Aceros Estructurales

Se producen de forma de láminas, planchas, barras, tubos y perfiles estructurales como vigas. Vigas de patines anchos, canales y ángulos. La Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (ASTM)da una designación numérica a estos aceros, que es el numero de la norma que define las propiedades mínimas requeridas. En el apéndice A-15 de san los seis grados de los aceros estructurales de uso más frecuente y sus propiedades

Un acero que es muy popular en aplicaciones estructurales es el ASTM a36, acero al carbón utilizado para muchos perfiles palcas y barras comercialmente disponibles. Tiene un punto de cedencia mínimo de 36 KSI (248 MPa) es soldable y se utiliza en puentes, edificios y para propósitos estructurales generales

Aceros inoxidables.

Los aceros inoxidables reciben su nombre por -su resistencia a la corrosión El principal elemento tic aleación en los aceros inoxidables es el cromo, que esta presente hasta en un 17° . 

En la mayoría de las aleaciones Se utiliza un mínimo de 10,5 % de cromo, y puede variar hasta alcanzar el 21 por ciento Aunque existen más de 40 grados de acero inoxidable en el mercado, por lo general se categorizan en tres series que contienen aleaciones con propiedades similares En el apéndice A -14 se da una lisia de propiedades de algunos aceros inoxidables. l os aceros de las series 2(M1 y 3>(MJ tienen alta resistencia y una alta tolerancia a la corrosión Pueden utilizarse a temperaturas hasta de 650 "C con buena retención de pro- piedades 

Por su estructura, estos aceros son en esencia no magnéticos Su buena ductilidad y dureza, y su buena soldabilidad. los hacen sumamente útiles para equipos de procesos químicos, productos arquitectónicos y productos relacionados con los alunen* tos No son endureciese por tratamiento térmico, pero pueden hacerse más resistentes al trabajarlos en frío.

 El rango del trabajo en frío está típicamente dado como suave, Semisuave .semiduro y duro , donde la resistencia aumenta a mayor dureza Pero a mayor dureza disminuye la ductilidad. El apéndice A- 14 muestra las propiedades de algunas aleaciones de acero inoxidable en dos condiciones: recocido y duro, que son los extraen n i s disponibles de resistencia. La condición de recocido a veces se conoce como suave

El reconocido alivio de esfuerzo

El reconocido alivio de esfuerzo consiste en calentar por debajo de la temperatura critica mínima, mantenimiento para conseguir una temperatura uniforme en toda la pieza y luego enfriar hasta la temperatura ambiente. Esto alivia a los esfuerzos residuales y evita una distorsión posterior

El reconocido completo

El reconocido completo consiste en calentarlo a una temperatura mayor a la critica máxima seguido de un enfriamiento muy lento hasta la temperatura critica mínima y luego en aire estático hasta la temperatura ambiente Esta es una de las formas más blandas del acero, siendo así más fácil de cortar, formar y maquinar

El normalizado del acero

El normalizado del acero se inicia calentándolo aproximadamente a la misma temperatura (conocida como temperatura critica máxima) que sería necesaria pana endurecerlo mediante templado, como ya se ha descrito. Pero en lugar de templarlo, el .acero se enfría en aire estático hasta que titean/;) la temperatura ambiente, fisto resulta en una estructura uniforme y de grano fino, una mayor ductilidad, mejor resistencia a impactos de una maquinabilidad mejorada

Condiciones para aceros. - III

El reconocido y normalizado son tratamientos térmicos diseñados para suavizar el acero, darle propiedades más uniformes, hacerlo más moldeable o para aliviar los esfuerzos desarrollados en el acero durante procesos como la soldadura, el formado o maquinado. Dos de los tipos de esfuerzos La figura 2-9 ilustra estos procesos de tratamiento térmico junto con el enfriado y templado

Condiciones para aceros. - II

En general .los aceros aleados se tratan al calor para desarrollar propiedades especificas: el tratamiento al calor involucra elevar la temperatura del acero entre 790 y 900 °C (según la aleación) para de inmediato enfriarlo, templándolo en agua o aceite Luego del templado, el acero tiene alta reticencia y dureza, pero también se toma quebradizo. Por esta razón, se realiza un tratamiento posterior conocido como templado (o estirado)El acero se recalienta a una temperatura en el rango de entre 205 y 705 X . y luego se¡ enfría

Condiciones para aceros. - I

Las propiedades mecánicas del carbono y los aceros aleados son sumamente sensibles a la manera en que forma, y a los procesos de tratamiento térmico. 

