TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
¿QUÉ ES RESISTENCIA DE LOS MATERIALES?
ESQUEMA

F

F

INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

=
Ra

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

Rb

Ra

Rb

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

F
F

F

=

F


Slide 2

TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
¿QUÉ ES RESISTENCIA DE LOS MATERIALES?
ESQUEMA

INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
SISTEMA DE UNIDADES BÁSICAS:
ESQUEMA

 SISTEMA MÉTRICO: ACEPTADO INTERNACIONALMENTE, SE
INTRODUCCIÓN

CONOCE POR EL NOMBRE SISTEMA INTERNACIONAL DE
UNIDADES, EL CUAL SE ABREVIA SI.

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

 SISTEMA ANGLOSAJÓN: DE USO EN LOS ESTADOS UNIDOS,

CUYO NOMBRE ES ENGLISH GRAVITATIONAL UNIT SYSTEM
(EGU).

LO

INGLESAS.

QUE

SIGNIFICA

UNIDADES

GRAVITACIONALES


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

ESQUEMA

INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

TABLA Nº 1. DIMENSIONES BÁSICAS EN EL SISTEMA SI Y
EGU.
MAGNITUD
LONGITUD

SISTEMA
INTERNACIONAL
(SI)

SISTEMA
ANGLOSAJÓN
(EGU)

METRO (m)

PIE (ft)
SEGUNDO (s)

TIEMPO

SEGUNDO (s)

FUERZA

NEWTON (N)

LIBRA (lbf)

KILOGRAMO (kg)

Slug

KELVIN (K)

ºF

RADIAN

GRADO

MASA
TEMPERATURA
ANGULO


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

RELACIÓN ENTRE MASA, FUERZA Y PESO:
ESQUEMA

INTRODUCCIÓN

MASA: SE REFIERE A LA CANTIDAD DE SUSTANCIA QUE HAY
EN UN CUERPO.

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

FUERZA: ES LA ACCIÓN DE EMPUJAR O JALAR QUE SE
ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

EJERCE SOBRE UN CUERPO, YA SEA POR UNA FUENTE
EXTERNA, O POR LA ACCIÓN DE LA GRAVEDAD.

ESFUERZO
CORTANTE

PESO: ES LA FUERZA DE LA ATRACCIÓN GRAVITACIONAL
ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

SOBRE UN CUERPO.


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

RELACIÓN ENTRE MASA, FUERZA Y PESO:
ESQUEMA

Segunda Ley de Newton (Ley de la Fuerza).
INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

“La aceleración imprimida a un cuerpo dado, es
proporcional a la fuerza que lo produce y tiene la misma
dirección y sentido que dicha fuerza”

F  ma

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

W mg
SI

g  9 ,81

Peso

EUG

m
s

2

g  32 , 2

ft
s

2


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

RELACIÓN ENTRE MASA, FUERZA Y PESO:
ESQUEMA

EQUILIBRIO DE UNA PARTÍCULA:
INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

 Fi  0

 Mi  0

PAR DE FUERZA:

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

M rF


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

F1

ESQUEMA

INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

Mxy

F2
ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

Pxy

ESFUERZO
CORTANTE

Mxx
Pxy

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

Mxz

O Pxx


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

ESQUEMA

Pxx  ?

FUERZA

AXIAL

INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

Pxy  Pxz ?

FUERZA CORTANTE

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

Mxx  ?

Mxy  Mxz  ?

MOMENTO TORSOR

MOMENTOS
FLEXIONANTES


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

ARMADURAS
ESQUEMA

La armadura es uno de los tipos más principales de estructuras
INTRODUCCIÓN

ingenieriles. Ésta proporciona una solución tanto práctica como
económica para muchas situaciones ingenieriles, en especial para el

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

diseño de puentes y edificios.

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

B

ESFUERZO
CORTANTE
A
ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

D

Armadura Típica

C


Slide 11

TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
Nodos: 4
ESQUEMA

Elemento: 4

INTRODUCCIÓN

Elemento: 1
B

D

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

A

Elemento: 3
C

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

Elemento: 2

m = 2(n) – 3
En donde:

m = número total de elementos de la estructura.
CILINDROS DE
PARED DELGADA

n = número total de nodos de la estructura

Elemento: 5


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
Metodología para Determinar las Tensiones en los Elementos de
ESQUEMA

INTRODUCCIÓN

una Armaduras por el Método de Nodos:

1)Dibujar

un diagrama de cuerpo libre para toda la armadura: en este

paso se determina las reacciones en los apoyos, empleando para ello
ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

las ecuaciones de equilibrio estático.
SH (+) ΣMi = 0.

