquí
se pueden distinguir los siguientes modelos:
Visco-elástico, en que las deformaciones elásticas son reversibles. Para
velocidades de deformaciones arbitrariamente pequeñas este modelo tiende a un
modelo de comportamiento elástico.
Visco-plástico, que incluye tanto el desfasaje entre tensión y deformación por efecto
de la viscosidad como la posible aparición de deformaciones plásticas irreversible.