En el apéndice A-13 se muestra una lista de la resistencia última la resistencia a la cedencia y el porcentaje de alargamiento de varios aceros en una amplia variedad de condiciones. Nótese que estas son propiedades típicas o ejemplos de estas y no pueden servir de base para diseño Las propiedades de los materiales depende mucho factores entre los que se incluye: tamaño de la sección, temperatura, composición real, variables en su procesamiento y técnicas de fabricación. Es responsabilidad del diseñador investigar el posible rango de propiedades de un material y diseñar miembros de carga seguros sin importar la combinación de factores presentes en una situación dada.

Acero - III

La tabla 2-3 da las aleaciones más comunes junto con los principales usos de cada una.

Acero - II

La tabla 2- 2 muestra los principales elementos de aleación que corresponde a los dos primeros digitos de las desginacion del acero

Acero - I

El término acero se refiere a aleaciones de hierro y carbono y, en muchos casos, otros elementos. Por la gran cantidad de ácoros disponibles, en la presen le sección se clasificarán como aceros al carbono, aceros aleados, aceros inoxidables y aceros estructurales. 

En el caso de los aceros al carbono y aceros aleados, se utiliza e I código de designación de 4 dignos para definir cada aleación I .a figura 2-7 muestra el significado de cada dígito LOS cuatro dígitos deberían ser los mismos para aceros clasificados por el Instituto Americano del Hierro y el Acero {American Iron and Steel Instilóte] < AISI)] y la Sociedad de Ingenieros automotrices. [Societv of Automotive Engineers (SAE)], la clasificación de la Sociedad estadounidense para Pruebas y Materiales [American Society for Testint: and Materials (ASTM )} se discutirá posteriormente Porte general, los primeros dos dígitos en una designación de cuatro dígitos para el acero denotara los pn iw i pales elementos de la aleación, además del carbono presenta en el acero Los dos últimos dígitos denotan el porcentaje medio (o puntos)de carbono en el acero. 

Por ejemplo si los últimos dos dígitos son 40, el acero tendrá aproximadamente 0.4% de contenido de carbono el carbono tiene un lugar tan prominente en la designación de la aleación ,porque, en general conforme aumenta el contenido de carbono también se incrementa la resistencia y dureza del acero. 

 El contenido de carbono en términos generales, varia de un mínimo de 0.1% aproximadamente 1.0% cabe hacerse notar que si bien la resistencia aumenta al aumentar el contenido de carbono el acero también se vuelve mas gratil

Clasificación de los metales y las aleaciones - III

Muchas aleaciones dentro del SNU retienen los números efe los sistemas quebrante muchos años la asociación individual ha tenido por costumbre utilizar. Por ejemplo, la siguiente sección describe el sistema de designación de cuatro dígitos de la A1SI para aceros al carbono y aleados La figura 2- 7 muestra dos ejemplos: AISI1020, un acero al carbono, y AISI 414L), una aleación de acero. Estos aceros deben tener las designaciones SNU, QI0200 y G41400. respectivamente.

Clasificación de los metales y las aleaciones - II

Las series primarias de números dentro del SNU aparecen listadas en la tabla junto con la organización responsable de asignar números dentro de cada serie

Clasificación de los metales y las aleaciones - I

Muchas asocianes industriales se encargan de establecer normas para la clasificación de matelaes y aleaciones. Cada una tiene su propio sistema de numeración, conveniente para el metal especifico regido por la norma. Pero esto a veces produce confusión en especial cuando dos o más consaciones se traslapan y cuando se utiliza esquemas muy distintos para denotar los metales. 

Se introdujo el orden en la clasificación de metales mediante el uso del Sistema de Numeración Unificado (SNU) , como se define en la Norma E 527-74 (Reaprobada en 1981) Standart for Numbering Metals and Alloys (UNS) Además de listar los materiales controlados por la ASTMM, SNU coordina las designaciones de : 

• The Aluminum Association (AA)(asociación de aluminio ) 

• American Iron and Steel Institute (AISI)(instituto estadounidense del hierro y acero 

 • Society of Automotive Energincers (SAE) (sociedad de ingenieros automotrices)

Modos de fractura.

En la mayoría de los diseños, un elemento de máquina o miembro estructural se considera que ha fallado cuando:

1. Se rompe; es decir, el esfuerzo supera a la resistencia última del material.
2. El material se deforma plásticamente; es decir, se ve sometido a un esfuerzo mayor que su resistencia a la cedencia
3. Ocurre una deformación elástica excesiva que hace que el miembro ya no sea adecuado para su uso propuesto. La deformaron del material antes de que ceda depende de su rigidez, indica el modulo de elasticidad.