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

2)Localizar

(+)ΣFx = 0

(+) ΣFy = 0.

un nodo que conecte únicamente a dos elementos y dibujar

un diagrama de cuerpo libre del perno. Este diagrama de cuerpo libre
ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

sirve para determinar la fuerza desconocida en cada uno de los
elementos. Si están involucradas tres fuerzas donde una fuerza es
conocidas y las otras desconocidas, se recomienda resolverlo por
medio del triángulo de fuerzas. Para tres o más fuerzas en un nodo, la

solución se puede encontrar por medio de:
(+)ΣFx = 0

(+) ΣFy = 0.


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
Metodología para Determinar las Tensiones en los Elementos de
ESQUEMA

INTRODUCCIÓN

una Armaduras por el Método de Nodos:

3)

Utilizar las relaciones geométricas para encontrar los ángulos y
componentes de las fuerzas existentes en los elementos.

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

4)

dos de los elementos que se conectan a éste aún son

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

Después, se debe localizar un nodo en el cual sólo las fuerzas en

desconocidas.
5)

Se debe repetir este procedimiento hasta que las fuerzas en todos
los elementos de la armadura hayan sido determinadas.

6)

Se debe señalar que la elección del primer nodo no es única.

7)

Verificar que la armadura se encuentre en equilibrio.


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
Método se secciones:
ESQUEMA

Este método es el más eficiente, sí sólo se desea encontrar la fuerza
en un solo elemento o en un número muy reducido de elementos.
INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

Metodología

para

Determinar

las

Tensiones

en

los

Elementos de una Armaduras por el Método de Secciones:

Para determinar la fuerza en un elemento dado una armadura.

a) Dibujar un diagrama de cuerpo libre de toda la armadura.

b) Pasar una sección a través de tres elementos de la armadura: de
los cuales uno debe ser de interés. Después que sean han

removido estos elementos, se obtendrá dos porciones separadas
CILINDROS DE
PARED DELGADA

de la armadura.


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

c) Seleccionar una de las dos porciones de la armadura que se han
ESQUEMA

obtenido y dibujar su diagrama de cuerpo libre: dicho diagrama
debe incluir tanto a las fuerzas externas aplicadas sobre la porción
INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

seleccionada, como a las fuerzas ejercidas sobre esta última por

elementos interceptados antes que dichos elementos fueran
removidos.

d) Ahora se pueden escribir las tres ecuaciones de equilibrio: las
cuales se pueden resolverse para encontrar las fuerzas en los tres

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

elementos interceptados.

e) Una opción alternativa consiste en escribir una sólo ecuación: se
debe observar si las fuerzas ejercidas sobre el cuerpo libre por los

CILINDROS DE
PARED DELGADA

otros dos elementos son paralelas o si sus líneas de acción se
interceptan.


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

 Si

dichas

fuerza

son

paralelas:

éstas

pueden

eliminarse

ESQUEMA

escribiendo una ecuación de equilibrio que componentes en una
dirección perpendicular a la de estas dos fuerzas.
INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS



Si sus líneas de acción se interceptan en un punto: estas fuerzas
pueden eliminarse escribiendo una ecuación de equilibrio que
involucre momentos con respecto a este punto.

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

f)
ESFUERZO
CORTANTE

Se debe recordar que la sección que se utilice debe interceptar
únicamente a tres elementos: esto se debe a que las ecuaciones
de equilibrio en el paso D, solamente se resuelven para tres

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

incógnitas.


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

CONCEPTO DE ESFUERZO (σ):
ESQUEMA

“ESFUERZO ES LA RESISTENCIA INTERNA QUE OFRECE UN
INTRODUCCIÓN

ÁREA UNITARIA DEL MATERIAL DEL QUE ESTA HECHO UN
MIEMBRO PARA UNA CARGA APLICADA EXTERNAMENTE”.

