Mecánica de materiales / Robert W. Fitzgerald.

CONTENIDO
1 Introducción 1
1.1 Mecánica de materiales 1
1.2 Estructuras de ingeniería 2
1.3 Análisis y diseño 3
1.4 Sistema de medida 4
2 Esfuerzo y deformación 5
2.1 Introducción 5
2.2 Esfuerzo 5
2.3 Deformación 10
2.4 Elasticidad 11
2.5 Relación entre esfuerzo y deformación 12
2.6 Cálculo de la deformación 13
2.7 Diagrama esfuerzo-deformación unitaria 15
2.8 Diagramas esfuerzo-deformación unitaria para otros materiales 18
2.9 Módulo o relación de Poisson 21
2.10 Esfuerzos cortantes 21
2.11 Esfuerzo de aplastamiento 25
2.12 Definiciones 26
2.13 Comentarios adicionales 29
3 Torsión 39
3.1 Introducción 39
3.2 Esfuerzo cortante 41
3.3 Esfuerzo cortante en flechas o ejes huecos de sección circular 45
3.4 Esfuerzo cortante y deformación 47
3.5 Angulo de torsión 48
3.6 Ejes giratorios (árboles de transmisión) 51
3.7 Acoplamiento de flechas o ejes 55
3.8 Resortes helicoidales 57
3.9 Deflexión de resortes helicoidales 59
3.10 Torsión de secciones no circulares 61
4 Diagramas de momentos flexionantes y fuerzas cortantes 69
4.1 Introducción 69
4.2 Fuerza cortante y momento flexionante 71
4.3 Diagramas de momentos flexionantes 72
4.4 Convención de signos 72
4.5 Construcción de diagramas de fuerzas cortantes y momentos flexionantes 73
4.6 Diagramas de fuerzas cortantes y momentos flexionantes: relaciones importantes 82
4.7 Procedimientos para trazar diagramas de fuerzas cortantes y momentos flexionantes 83
4.8 Localización de puntos de momento máximo 86
4.9 Valores del momento por suma de áreas 91
4.10 Pares 94
4.11 Uso de tablas 97
4.12 Combinaciones de casos 98
5 Esfuerzos en vigas 101
5.1 Introducción 101
Sección A. Análisis de vigas 102
5.2 Esfuerzos de flexión 102
5.3 Fórmula de la flexión 103
5.4 Uso de la fórmula de la flexión 105
5.5 Esfuerzos cortantes 111
5.6 Fórmula del esfuerzo cortante 113
5.7 Usos de la fórmula del esfuerzo cortante 114
Sección B. Diseño de vigas 120
5.8 Consideraciones del diseño 120
5.9 Módulo de la sección 120
5.10 Diseño de vigas que tienen formas geométricas simples 120
5.11 Diseño usando perfiles estándar, disponibles comercialmente 123
5.12 Esfuerzo cortante en el diseño 126
5.13 Vigas no apoyadas lateralmente 127
6 Esfuerzos combinados 130
6.1 Introducción 130
Sección A. Esfuerzos normales combinados 131
6.2 Cargas combinadas, axiales y de flexión 131
6.3 Cargas excéntricas 135
6.4 Cargas axiales excéntricas con respecto a dos ejes 141
Sección B. Esfuerzos combinados, normal y cortante 145
6.5 Determinación del esfuerzo máximo 145
6.6 Esfuerzos sobre planos oblicuos 146
6.7 Determinación de esfuerzos sobre una sección oblicua 147
6.8 Fórmulas generales para el esfuerzo en un punto 151
6.9 Esfuerzos principales 154
6.10 Esfuerzos cortantes máximos 157
6.11 Círculo de Mohr 159
6.12 Diseño de ejes sujetos a esfuerzos de flexión y cortante combinados 165
6.13 Círculo de Mohr para esfuerzos tridimensionales 168
6.14 Ecuaciones generales para la deformación 172
6.15 Círculo de Mohr para deformaciones 176
6.16 Aplicaciones de las medidas de las deformaciones 178
7 Deflexión de vigas 182
7.1 Introducción 182
7.2 Relación entre curvatura y momento
Sección A. Deflexiones en vigas por integración 186
7.3 Base del método 186
7.4 Relaciones útiles 187
7.5 Procedimiento de la doble integración 189
7.6 Funciones singulares para deflexiones de vigas 197
Sección B. Método del área de momentos 201
7.7 El primer teorema del área de momentos 201
7.8 Segunda teorema del área de momentos 203