Ductilidad - Resumen

En resumen, se utilizan las siguientes definiciones para describir la ductilidad en

metates:

• El porcentaje Je alargamiento «la ratón entre el alargamiento plástico de una probeta sometida o tensión, fuego de su fractura definitiva dentro de fas marcas de calibración, y (a longitud original entre las marcas de calibración. Es una medida de la ductilidad. 

• Material dúctil es aquel que puede estirarse, formarse o encogerse a un grado significativo antes de fracturarse. I n metal que presenta un porcentaje de alargamiento mayor del 5.0% se considera dúctil. 

• Material quebradizo es aquel que se fractura de súbito al someterse a carga, con poco o ninguna deformación plástica. f vi metal que presenta un porcentaje de alargamiento menor del 5.0% se considera frágil

Virtual mente, todas las formas forjadas de aleaciones de acero y aluminio son dúctiles. Pero las formas de alta resistencia tienden a tener una menor ductilidad» y el diseñador con frecuencia se ve obligado a acomodar la resistencia y la ductilidad a la especificación de un material. El hierro colado gris, muchas formas de aluminio colado, y algunas formas de alta resistencia del acero forjado o colado son frágiles,

Ductilidad. - II

veces utilizan 8.0(10 plg o 200.0 aun como longitud tic calibración. Después de que la muestra se somete a tensión hasta fracturarse, las partes fracturadas se juntan, y nuevamente se mide la distancia entre las marcas. Con estos datos, se calcula el porcentaje

 Se considera que un metal es dúctil si su porcentaje de alargamiento es mayor del 5%, Un material con un porcentaje de alargamiento menor del S^seconsidera/rágr/y no presenta el fenómeno de ccdencia. Lu fractura de estos malcríales es repentina, si n una deformación notable ames de su fractura definitiva. En la mayoría de las aplicaciones de diseño estructural y mecánico es deseable el comportamiento dúctil y el porcentaje de alar- gamientodel malcrial debe ser significativamente mayor de un 5,0%. Un alto porcentaje de alargamiento indica un material altamente dúctil,

Ductilidad. - I

Cuando los metales se rompen, su fractura puede clasificarse como dúctil o frágil Un material dúctil se estira y cede antes de fracturarse por lo que origina una notoria disminución en el área de la sección transversal, en iu sección fracturada Por otra parte un material frágil se fracturará de repente con poco o ningún cambio en el área de la sección fracturada Los materiales dúctiles se prefieren para pea» que soportan cargas repetidas o que se someten a carga de impacto debido a que. por general,,^ Sisteniesa la fractura por fatiga, y porque absorben mejoría energía del impacto La ductilidad en los metales se mide generalmente durante la prueba de tensión. observando cuanto se ha alargado permanentemente el material luego de fractura J inicio de la prueba, se marca una longitud de calibraciones la probeta, como se en la figura 2- 6. La mayoría de las pruebas utilizan2.000 plg o 50.0 mm como longitud de calibración, según se muestra en la 11 gura. Los aceros estructurales muy dúctiles

Rigidez - II

Muchas de las fórmulas que se utilizan en el análisis de esfuerzo se basan en la suposición de que se aplica la ley de Hooke, Este conceptees también útil para técnicas de análisis experimental de esfuerzos, en donde la deformación se mide en un cierto punto, Et esfuerzo correspondiente al punto puede calcularse con una variación de la ecuación (2-1);

Rigidez - I

Con frecuencia es necesario determinar cuánto se deformara una pieza bajo carga, para asegurar que la deformación excesiva no destruya a su utilidad. Esto puede ocurrir a esfuerzos muy inferiores a la resistencia a la cedencia del material, en especial en miembros muy largos o en dispositivos de alta precisión. La rigidez de material es una función de su modulo de elasticidad al que a veces se le conoce como modulo de Young

El modulo de elasticidad, E, es una medida de la rigidez de un material, determinado por la dependiente de la porción recta de la curva de esfuerzo-deformación. Es la razón de cambio de esfuerzo a cambio en la deformación correspondiente 

Ëste puede formularse matecaticamente como :

