Teoría para el tema a estudiar

DISEÑO DE ELEMENTOS SOMETIDOS A CARAGAS ESTATICAS:

Una carga estática es aquella que no varía su magnitud y dirección en el tiempo.

Teoría de fallas para materiales

La falla es la perdida de función de un elemento  tanto por deformación (fluencia) como por la separación de sus partes (fractura). Los mecanismos de falla dependen de la estructura microscópica del material y de las formas de sus enlaces atómicos. Para predecir las fallas de materiales bajo cargas estáticas y poder hacer diseños de elementos de maquinas confiables se han desarrollado varias teorías para grupos de materiales, basándose en observaciones experimentales

Las fallas se clasifican en dos: materiales dúctiles y frágiles. Hablaremos de los materiales dúctiles.

Teoría de falla para materiales dúctiles:

Se considera dúctil a un material que en el ensayo de Tensión haya tenido más del 5% de deformación antes de la fractura. En los materiales dúctiles se considera que la falla se presenta cuando el material empieza a fluir  (falla por deformación).Cuando se somete un elemento a una carga de tracción libre, cualquier punto de este queda sometido a un estado de esfuerzo uniaxial, el máximo esfuerzo normal actúa en la dirección de la fuerza y el máximo esfuerzo cortante en planos inclinados 45º con esta dirección. Si se somete un material dúctil a una carga de tracción, el material falla debido a la acción de los esfuerzos cortantes, ya que en la rotura se tiende a formar un cono cuya generatriz forma generalmente 45º  con la dirección axial, entonces serian los esfuerzos cortantes los culpables de los desplazamientos  de los cristales cuando se alcanza el límite de fluencia, los cristales siguen deslizándose sobre la red hasta la rotura.

Sin embargo entre los materiales dúctiles se encuentran la mayoría de los metales y plásticos poliméricos. Se debe tener presente que en términos generales, los materiales dúctiles tienen la misma resistencia a la tracción y a la compresión y no son tan susceptibles a las zonas de concentración de tensiones en términos comparativos con los materiales frágiles. Se puede considerar que un material dúctil ha fallado cuando en términos globales la tensión que está soportando alcanza la tensión de fluencia.

Ejemplo Un suelo falla cuando pierde permanentemente  su capacidad para soportar esfuerzos debido a una carga externa (el peso de una edificación, el empuje lateral de una estructura, entre otros). Si el suelo se deforma notoriamente antes de fallar, es un suelo que presentara  una falla dúctil; es decir, fallara después de deformarse en una buena medida.

Teoría del esfuerzo normal máximo

La Teoría del Esfuerzo Normal Máximo (TENM), o teoría del esfuerzo principal máximo, fue expresada por  W.J.M.Rankine y data del año 1850 aproximadamente. Solo se presenta por interés histórico ya que no es adecuada para materiales frágiles ni dúctiles.   Esta teoría establece que la falla suele ocurrir siempre que el esfuerzo principal mayor sea igual a la resistencia del material. O también cuando el esfuerzo normal en la probeta llegue a cierto límite de la resistencia normal, como puede ser el límite de fluencia elástico a tensión o la resistencia máxima a tensión del material. Para el caso de materiales dúctiles, el criterio deseado es la resistencia límite. 

Teoría de la máxima tensión cortante

La teoría de la máxima tensión cortante fue introducida en forma independiente por Coulomb (1773) y por Tresca (1868), y se la suele llamar también Criterio de Fluencia de Coulomb- Tresca o Criterio de Fluencia de Tresca. De acuerdo con la evidencia experimental sobre laminas de titanio y otros metales, según las cuales los mismos se deformaban según planos de corte perfectamente definidos. Estas observaciones condujeron a definir el criterio de fluencia como sigue: Una pieza sujeta a cualquier combinación de cargas sufrirá falla cuando la tensión cortante máxima exceda un valor crítico. El valor crítico se puede obtener a partir de los ensayos de tracción y compresión convencionales.