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

“ES LA FUERZA POR UNIDAD DE ÁREA, O LA INTENSIDAD DE LAS

FUERZAS DISTRIBUIDAS A TRAVÉS DE UNA SECCIÓN DADA”

 

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

F
A

 : esfuerzo

F  Fuerza

A : Área _ sec ción _ transversa l


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

 

ESQUEMA

P
A

Para que esta ecuación sea valida se deben satisfacer las siguientes
INTRODUCCIÓN

condiciones:
ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

El miembro con carga debe ser recto.
El miembro con carga debe ser una sección transversal uniforme a lo

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

ESFUERZO
CORTANTE

largo en toda la longitud que se considera.
El material del que está hecho el miembro debe ser homogéneo.
La carga que debe aplicarse a lo largo del eje centroidal del miembro

ESFUERZO DE
CONTACTO

de modo que no haya tendencia a que este se flexione.
Los miembros a compresión deben ser cortos para que no se

CILINDROS DE
PARED DELGADA

pandeen.


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

CONCEPTO DE ESFUERZO (σ):
ESQUEMA

P = FUERZA NORMAL

INTRODUCCIÓN

P
ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

A = ÁREA TRANSVERSAL

=

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

 

P
A

P

P


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TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

CONCEPTO DE ESFUERZO (σ):
ESQUEMA

INTRODUCCIÓN

P

CONVENIO DE SIGNO ESFUERZO
NORMAL SIMPLE
P

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

  ( )

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

P
A

  ( )

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

A
P

P
CILINDROS DE
PARED DELGADA

P


Slide 21

TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

ESFUERZO NORMAL DIRECTO Ó SIMPLE TENSIÓN:
ESQUEMA

P

INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

FORMULA DEL
ESFUERZO:

ESFUERZO
CORTANTE

Lo

Lf

 

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

P
A

P


Slide 22

TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

ESFUERZO
ESQUEMA

NORMAL

DIRECTO

Ó

SIMPLE

COMPRESIÓN:

INTRODUCCIÓN

P

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

FORMULA DEL
Lo

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO:

Lf

  ( )

A

ESFUERZO DE
CONTACTO

P
CILINDROS DE
PARED DELGADA

P


Slide 23

TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
DISEÑO
ESQUEMA

DE

ESFUERZOS

ELEMENTOS
DE

DIRECTO

ESTRUCTURALES
DE

TENSIÓN

O

SOMETIDOS

A

COMPRESIÓN

DIRECTA.
INTRODUCCIÓN

d 

RESISTENCI A _ DEL _ MATERIAL ( Su , Sut )
FACTOR _ DE _ DISEÑO ( N )

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

El esfuerzo de diseño (σd) es aquel nivel de esfuerzo que puede
ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

desarrollarse en un material, a tiempo que asegura que el
miembro soporta la carga sea seguro.

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

El factor de diseño (N) es el número entre el que se divide la

resistencia registrada del material para obtener el esfuerzo de
diseño (σd).

d 

Sut
N


Slide 24

TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
ESFUERZO DE DISEÑO:
ESQUEMA

d 

Sut

En base a la resistencia última

N
INTRODUCCIÓN

d 

Sy

En base a la resistencia a la cedencia

N
ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

Tabla Nº 2. Criterios para esfuerzos de Diseño; esfuerzos
normales. Fuente: R. L. Mott.
Forma de Carga
Estática

Material Dúctil

d 

Sy

Material Quebradizo

d 

2
Repetida

d 

Sy

6

d 

8
De impacto o Choque

d 

Sy
12

Su

Su
10

d 

Su
15


Slide 25

TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
ESFUERZO CORTANTE SIMPLE (τ):
ESQUEMA

Este tipo de esfuerzo busca cortar el elemento, esta fuerza actúa de

forma tangencial al área de corte. Como se muestra en la siguiente
INTRODUCCIÓN

figura. Y viene dado por la siguiente formula:

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS



Fuerza _ tan gencial _ al _ área _ transversa l _ del _ elemeto
Área _ de _ corte _ elemto .