Por consiguiente, un material con una pendiente más pronunciada en su curva de esfuerzo-deformación será mis rígido y se deformará menos bajo una carga que un material que tiene una pendiente menos pronunciada F:n la figura 2- -5, que ilustra este concepto, se muestran las porciones rectas de las curva» de esfuerza deformación para el acero, titanio, aluminio y magnesio. Puede verse que si dos piezas, que de otro modo serian idénticas, estuvieran hechas de acero y aluminio, respectivamente, la pieza de aluminio se deformaría tres veces más al verse sometida a la misma carga. El diseño de los miembros característicos de carga de máquinas y estructuras es tal. Que el esfuerzo queda debajo del límite proporcional; es decir, en la porción recta de la curva de esfuerzo- de- formación A continuación definiremos la ley de Hooke

Resistencia - Resumen

A continuación, expone un resumen de las definiciones de las más importantes propiedades de resistencia de los metales: 

• El limite proporcional es el valor del esfuerzo en la curva de esfuerzo-deformacion, al que la curva se devia por primera vez, desde una línea resta 

• El limite elástico es el valor del esfuerzo en una curva de esfuerzo-deformación, en el que el material se deforma plásticamente; es decir, ya no volverá a su forma y tamaño originales luego de eliminar la carga. 

• El punto de cedencia es el valor del esfuerzo en la curva de esfuerzo- deformación, en el que existe un incremento en el esfuerzo. 

• La resistencia ultima es el máximo valor del esfuerzo en la curva de esfuerzo-deformación En resumen para materiales que no presentan un punto de cedencia pronunciado la definición de resistencia a la acedencia es la siguiente 

 La residencia a la cedencia es el valor dele esfuerzo en la curva de esfuerzo- deformación en el cual una recta que se dibuja desde un valor de deformación de 0.002 plg/plg (o m/m) Y paralela ala porción recta de la curva de esfuerzo-deformación, interseca ala curva 

La mayoría de los metales forjados, el comportamiento de os materiales a compresión es similar a los materiales que están a tensión y por esto generalmente no se realizan pruebas separadas de compresión. Sin embargo en materiales colados y no homogéneos como la madera y el concreto, hay grandes diferencias entre las propiedades a tención y compresión y deben realizarse pruebas de compresión

Resistencia. - III

El hecho de que las curvas de esfuerzo-deformación en las figuras 2-3 y 2-4 caigan luego de llegar a un pico, indita que disminuye el nivel de esfuerzo. En realidad no es así; el esfuerzo verdadero continúa elevándose hasta que finalmente el material se fractura La razón para la apárenle disminución en el esfuerzo es que la grifa*que se toma de una típica máquina de prueba de tensión es en realidad de carga alargamiento y no de esfuerzo. Contra deformación El eje vertical Se convierte en esfuerzo al dividir la carga (fuerza) sobre la probeta entre el área de sección transversalwi^w/ de la probeta 

Cuando la probeta se acerca a su carga den iptum, se red ucc su diámetro y. en coiisec uencia, su área de sección iransversal El área que se redujo requirió una fuerza menor para seguir alargando la probeta, aun cuando c! esfuerzo verdadero sobre el material se incremente listo resulta en la caída de la curva que se muestra en las figuras 2-3 y 2-4. Envista de que es muy difícil controlar el diámetro decreciente, y debido a que los experimentos demostraron que hay poca diferencio entre el esfuerzo máximo verdadero y el que se obtuvo para el pico del esfuerzo aparente contra la curva de deformación, al pico se le acepta como la resistencia ultima a la tensión del material

Resistencia. - II

En la figura 2-3 posemos ver un diagrama típico de esfuerzo – deformación de un acero de bajo contenido de carbono. Puede observarse que durante la primera fase de la aplicación de la carga, la gráfica del esfuerzo contra la deformación es una línea recta, lo que indica que el esfuerzo es directamente proposicional a la deformación. Después del punto A en el Diagrama la curva deja de ser una recta. Este punto se conoce como limite proporcional Conforme se incrementa

Continuamente la carga sobre la muestra, se llega a un punto que se conoce como limite elástico, marcado con la le B en la figura 2-3 A esfuerzos menores a este punto el material recobra su tamaño y forma originales sise elimina la carga A mayores esfuerzos el materiales queda permanentemente deformado.

Resistencia. - I

Los datos de referencia que listan las propiedades mecánicas mentales casi siempre incluirán la resistencia última de la tensión y la resistencia a la cedencia del metal. La comparación entre los esfuerzos reales en una pieza, con la resistencia ultima a la tensión o a la resistencia a la cedencia del material del que esta hecha la pieza, es el método usual para evaluar lo apropiado que puede ser materiales para soportar con seguridad las cargas aplicadas.