7.9 Teorema del área de momentos: notas generales 204
7.10 Teorema del área de momentos aplicados a vigas en voladizo 206
7.11 Método del área de momentos aplicados a vigas simplemente apoyadas 210
7.12 Diagramas de momentos por partes 214
7.13 Método del área de momentos; soluciones usando diagramas de momentos por partes 218
7.14 Vigas can EI variable 222
Sección C. Superposición 225
7.15 Fórmulas estándar 226
7.16 Procedimientos de superposición 227
Sección D. Método del peso elástico 229
7.17 Principios del método de los pesos elásticos 230
7.18 Uso del método de los pesos elásticos 231
7.19 Combinación de los métodos de los pesos elásticos y del área de momentos 233
8 Vigas estáticamente indeterminadas 235
8.1 Introducción 235
8.2 Métodos de análisis 236
Sección A. Método de superposición 237
8.3 Método general 237
8.4 Procedimiento de superposición 239
8.5 Vigas estáticamente indeterminadas de grado mayor que uno 242
8.6 Vigas con apoyos elásticos 245
8.7 Diagramas de momentos y fuerzas cortantes 249
Sección B. La ecuación de los tr momentos 250
8.8 Un método analítico alternativo 250
8.9 La ecuación de los tres momentos 250
8.10 Uso de la ecuación de los tres momentos 252
9 Columnas 257
9.1 Introducción 257
9.2 Fórmula de Euler para columnas 258
9.3 Fórmulas de Euler para otras condiciones de los extremos 261
9.4 Esfuerzo crítico 263
9.5 Fórmulas para columnas intermedias 266
9.6 Diseño de columnas 268
9.7 Fórmulas de AISC para columnas 269
9.8 Fórmula de J. B. Johnson 271
9.9 Condiciones de los extremos en el diseño de columnas 273
9.10 Columnas cargadas excéntricamente y columnas viga 284
10 Otras aplicaciones del esfuerzo y la deformación 287
Sección A. Sistemas estática mente indeterminados para cargas axiales 287
10.1 Introducción 287
10.2 Método general de solución 288
Sección B. Sistemas estáticamente indeterminados para fuerzas de torsión 293
10.3 Método de análisis 293
Sección C. Esfuerzos por temperatura 297
10.4 Movimiento térmico 297
10.5 Principios básicos 298
10.6 Método de solución para problemas estáticamente indeterminados 299
10.7 Combinación de problemas estáticamente indeterminados y esfuerzos por temperatura 302
Sección D. Recipientes a presión 305
10.8 Presiones en fluidos 305
10.9 Fuerzas en recipientes cilíndricos 306
10.10 Esfuerzos en las paredes de los recipientes cilíndricos 308
10.11 Fuerzas longitudinales en recipientes cilíndricos 309
10.12 Esfuerzos circunferenciales y longitudinales 310
10.13 Recipientes esféricos 311
10.14 Cilindros de pared gruesa 312
Sección E. Concentraciones de esfuerzos y fatiga 313
10.15 Concentraciones de esfuerzo 313
10.16 Concentraciones de esfuerzo en el diseño 314
10.17 Carga de fatiga 318
10.18 Esfuerzos por fatiga 318
11 Tópicos avanzados en flexión 320
11.1 Introducción 320
11.2 Flexión asimétrica 320
11.3 Secciones transversales asimétricas 323
11.4 Centro de cortante 330
11.5 Determinación del centro de cortante 333
11.6 Centro de cortante y flexión asimétrica en el diseño 336
12 Comportamiento inelástico 341
12.1 Introducción 341
12.2 Comportamiento de los Materiales 342
Sección A. Cargas axiales 343
12.3 Miembros estáticamente determinados 343
12.4 Miembros estáticamente indeterminados 346
12.5 Ductilidad y Diseño 351
12.6 Otros Materiales 352
Sección B. Cargas de torsión 354
12.7 Ejes estáticamente determinados 354
12.8 Valor último del par de torsión 357
12.9 Ductilidad y Diseño 358
Sección C. Cargas de flexión 359
12.10 Comportamiento bajo flexión 359
