Concepto
El esfuerzo se define como una fuerza aplicada sobre una superficie dada. Existen en esencia en todo objeto solo dos tipos de esfuerzo: Esfuerzo axial y esfuerzo cortante. Todos los fenómenos físicos dados en elementos estructurales como momentos flectores, momentos torsores, o flexocompresión puede resumirse en la combinación de estos dos tipos de esfuerzo, cortante o axial.
En este apartado hablaremos del tipo más sencillo de esfuerzo, que es el esfuerzo axial promedio.
Este tipo de esfuerzo se define como el producto de una carga axial aplicada perpendicular a una superficie. Si por ejemplo tenemos una barra sometida a fuerzas alineadas con su eje centroidal como la mostrada a continuación:
Esta barra consta de dos fuerzas extremas opuestas para estar en equilibrio. Para analizar internamente los esfuerzos que se generan en las fibras internas de la barra podríamos imaginar un corte perpendicular al eje de la barra. El corte se vería más o menos así:
Podríamos analizar estos esfuerzos en términos de diferenciales de área, integrales y diferenciales, pero no es pedagógico para propósitos iniciales. Podríamos resumir el concepto de esfuerzo axial como la simple división de la fuerza axial dividida entre la sección transversal.
Como podemos notar, el valor de esfuerzo obtenido es un valor constante. A esto es a lo que llamaremos esfuerzo axial promedio.
Principio de Saint-Venant
Existen muchos conceptos a cubrir que no estamos mencionando por simplicidad, como el concepto de Saint-Venant que indica que los esfuerzos axiales cerca del punto de aplicación de la carga son muy disparejos comparados con los esfuerzos axiales analizados alejándonos del punto de aplicación de la carga. Para explicar este concepto fijemonos en la figura siguiente.
Si hacemos un corte imaginario A-A’ donde analizamos los esfuerzos axiales generados producto de la carga aplicada en el ojal, vemos que la distribución de esfuerzos es dispareja y concentrada más hacia el centro (o concentrada más en la línea de acción de la fuerza).
Sin embargo haciendo el mismo análisis de esfuerzos axiales alejados del ojal en el corte B-B’, ya se muestran esfuerzos parejos en el corte.
En general podría esperarse para la mayoría de los materiales, esfuerzos parejos como los de la sección B-B’ a una distancia igual a la dimensión más grande de las caras de la sección transversal, medida desde el punto de aplicación de la carga. Hablaré sobre esto en otro capítulo a más detalle.
Carga excéntrica
Cuando la carga está aplicada en un punto fuera del centroide de la sección transversal de la figura, los esfuerzos axiales generados ya no son parejos y constantes. Se genera una combinación de solicitaciones axiales y de momento flector que generan una suerte de esfuerzos incluso de compresión mezclados con tracción en la sección transversal. Este fenómeno puede entenderse muy intuitivamente con la figura siguiente:
Si la fuerza está aplicada muy lejos del centroide de la sección transversal de la figura se generan esfuerzos opuestos en dirección al sentido de la carga. Este es un fenómeno de flexocompresión o flexotracción que se explicará en otro artículo.
Ejemplo
La columna está sometida a una fuerza axial de 8[kN] en su parte superior. Si el área de su sección transversal tiene las dimensiones mostradas en la figura, determine el esfuerzo normal promedio que actúa en la sección plana mostrada.
Solución
Lo primero que debemos verificar para resolver el ejercicio es que la fuerza esté aplicada en el centroide de la sección transversal. Como la figura de la sección transversal es simétrica respecto a los dos ejes, es fácil deducir que el centroide de la figura se encuentra al centro de las cotas externas.
Por otro lado, la sección de corte está lo suficientemente alejada como para asumir que los esfuerzos se han distribuido uniformemente en la sección por el principio de Saint-Venant.
Finalmente aplicamos la fórmula de esfuerzo = Fuerza/Area teniendo cuidado con las unidades.
Con esto termina el ejercicio
Vídeo
Siempre me gusta más consultar temas en forma de texto, pero si quieres echarte un vídeo con esta misma explicación, te dejo el enlace a continuación:
autor: Marcelo Pardo
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