Probeta para pruebas de tensión montada en un portaprobeta(fuente tinius olsen Testing Machine Co. Inc)

En la fotografía se muestra una fotografía de una probeta representativa para prueba de tensión. Se aplica lenta y uniformemente una fuerza de tensión a la muestra hasta que esta se rompa. Durante la prueba, se hace una grafica que muestre la relación entre el esfuerzo en la muestra y la de la formación unitaria

Metales en el diseño Mecánico

Los metales por lo general se utilizan para miembros que soportan carga en edificios puentes, maquinas y una amplia variedad de productos para el consumidor. Las vigas y columnas en los edificios comerciales están hechas de acero estructural o aluminio.
En automóviles , se utiliza un gran numero de aceros, entre los que se incluye lamina de acero al carbono para panales de carrocería, aleaciones de corte libre para piezas maquinadas y aleaciones de alta resistencia para engranes y piezas sometidas a cargas excesivas. El hierro colado se utiliza en bloques de motores, tambores de frenos y cabezas de cilindros.
Las herramientas, resortes y otras piezas que requieren de una alta dureza y resistencia al desgaste están hechas de aceleraciones de acero que contienen una gran cantidad de carbono. Los aceros inoxidables se utilizan en equipo de transporte, productos para planos químicas y equipos de cocina donde se requiere resistencia a la corsion

El aluminio tiene muchas de las aplicaciones del acero; se utilizan en muchos productos arquitectónicos y bastidores para equipo móvil. Su resistencia a la coerción permite que se utilice en tanques de almacenaje químico, utensilios de concina, equipo marino y productos como postes indicadores para carretera.
Los pistones para automóviles y cuerpos troquelados de bombas y alteraciones son aluminio. Las estructuras para aviones, las piezas para motores y los revestimientos de lamina metaliza aluminio por su alta razón de asistencia- peso

Propiedades de los diseños de los materiales

El estudió de la resistencia de materiales requiere un conocimiento de la forma en que las fuerzas y momentos externos afectan los esfuerzos y deformaciones que se desarrollan en el material de un miembro que soporta carga. Sin embargo, con el fin de dar a estos conocimientos un uso práctico, el diseñador necesita saber cuántas deformaciones y esfuerzos puede resistir el maten al de manera segura- De este modo, las propiedades de los materiales, en lo que se refiere «1 diserto, deben comprenderse junto con cl análisis requerido para determinar magnitud de los esfuerzos y deformaciones. En este capitulo presentaremos información concerniente a los materiales que se 

Utilizan con mayor frecuencia en la fabricación de componentes de estructuras y dispositivos mecánicos, poniendo mis énfasis en las propiedades de diseño los materiales que en -.u estructura metalúrgica o composición química Aunque es verdad que un conocimiento profundo de la estructura de los materiales es una buena ayuda para el diseñador, 0 de la mayor importancia saber la forma en que los materiales se comportan al soportar cargas 

Éste es el comportamiento en el que nos concentraremos en el presente capítulo Primero. discutiremos los metales, los materiales más ampl lamento utilizados en el diseño de la ingeniería. Se describen las importantes propiedades de los metales junto con 1-isc-iracterísticüs especiales de varios metales distintos Entre los no metates que se presentan se incluye: madera, concreto plásticos y los materiales Compuestos, y se expone la forma en que el comportamiento de estos materiales difiere de los metales, junto con algunas de sus propiedades características

Canales y vigas I estandar de la Aluminum Asociation

En los apendices a -10 y a-11 se dan las dimesiones y propiedades de seccion de canales y vigas I desarrolladas po la Aluminum Asociation (referencia) estas son de perfiles extruidos con espesor uniforme de las almas y patines, con radios amplios donde se tocan.
Las proporciones de estas secciones son ligeramente distintas de las secciones de acero laminado ya descritas. La forma extruida ofrece ventajas en el uso eficiente de materiales y en la unión de miembros. En este texto se utilizaran las siguientes formas para la designación de secciones aluminio

donde C o I forman la formula básica de la sección

Tubos.

Las secciones circulares huecas, que por lo común se les llama tubos, son sumamente eficientes para utilizarse como vigas, miembros de torsión y columna La colocación uniforme del material lejos del centro del tubo aumentad momento de inercia para una cantidad dada de material, y da al tubo propiedades uniformes respecto a toda los ejes que pasan por el centro de la sección transversal. La forma cerrada de su seccion transversal le da una alta resistencia y rigidez a torsión, así como a flexión 

El apéndice A-12 da las propiedades de tubo de acero soldado sin costura American National Standard cédula 40. Éste es el tipo de tubo que se utiliza con frecuencia para transportar agua y otros fluidos, pero funciona igualmente bien en aplicaciones estructurales. Nótese que los diámetros interior y exterior reales son algo distintos de los nominales, excepto para los tamaños muy grandes. 