12.11 Flexión inelástica 359
12.12 Factor de forma 362
12.13 Relaciones momento-curvatura 364
12.14 Redistribución de momentos 368
13 Métodos energéticos 372
13.1 Introducción 372
Sección A. Energía de deformación 372
13.2 Trabajo y energía 372
13.3 Energía de deformación para cargas axiales 375
13.4 Energía de deformaciones para cargas de flexión 376
13.5 Energía de deformación para cargas cortantes 379
13.6 Energía de deformaciones para cargas de torsión 380
13.7 Limitaciones del método del trabajo real 382
Sección B. Trabajo virtual 384
13.8 Método del trabajo virtual 384
13.9 Trabajo virtual para cargas axiales 385
13.10 Trabajo virtual para cargas de flexión 387
13.11 Trabajo virtual para cargas de torsión 390
13.12 Trabajo virtual para cargas combinadas 390
Sección C. Teorema de Castigliano 395
13.13 Teoría y aplicación del teorema de Castigliano 395
Sección D. Cargas dinámicas 399
13.14 Cargas de impacto 399
14 Conexiones 404
14.1 Introducción 404
Sección A. Conexiones soldadas 405
14.2 Conexiones soldadas 405
14.3 Diseño de soldaduras 406
14.4 Miembros asimétricos 410
14.5 Comentarios adicionales sobre soldadura 412
14.6 Conexiones soldadas cargadas excéntricamente 414
Sección B. Conexiones remachadas y atornilladas 420
14.7 Conexión de miembros estructurales 420
14.8 Conexiones remachadas 421
14.9 Análisis de juntas remachadas 421
14.10 Conexiones atornilladas 425
14.11 Conexiones remachadas y atornilladas cargadas excéntricamente 428
14.12 Conexiones remachadas y atornilladas cargadas excéntricamente (solución alternativa) 433
15 Propiedades de los materiales 436
15.1 Introducción 430
15.2 Propiedades mecánicas 437
15.3 Ductilidad y fragilidad 438
15.4 Ensaye de materiales 439
15.5 Máquinas de ensaye 439
A APENDICES
Repaso de estática 447
A.1 Introducción 447
A.2 Fuerzas y vectores 447
A.3 Resultantes de sistemas de fuerzas concurrentes 448
A.4 Componentes de una fuerza 449
A.5 Uso de componentes para determinar resultantes 452
A.6 Equilibrio de fuerzas concurrentes 453
A.7 Momento de una fuerza 457
A.8 Pares 459
A.9 Descomposición de una tuerza en otra fuerza que pasa por otro lugar y un par 459
A.10 Equilibrio de sistemas de fuerza no concurrentes 463
A.11 Diagramas de cuerpo libre 463
A.12 Método de solución 466
A.13 Fuerzas distribuidas 472
A.14 Centro de gravedad 475
A.15 Centroide de una área 478
A.16 Centroides de áreas compuestas 478
A.17 Momento de inercia 483
A.18 Teorema de los ejes paralelos 485A.19 Momento de inercia de áreas compuestas 487
A.20 Momento polar de inercia 490
A.21 Producto de inercia 492
A.22 Momento de inercia para ejes girados 495
A.23 Momentos de inercia principales 497
A.24 Círculo de Mohr para momentos de inercia 498
A.25 Radia de giro 505
B Deducción sin uso del cálculo de fórmulas de esfuerzos básicos 507
B.1 Introducción 507
B.2 Esfuerzo cortante en ejes de sección circular 507
B.3 Fórmula de la flexión 509
B.4 Fórmula del esfuerzo cortante 511
C Propiedades físicas promedio de materiales comunes 513
D Diagramas de vigas 516
E Propiedades de secciones geométricas 520
F Esfuerzo de compresión admisible para acero de 36 klb/plg2 522
G Roscas estándar para tornillos 523
H Dimensiones y propiedades de tubos 524
I Propiedades de dimensiones estándar de piezas de madera 525
J Perfiles laminados de acero estructural 528
Perfiles W 528
Perfiles S 534
Canales 536
Angulos 538
Respuestas a problemas selectos 543
Relaciones equivalentes para estimación de diseño (Inglesas/SI) 558
Equivalencias SI y Unidades Inglesas 560