DEFORMACIÓN FLEXIÓN Las fuerzas son aplicadas perpendicularmente y sus efectos deformantes son, diferentes al caso de la aplicación longitudinal. En este caso está presente tanto la deformación por tensión como por compresión.
Barra (viga) (viga) empotrada o apoyada apoyada en uno de sus extremos. La fuerza F produce una separación de las moléculas que se encuentran en la cara superior, estando entonces bajo tensión; mientras que las de la cara inferior son comprimidas, produciéndose un alargamiento y un acortamiento de dichas caras.(Fig. 1)
A
Fig. 1 F
Barra (viga) horizontal sostenida en sus extremos por dos apoyos (Fig. 2) Se pandea por su propio peso: La parte superior está en compresión, la distancia entre las moléculas se ha acortado; la cara inferior está bajo tensión por haberse aumentado la distancia entre las partículas. .
Fig. 2
En los dos casos existen capas en las cuales las moléculas no experimentan ningún esfuerzo, ni tensión ni compresión, son capas situadas centralmente y constituyen lo que se llama la zona neutra.
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El esfuerzo se intensifica a medida que las capas se alejan de la zona neutra, lo que puede observarse en la Fig. 3; esto sucede porque el momento flector es Zona neutra proporcional a r , la distancia a la que se encuentra la Fig. 3 Variaciones del momento flector con respecto a la capa de la zona neutra zona neutra:
Sin embargo, simultáneamente crece el momento de inercia geométrico:
La deformación por flexión es:
Si r aumenta, la deformación disminuye: si bien es cierto el momento flector M aumenta, el momento de inercia tiene mayor aumento, y es inversamente proporcional a I. De lo anterior se infiere que es más conveniente que el material se encuentre lo más alejado posible de la zona neutra y no que esté concentrado alrededor de esta. Un tubo tiene mayor resistencia a la flexión porque el material que lo forma está distribuido lejos de la zona neutra, y aunque el momento flector es mayor, la deformación es menor porque el momento de Inercia I lo supera en crecimiento ( ).
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La vértebras, cuya función es soportar el peso de los órganos y tejidos del organismo, adoptan un estructura apropiada para tal función (Fig. 4), presentando incluso un agujero central por donde pasa la médula espinal; pero esto último no implica que la resistencia haya disminuido; el material próximo a la zona neutra contribuye muy poco al aumento del momentos de inercia, y por lo tanto a la deformación. Los huesos largos, al ser Fig. 4 huecos son más resistentes a la tensión por estar el material que los constituye alejado de la zona neutra donde se aglutina la médula ósea. Si estos huesos con la misma cantidad de materia fueran macizos, serían más vulnerables a los momentos flectores. Las propiedades elásticas de una muestra de material pueden depender, no sólo de sus dimensiones, como se ha visto, sino también de su forma. Esto es válido para la capacidad de una barra del material para resistir la flexión. Esta capacidad se mide por la rigidez de la muestra. Si se considera la diferencia entre las rigideces de una barra maciza y otra hueca de la misma sección transversal, se encuentra que la barra hueca es siempre más rígida, y que la rigidez aumenta cuando el espesor de las paredes del tubo disminuye, como ilustra la Fig. 2.6 Naturalmente, las barras huecas tienen diámetros exteriores mayores que el diámetro de la barra maciza, pero el aumento de este diámetro es relativamente mucho menor que el aumento de la rigidez. Así, por ejemplo, la barra (d) tiene un diámetro exterior 2.3 veces mayor que la (a), pero su rigidez es 9.5 veces mayor. Por otro lado, las cuatro barras de la Fig. 5 tendrían la misma constante, suponiendo que fueran de igual longitud.
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Fig. 5 Secciones transversales de cuatro barras hechas del mismo materia y todas de igual longitud. Sus áreas son también iguales. Si se toma como unidad la rigidez de la barra maciza (a), las rigideces de las otras tres son (b) 1.7, (c) 2.9 y (d) 9.5. Las cuatro barras tienen la misma constante de la fuerza
El hormigón es más fuerte bajo compresión que bajo tensión, por lo que vigas horizontales tienden a pandearse y agrietarse, lo mismo sucede con las losas en los lugares no soportados (Fig. 6 a). Para reforzar el hormigón se usan varillas de acero (Fig. 6 b).
Fig. 6
Serway.Jewtt, 2005
Se logra aumentar en forma considerable la resistencia al corte cuando el hormigón reforzado es pretensado (Fig. 6 c): Al vaciar el concreto, las varillas de acero se mantienen bajo tensión por medio de fuerzas externas. Estas se sueltan después que el hormigón se solidifica, obteniéndose una tensión permanente en el 4
acero y por lo tanto en un esfuerzo de compresión del hormigón, lo cual hace que la losa de este material soporte una carga mayor.
BIBLIOGRAFIA 1. 2. 3.
FISICA PARA LAS CIENCIAS DE LA VIDA Y LA SALUD, Mac Donald/Burns, Fondo Educativo Interamericano, S.A. BIOFISICA, Alberto Pompa Núñez, Editorial Félix Varela, La Habana, 2002, Primera reimpresión Física para Ciencias e Ingenierías, Volumen I, Sexta Edición, Serway – Jewett, México, 2005.
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