El tubo de construcción con frecuencia se llama tubo de peso estándar y tiene las mismas dimensiones que cl tubo de cédula 40 de ½ plg a 10 plg. Existen otras "cédulas" y "pesos" de tubería con espesores de pared más Pequeños. Otras seccione circulares huecas comúnmente disponibles se conocen como tubería estas están disponibles en acero al carbón, acero inoxidable, aluminio, cobre, bronce, titanio, y otros materiales Véase referencias 2,3, y 4 para la variedad de tipos y tamaños de tubo y tubería

Tubería estructural (cuadrada y rectangular) - II

Las tuberías cuadrada y rectangular son sumamente útiles en estructuras de maquinas, porque tienen buenas propiedades de sección para miembros cargados con vigas a flexión, y para cargas de torsión por su sección transversal cerrada.
Las caras planas con frecuencia facilitan la sujeción de miembros entre sí o la unión de equipo a los miembros estructurales. Algunos marcos se sueldan para formar una unidad integral que funciona, como un marco espacial rígido. Con tubería cuadrada puede hacerse una específicamente para columnas.

Tubería estructural (cuadrada y rectangular) - I

Para el aspecto de propiedades de tubería estructural de acero. Estos perfiles se forman generalmente de láminas planas soldadas a lo largo. Las propiedades de sección tienen en cuenta los radios de las esquinas. Nótese los dibujos que se muestran los ejes X y Y . La designación estándar toma la forma

donde 6 es la altura de lado largo, en pulgadas

Vigas American Standard (perfiles S)

El apéndice A-8 muestra las propiedades de perfiles S. Gran parte de la discusión de los perfiles W se aplica también a los perfiles S. Nótes que, nuevamente , el peso por pie tic de la longitus se incluye en la designacion como el S10 x 35 que pesa 35 lb/pie 

En la mayoría.aunque no en todos los perfiles S la altura real es igual a la nominal Los palmes de los perfiles S están biselados a una dependiente de aproximadamente 2 plg por cada 12 plg, como los patines de los perfiles C Los ejes X y Y están definidos como se muestra con el alma en posición vertical con frecuencia se prefieren los perfile* de patín ancho (perfiles W> . los a los perfiles S por sus patines relativamente anchos, el espesor constante de los patines y apropiados de sección generalmente más altas para un peso y altura dados

Perfiles de patín ancha (perfiles W).

Véase el apéndice A 7. Ésteese! perfil más comun que se utiliza para vigas, como se discutirá en los capítulos 7,8 y 12 Los perfiles W tienen almas relativamente delgadas, y patines un poco roas gruesos de espesor constante. La mayor parte del área de la sección transversal está en los patines, alejándose del eje centroidal horizontal (eje X) lo que hace que el momento de inercia sea sumamente alto jura una cantidad dada de material. Nótese que el momento de inercia y el módulo de sección son mucho «Relevados respecto al eje X que respecto al eje Y. 

Por consiguinte los perfiles W se utilizan típicamente en la orientación que se muestra en el dibujo del apéndice A- 7 Además, estos perfiles alcanzan su mayor eficiencia cuando se utilizan flexión pura sin torsión, porque son sumamente flexibles torsión. La designación estándar de los perfiles w présenlo mucha información. Considérese el ejemplo

donde W indica ser un perfil W

El termino altura es la designación estándar de la altura vertical de la sección transversal al colocarse en la orientación que se muestra en el apéndice A- 7. Nótese a partir de los datos en la tabla, que la altura real es con frecuencia distinta de la altura nominal Para el caso de W14 x43, la altura real es de 13,66 pulgadas.

Canales American Standard (perfiles C). - II

La forma de la designación estándar para canales es

donde c indica que es un perfil C estándar

Canales American Standard (perfiles C). - I

Designaciones para perfiles de aluminio y acero

Canales American Standard (perfiles C).

Véase el apéndice A 6 para el aspecto de los canales y sus propiedades geométricas. Los canales se utilizan en aplicaciones similares a lasque se describieron anteriormente para ángulos F:l alma y los dos patines, forman un perfil generalmente más rígido que los ángulos, que son más resistentes a la torsión causada por carga El dibujo en la parte superior de la tabla muestro que los canales tienen patina ahusados y almas de espesor constante. La pendiente del ahusado de los patienes es de aproximadamente 2 plg por cada 12 plg, y esto hace difícil unir otros miembros, a los patines. 

