El esfuerzo cortante en estructuras

el esfuerzo cortante en estructuras, ejemplo de corte de una barra de pan

Qué es el esfuerzo cortante en estructuras, cuándo se produce y qué consecuencias tiene sobre una barra.

 

Como definición, podemos decir que se llama esfuerzo cortante en una barra a la fuerza que es paralela a una sección recta de la misma.

Siguiendo con las solicitaciones o esfuerzos en las estructuras de barras, nos ocuparemos ahora del cortante.

¿Qué es el esfuerzo cortante?

 

Se denomina cortante porque esa fuerza paralela a la sección tiende a “cortar” la barra por dicha sección, como vemos en la imagen de portada con la barra de pan. En el caso del esfuerzo cortante en estructuras sí que es totalmente indiferente el signo de la fuerza, sin que cambie en nada el efecto mecánico en la barra, siempre y cuando su sección sea simétrica. Si la sección es asimétrica, el signo del cortante sí altera el comportamiento mecánico de la barra.

Tomamos de nuevo como ejemplo de estructura sencilla la formada por la percha del pozo, la cuerda y el cubo con agua que vimos en el artículo sobre el esfuerzo normal. La carga es el cubo con el agua, las reacciones aparecen en ambos apoyos de la percha. El cortante es el esfuerzo interno que se produce en los bordes de la zona rayada de la percha.

el esfuerzo cortante en estructuras, cortante en la percha del pozo: signos

Tensiones tangenciales y esfuerzo cortante en estructuras

 

Del mismo modo que la fuerza normal, el cortante se resiste gracias a tensiones en el material de la barra, y que son paralelas y de igual signo que la fuerza. Por tanto, en este caso se trata de tensiones paralelas a la sección, que se denominan tensiones tangenciales. Por mero equilibrio, estas tensiones son idénticas en un punto en dos direcciones perpendiculares. Es decir que en un punto determinado de una sección, la tensión tangencial en la sección de la barra es la misma que en un corte longitudinal de aquélla.

En el caso de las tensiones tangenciales la deformación asociada no es un incremento o decremento de longitud unitarios, sino una distorsión angular unitaria.

el esfuerzo cortante en estructuras, concepto de distorsión angular

Igual que el caso de las tensiones normales, las propiedades del material rigen la deformación de una barra sometida a cortante. En este caso, la propiedad de referencia es el módulo de deformación transversal, G, que depende del de deformación longitudinal, E, y del coeficiente de Poisson. Este coeficiente mide cuánto se deforma un material en la dirección transversal a una deformación longitudinal. El valor de G mide la tensión tangencial para la cual un paralelepípedo sometido a ella adquiere una distorsión angular de un radián.

el esfuerzo cortante en estructuras, relación entre distorsión angular y propiedades del material: tensión tangencial

Cortante y límite elástico

 

También la resistencia de la sección ante un esfuerzo cortante en estructuras está ligada al límite elástico del material, si bien para un valor menor que éste. Hay que incidir en que, así como en los esfuerzos normales las tensiones se distribuyen uniformemente en la sección de la barra, no ocurre lo mismo con las tensiones tangenciales, que son forzosamente nulas en las fibras extremas de la sección y alcanzan su máximo en el interior de la sección.

Entonces, cuando una barra está sometida a esfuerzo cortante, la barra tenderá a distorsionarse saliéndose de su directriz, pero sin que las secciones de la barra giren en absoluto, como en el esquema dibujado más abajo. Aunque es poco común que una barra presente sólo esfuerzo cortante. Que la distorsión sea en un sentido u otro, perpendicular a la directriz depende del signo del esfuerzo cortante, pero no hay diferencia cualitativa por el signo.

esfuerzo cortante en estructuras y deformación

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