5. Tipos de esfuerzos

Cuando se diseña cualquier objeto o estructura se debe tener en cuenta que los elementos que lo forman van a estar sometidos a diferentes tipos de esfuerzos, cargas y acciones que deberán soportar.

Ahora vamos a ir viendo los distintos tipos de esfuerzos a que están sometidos los elementos estructurales.

Importante

Tracción

Elemento sometido a tracción.
Imagen de elaboración propia

Se dice que un elemento está sometido a un esfuerzo de tracción cuando sobre él actúan esfuerzos que tienden a estirarlo, como sucede, por ejemplo, con los cables de un puente colgante o con una lámpara que está colgada del techo.

Tirantes de un puente colgante sometidos a tracción
Imagen de D. Ball en Wikipedia bajo CC

Compresión

Elemento sometido a compresión.
Imagen de elaboración propia

 

Un elemento se encuentra sometido a compresión cuando sobre él se aplican fuerzas que tienden a provocar su aplastamiento, como es el caso, de los pilares de nuestra casa, o de las patas de una silla cuando estamos sentados en ella.
 
Cuando un elemento esbelto, es decir mucho más largo que ancho, es sometido a este tipo de esfuerzos puede sufrir importantes deformaciones características debidas a flexiones laterales llamadas pandeo.
 
 
Pilares de una construcción sometidos a compresión
Imagen de G. Piolle en Wikipedia bajo CC

Flexión

Elemento sometido a flexión.
Imagen de elaboración propia

 

Este tipo de esfuerzos es el que se aplica sobre elementos que tienden a doblarse. Es una combinación de compresión y tracción, mientras que las fibras superiores de la pieza sometida a un esfuerzo de flexión se acortan  (compresión), las inferiores se alargan (tracción), como sucede con una pasarela o en una estantería que se comba debido al peso de los libros.

Aparadores de una estantería sometidos a flexión
Imagen de M. Strehl en Wikipedia bajo CC

Torsión

Elemento sometido a torsión.
Imagen de elaboración propia

Es el tipo de esfuerzos que soportan los elementos que tienden a ser retorcidos sobre su eje central, es el caso de los ejes, los cigüeñales y las manivelas o de un bote cuando abrimos su tape de rosca.

Punta del destornillador sometida a torsión
Imagen de Tristanb en Wikipedia bajo CC

Cortadura o cizalladura

Elemento sometido a cizalladura.
Imagen de elaboración propia.
 
 
 
Es el esfuerzo que al ser aplicado sobre un elemento provoca su desgarro o corte. Se produce cuando sobre el mismo plano se aplican esfuerzos en sentidos opuestos. Es el caso de la bola de enganche de una caravana o simplemente del corte con una tijera.
 
 
 
 

Remaches de la estructura sometidos a cizalladura
Imagen en INTEF bajo CC

Curiosidad

En ocasiones en vez de emplear el concepto esfuerzo es más adecuado usar el concepto tensión, que resulta del cociente entre la fuerza aplicada y la sección sobre la que se aplica.

La tensión se mide en Pascales (Pa), que son equivalentes a los Newton/m2.

Ejercicio resuelto

Un pilar de sección cuadrangular de 30 cm de lado soporta un esfuerzo de compresión de 2.5 103 N. Calcula a qué tensión está sometido el pilar.

AYUDA: Deberemos utilizar la expresión del esfuerzo

Determina la máxima fuerza de tracción que es posible ejercer sobre un cilindro metálico de 30 cm de diámetro, si la tensión máxima que puede soportar es de 3 105 N/m2.

Se tiene que utilizar un pilar de sección circular que debe soportar un esfuerzo de compresión de 2500 N. Si el esfuerzo máximo a compresión que soporta el material es de 63 103 N/m2, ¿de qué diámetro deberíamos elegir el pilar?

Estudia estas dos imágenes y determina a qué tipo de esfuerzos están sometidos los distintos elementos de estas estructuras.

Columpio
Puente de San Francisco
Imagen de Paul Bangs en INTEF bajo CC
 Imagen en INTEF bajo CC.