Existen arandelas ahusadas especiales que facilitan la sujeción Nótese la designación de los ejes X y Y en el dibujo, definidos con el alma vertical del canal lo que le da su carácter forma en “C” Esto es sumamente impórtame al utilizar canales como vigas o columnas. H1 eje X está situado sobre cl eje horizontal de simetría mientras que la dimensión X, dad en la tabla, sitúa al eje Y en relación con la parte trasera del alma . El centroide esta en la intersección de los ejes X y Y

Ángulos de acero (perfiles L).

el apéndice A 5 muestra dibujos de las formas típicas, de ángulos de acero con longitudes de sus pulas iguales o desiguales. Llamados perfiles L debido al aspecto de la sección transversal, los ángulos se utilizan como miembros a tensión de armaduras y torres. 

Como miembros de estructuras de maquinaria, dinteles sobre ventanas y puertas en la construcción, como atiesadores de placas grandes que se utilizan en bastidores y vigas, y apoyos tipo anaquel para equipo. Hay quienes se refieren a estas formas como "hierros angulares". U designación estándar adquiere la forma que se muestra a continuación, para lo que se utiliza una medida como ejemplo

donde L se refiere al perfil L.4 es la longitud de la pata mas larga, 3 es la longitud de la pala más corta, y es el espesor de las pías 1 .as dimensiones están en pulgadas

Perfiles estructurales de acero.

Los fabricantes de acero proporcionan una amplia variedad de perfiles estructurales estándar, que son eficientes en el uso de materiales, y que s< 111 convenientes para especificaciones e instalaciones en estructuras de construcción o bastidores Je máquinas. 

Como se muestra en la tabla I - 6, se incluyen los ángulos estándar (Perfiles L), canales t, Perfiles C), vigas de patín ancho (Perfiles W), vigas American Standard (Perfiles S), tubería estructural y tubos. Nótese que en el lenguaje del medio las formas W y S se conocen como "vigas 1" porque la forma de la sección transversal parece la letra mayúscula I I as tablas A-5 a A-9 del apéndice dan las propiedades geométricas de perfiles estructurales seleccionadas que cubren un rango razonablemente amplio de tamaños. Nótese que en la referencia 2 se presentan muchos más tamaños. 

Las tablas del apéndice dan dalos para el área de la sección transversal (A), el peso por pie de longitud, la localización del centroide de la sección transversal» el momento de inercia (1), el módulo de sección (S), y el radio de giro I r). Es probable que algunas de estas propiedades sean nuevas para el lector con este momento, por lo que se definirán mas adelante en este texto, conforme sea necesario, Los valores 1 y S son importantes en el análisis y diseño de vigas. Para el análisis de columnas, se necesitan I y r.

Vigas estándar de madera

El apéndice a-4 da las mediciones y propiedades de sección para muchos tamaños estándar de vigas de madera. Nótese que el tamaño nominal es simplemente el “nombre” de la viga y se relaciona con el tamaño aproximando antes del acabado. 

Las dimensiones reates acabadas son de modo significativo menores que los tamaños nominales Por ejemplo un atabla común “2 x 4” es en realidad de 1.5 plg de ancho y 3.5 plg de alto. También nótese el dibujo de la orientación de las vigas para la designación estándar de los ejes X y y. Cuando se utiliza como viga a flexión, la dimensión larga debe ser vertical para obtener una resistencia y rigidez máximas.

Cuerdas de tornillo métricas

En el apéndice a-3 aparecen dimensiones similares para cuerdas métricas. Las designaciones de las cuerdas métricas estar son de la forma

Donde M significa el número que les sigue a es diámetro mayor básico en mm y el ultimo es el paso entre cuerdas adyacentes en mm. Pues consiguiente, la designación anterior de nota una cuerda métrica con un diámetro mayor básico de 10.0 mm y un paso de 1.5 mm. Nótese que paso es = 1/n

Cuerdas de tomillos American Standard - Gráfi

En las tablas sedad diámetro mayor básico {D), el número de cuerdas por pulgada (n), y el área sometida a esfuerzo de tensión que se obtiene de;

Cuando un miembro roscado se somete a tensión directa, se utiliza el área de esfuerzo de tensión para calcular el esfuerzo de tensión promedio. Corresponde al área más pequeña que se produciría mediante un corte transversal a través de la varilla roscada. Para nuestra convivencia, algunos estándares utilizan el área de la raíz o el área bruta, ya justan el valor de esfuerzo permisible

Cuerdas de tomillos American Standard.