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

V

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

Elemento sometido a cortante.
Área de corte

V
Ac

V
ESFUERZO
CORTANTE




Slide 26

TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
ESFUERZO CORTANTE DOBLE (τ):
ESQUEMA

t
P

P

INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

t
(a)

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

1
ESFUERZO
CORTANTE

2

n
m

2

p
q

3
ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA



V

V

 

P 1
2 Ac

(b)

(c)



Fuerza
Área _ de _ corte

(d)


Slide 27

TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
ESFUERZO CORTANTE DE CIZAMIENTO (τ):
ESQUEMA



P
INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

Perimetro




Ap   2 *  * r   t     *   t 


ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

espesor

ESFUERZO
CORTANTE


ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

P
Ap



Fuerza
Área _ perimetral



P
Ap



P

 *   t 


Slide 28

TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
DISEÑO
ESQUEMA

INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

DE

ELEMENTOS

ESTRUCTURALES

SOMETIDOS

A

ESFUERZOS DE CORTANTE DIRECTO (τd):
d 

RESISTENCI

A _ DEL _ MATERIAL ( Sys , Sus )

FACTOR _ DE _ DISEÑO ( N )

El esfuerzo cortante de diseño (τd) es aquel nivel de esfuerzo que
puede desarrollarse en un material, a tiempo que asegura que el

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

ESFUERZO
CORTANTE

ESFUERZO DE
CONTACTO

miembro soporta la carga cortante sea seguro.

El factor de diseño (N) es el número entre el que se divide la
resistencia registrada del material para obtener el esfuerzo de

diseño (σd).

d 
CILINDROS DE
PARED DELGADA

Sys , Su
N


Slide 29

TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
ESFUERZO DE DISEÑO (τd):
ESQUEMA

d 

Sys
N

Resistencia a la cedencia a corte, Sys, es el nivel de
esfuerzo cortante al que el material presentaría el
fenómeno de cedencia

INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

Tabla Nº 3. Criterios para esfuerzos de Diseño para la
determinación de la fuerza cortante. Fuente: R. L. Mott.
Forma de Carga

Diseño por esfuerzo
d 

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

Material Dúctiles
d 

Sys

2N

N

Estática
ESFUERZO
CORTANTE

N 2

d 

Sy

N 4

d 

Sy

N 6

d 

Sy

Repetida
ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

De impacto o Choque

Sy

4

8

12


Slide 30

TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE

El factor de seguridad:
ESQUEMA

INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

N 

C arg a _ ultima C arg a _ de _ Diseño
C arg a _ Permisible

C arg



a _ de _ Trabajo



ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

ESFUERZO
CORTANTE

N 
ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

 Esfuerzo _ de _ Diseño 
_ Permisible  Esfuerzo _ de _ Trabajo 

Esfuerzo _ ultimo
Esfuerzo


Slide 31

TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
ESFUERZO DE DISEÑO (τd):
ESQUEMA

d 

Sus
N

Resistencia última a corte, Sus, es el nivel de
esfuerzo cortante a que el material se fractura

INTRODUCCIÓN

ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

Tabla Nº 2. Estimaciones para la Resistencia Última a corte.
Fuente: R. L. Mott.
Formula

Material

ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

Sus  0 , 65 Su

Aleaciones de Aluminio

ESFUERZO
CORTANTE

Sus  0 ,82 Su

Acero

Sus  0 ,90 Su

Hierro maleable y aleaciones de cobre

Sus  1,30 Su

Hierro colado gris

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA


Slide 32

TEMA Nº 1. ESFUERZO SIMPLE
ESFUERZOS DE CONTACTO O APLASTAMIENTO (σb):
ESQUEMA

b 

C arg a _ Aplicada



Área _ Pr oyectada

INTRODUCCIÓN

Fb



Ab

Fb
d *t

Elemento sometido a esfuerzo de aplastamiento
ANÁLISIS DE
FUERZAS INTERNAS

Pc
ESFUERZO NORMAL
SIMPLE

Pc
Área de
contacto

ESFUERZO
CORTANTE

t
Pc

ESFUERZO DE
CONTACTO

CILINDROS DE
PARED DELGADA

Pc

d
Elemento sometido a esfuerzo de contacto


Slide 33

“El hombre es un niño que ha dedicado toda la vida a
limitarse, a verse limitado y a aceptarse limitado."
Anónimo