Fundamentos de Materiales y Esfuerzos Mecánicos en Ingeniería Estructural

Clasificación y Propiedades Fundamentales de Materiales

1. Metales y Aleaciones

Ejemplos:

• Acero
• Cobre
• Aluminio

Propiedades destacadas:

• Alta resistencia mecánica
• Buena conductividad térmica y eléctrica

2. Cerámicos

Ejemplos:

• Porcelana
• Alúmina
• Ladrillo

Propiedades destacadas:

• Muy duros, pero frágiles
• Resistentes a altas temperaturas y corrosión

3. Polímeros (Plásticos)

Ejemplos:

• Polietileno (PE)
• PET
• Caucho

Propiedades destacadas:

• Ligeros
• Moldeables y resistentes a la corrosión

4. Materiales Compuestos

Ejemplos:

• Concreto armado
• Fibra de vidrio con resina
• MDF (tablero de fibras de madera)

Propiedades destacadas:

• Alta relación resistencia/peso
• Propiedades combinadas (como rigidez + flexibilidad)

5. Materiales Naturales

Ejemplos:

• Madera (vegetal)
• Lana (animal)
• Piedra (mineral)

Propiedades destacadas:

• Renovables (vegetales y animales)
• Biodegradables (en su mayoría)

Conceptos Fundamentales de Mecánica de Materiales

La Ley de Hooke

La Ley de Hooke es una ley fundamental de la física que describe el comportamiento elástico de los materiales cuando se les aplica una fuerza.

Factor de Seguridad y Esfuerzo Permisible

¿Qué es el Factor de Seguridad (FS)?

Es un número que se usa para diseñar estructuras con un margen extra de seguridad, por si algo sale mal o no se cumple como se esperaba.

¿Qué es el Esfuerzo Permisible?

Es el esfuerzo máximo que se permite usar en un diseño real para que sea seguro.

Se calcula dividiendo el esfuerzo último (lo máximo que puede resistir el material) entre el Factor de Seguridad.

Ejemplos Prácticos

Ejemplo 1: Esfuerzo Último

Usted sabe que una silla puede soportar hasta 200 kg antes de romperse (eso sería su esfuerzo último).

Ejemplo 2: Aplicación del Factor de Seguridad

Si una cuerda aguanta hasta 400 kg de peso, pero le aplicamos un factor de seguridad de 2, solo estamos permitiendo colgar 200 kg.

Definición de Estructura

Una estructura es un conjunto de elementos organizados y conectados entre sí, diseñados para soportar cargas, resistir fuerzas y mantener su forma sin colapsar.

Tipos de Esfuerzos Mecánicos

Definiciones de Esfuerzos Específicos

Esfuerzo Cortante (o de Corte)

El esfuerzo cortante es una fuerza interna que aparece cuando una parte de un objeto trata de deslizarse o moverse paralelamente respecto a otra parte del mismo objeto.

Esfuerzo de Aplastamiento (o Compresión)

Es una fuerza mecánica que ocurre al comprimir un objeto entre dos superficies opuestas.

Ejemplo: Apilar cajas.

Ejemplos Cotidianos de Esfuerzos Mecánicos

A continuación, se presenta un ejemplo real o cotidiano para cada tipo de esfuerzo mecánico fundamental:

Tracción

Las fuerzas estiran el material, tendiendo a alargarlo.

• Un cable de acero que sostiene un puente colgante.
• Un resorte estirado por una pesa.

Compresión

Las fuerzas comprimen el material, tendiendo a acortarlo.

• Una columna de concreto que sostiene el techo de un edificio.
• Al apretar un borrador entre los dedos.

Flexión

El material se curva por una fuerza perpendicular a su eje longitudinal.

• Una regla plástica al presionarla desde los extremos.
• Una viga que soporta el peso del piso de arriba.

Torsión

El objeto es girado en direcciones opuestas alrededor de su eje.

• Exprimir una toalla mojada.
• El eje de transmisión de un automóvil.

Cortante

Las fuerzas tienden a cortar o cizallar el material.

• Tijeras cortando papel (acción de las hojas).
• El corte de una viga en una estructura justo donde cambia de apoyo.