Los sujetadores roscados y elementos de máquinas con conexiones roscadas se fabrican en dimensiones estándar para asegurar la intercambiabilidad de tas partes, y para permitir una fabricación convenientes máquinas y herramientas estándar. 

En el apéndice A- 3 aparecen las dimensiónes de cuerdas American Standard Unified. Los tamaños menores de 1/4 de plg están dados en números de 0 a 12, en tanto que las medidas en fracciones de pulgadas se especifican para ¼ de plg más grandes. Se listan dos series: UNCs es la designación para cuerdas gruesas y UNF para cuerdas finas. A continuación, se listan las designaciones estándar

Medidas básicas preferidas

Cuando la pieza que se diseñó se hace según las especificaciones del diseñador, se recomienda que las dimensiones finales se especifiquen a partir de un conjunto de medidas básicas preferidas En la lista para dimensiones en fracciones de pulgada, dimensiones de pulgadas y dimensiones menciones métricas.

MEDIDAS PREFERIDAS Y PERFILES ESTANDAR

Una de las responsabilidades del diseñadores especificar las dimensione finales de los miembros que soportan carga Luego de terminar el análisis para el esfuerzo y la deformacion se conocen valores minimos aceptables para dimensiones. que aseguran que el miembro satisfaga las condiciones de funcionamiento. Después . el diseñador típicamente 

Te especifica las dimensiones finales como valores estándar , que facilitaran la compra de materiales y la fabricación de las piezas. Esta sección presenta algunos criterios para acidar en estos decisiones

Modulo de elasticidad a cortante

El coeficiente del esfuerzo cortante y la deformación por cortante se conoce como modulo de elasticidad a cortante o modulo de rigidez y se denota por G

G es una propiedad del material, y se relaciona con el modulo de tensión y el coeficiente de Poisson por:

Deformación por cortante

Las discusiones anteriores de la deformación, describieron la deformación normal porque esta es causada por el esfuerzo de compresión o tensión normal, desarrollado en un miembro de carga. Bajo la influencia del esfuerzo constante, se produce ka deformación por cortante La figura 1-20 Muestra un elemento de esfuerzo sujeto cortante la acción cortante en las caras paralelas del elemento tienden a deformarlo angularmente, como se muestra de forma exagerada

COEFICIENTE DE POISSON - III

COEFICIENTE DE POISSON - II

COEFICIENTE DE POISSON - I

Si se remite a la figura 1-19 podrá obtener una comprensión mas completa de la deformación de un miembro sujeto a esfuerzos normales. El elemento que se muestra está lomado de la barra de la figura 1 — I La fuerza de tensión en la barra la alarga en la dirección de la fiicr/a aplicada, como seria de esperar. Pero, al mismo tiempo, el ancho de la barra se acorta De este modo, en el elemento de esfuerzo ocurre un alargamiento y contracción simultánea Puede determinarse la deformación axial a partir del alarga- miento, y, do la contracción, puede determinarse la deformación lateral hl ineficiente dé la deformación fulera! en

COEFICIENTE DE POISSON

Si se remite a la figura 1-19 podrá obtener una comprensión mas completa de la deformación de un miembro sujeto a esfuerzos normales

 El elemento que se muestra está lomado de la barra de la figura 1 — I La fuerza de tensión en la barra la alarga en la dirección de la fiicr/a aplicada, como seria de esperar. Pero, al mismo tiempo, el ancho de la barra se acorta De este modo, en el elemento de esfuerzo ocurre un alargamiento y contracción simultánea Puede determinarse la deformación axial a partir del alarga- miento, y, do la contracción, puede determinarse la deformación lateral hl ineficiente dé la deformación fulera! en

Concepto de deformación - III

para el caso que se muestra en la figura 1- 8

Puede decirse que la deformación es ^dimensional. porque las unidades del numerador y el denominador se cancelan. Sin embargo. es mejor reportar las unidades como plg/plg o mnVmm, para mantener la definición de deformación por unidad de longitud del miem- bro. Kn capítulos posteriores se dirá mas acerca de la deformación.

Hierro fundido - II

Por las variaciones en el régimen de enfriamiento luego de que el hierro fundido se vierte en un molde, laresitencia real de una sección en particular de una sección en particular de una pieza fundida depende de su espesor La figura 2-10 ilustra esto para el hierro gris de grado 40 La resitencia en el lugar de la obra puede cariar desde 52.000 psi (359 MPa) a 27.000 psi (168MPa)

Concepto de deformación - II