resistencia de materiales aplicada - robert mott 3raedicion

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PEARSON

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1 13 1-14 1-15 1-16C A P T U L O 2

Deformacin por cortante 26 Mdulo de Elasticidad 27 Mdulo de elasticidad a cortante 27 Medidas preferidas y perfiles estndar 2745

PRO PIEDADES DE DISEO DE LOS M ATERIALES

2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 2-9 2 10 2-11 2-12CAPTU LO 3

Objetivos de este captulo 45 Metales en el diseo mecnico 46 Acero 55 60

Hierro fundido Aluminio 62

Cobre, latn y bronce 64 Zinc, magnesio y titanio 64

No metales en el diseo de ingeniera 65 Madera 65 Concreto Plsticos 66 67

Materiales compuestos 67

DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES SO M ETID O S A ESFUERZO DIRECTO

82

3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9CAPTULO 4

Objetivos de este captulo 82 Diseos de miembros bajo tensin o compresin directa 83 Esfuerzos normales de diseo Factor de diseo 85 87 84

Criterios en la determinacin del factor de diseo Mtodos para calcular el esfuerzo del diseo Diseo por esfuerzo cortante 94 Diseo por esfuerzos de apoyo 98 103 88

Factores de concentracin de esfuerzo

DEFORM ACIN Y ESFUERZO TRM ICO

115

4-1 4 2 4 3 4 4XII

Objetivos de este captulo

115 116

Deformacin elstica en elementos sometidos a tensin y compresin Deformacin que causan cambios de temperatura Esfuerzo trmico 125 120

Contenido

4-5C APTULO 5

Elementos estructurales hechos de ms de un material

126

ESFUERZO CORTANTE TORSIONAL Y DEFLEXIN TO R SIO N AL 135

5-1 5-2 5-3 5 4 5-5 5-6 5-7 5-8 5-9 5-10 5-11C A P T U L O 6

Objetivos de este captulo

135 136

Par de torsin, potencia y velocidad de rotacin

Esfuerzo cortante torsional en elementos estructurales de seccin transversal circular 139 Derivacin de la frmula para el esfuerzo cortante torsional Momento polar de inercia de barras circulares slidas 144 142

Esfuerzo cortante torsional y momento polar de inercia de una barra circular hueca 145 Diseo de elementos circulares sometidos a torsin 147 153 154 Comparacin de elementos circulares slidos y huecos

Concentraciones de esfuerzo en elementos sometidos a torsin Torsin-deformacin torsional elstica Torsin en secciones no circulares 169 161

FUERZAS CORTANTES Y MOMENTOS FLEXIONANTES EN VIGAS

6-1 6-2 6-3 6-4 6-5 6-6 6-7 6-8 6-9C APTULO 7

Objetivos de este captulo

181 182 191

Cargas en vigas, apoyos y tipos de vigas

Apoyos de vigas y reacciones en los apoyos Fuerzas cortantes 195

Momentos flexionantes 204 Fuerzas cortantes y momentos flexionantes en vigas en voladizo 214 Vigas con cargas distribuidas linealmente variables 216 Diagramas de cuerpo libre de componentes de estructuras 219 Anlisis matemtico de diagramas de vigas 223244

CENTROIDES Y MOMENTOS DE INERCIA DE REAS

7-1 7-2 7-3 7 4 7-5 7-6Contenido

Objetivos de este captulo 244 El concepto de centroide-formas simples 245 Centroide de formas complejas 246 Concepto de momento de inercia 251 Momento de inercia de figuras compuestas cuyos componentes tienen el mismo eje centroidal 253 Momento de Inercia de figuras compuestas - Caso general - Uso del

teorema de la transferencia del ej e 255 7-7 7-8 7-9CAPTULO 8

Definicin matemtica del momento de inercia 259 Secciones compuestas hechas de perfiles comercialmente disponibles 260 Momento de inercia de perfiles cuyas partes son todas rectangulares 264274

ESFUERZO CAUSADO POR FLEXIN

8-1 8-2 8-3 8^t 8-5 8-6 8-7 8-8 8-9 8-10 8-11 8-12CAPTULO 9

Objetivos de este captulo 274 Frmula de flexin 275 Condiciones para el uso de la frmula de flexin 278 Distribucin del esfuerzo en la seccin transversal de una viga 280 Derivacin de la frmula de flexin 281 Aplicaciones-anlisis de vigas 284 Aplicaciones-diseo de vigas y esfuerzos de diseo 287 Mdulo de seccin y procedimientos de diseo 289 Concentraciones de esfuerzo 296 Centro de flexin (centro de cortante) 301 Perfiles preferidos para secciones transversales de vigas 304 Diseo de vigas hechas de materiales compuestos 309

ESFUERZOS CORTANTES EN VIGAS

9-1 9-2 9-3 9-4 9-5 9-6 9-7 9-8 9-9CAPTULO 10

Objetivos de este captulo 326 Visualizacin de esfuerzos cortantes en vigas 328 Importancia de los esfuerzos cortantes en vigas 329 Frmula general de cortante 330 Distribucin del esfuerzo cortante en vigas 337 Desarrollo de la frmula general de cortante 344 Frmulas del cortante especiales 347 Esfuerzo cortante de diseo 351 Flujo de cortante 352

EL CASO GENERAL DE LOS ESFUERZOS COM BINADOS Y EL CRCULO DE MOHR

361

10-1 10-2 10-3 10 4XIV

Objetivos de este captulo 361 Elemento sometido a esfuerzo 362 Distribucin del esfuerzo creada por esfuerzos bsicos 363 Creacin del elemento sometido a esfuerzo inicial 365Contenido

10-5 10-6 10-7 10-8 10-9

Ecuaciones para determinar esfuerzos en cualquier direccin Esfuerzos principales 376 Esfuerzo cortante mximo 377 Crculo de Mohr para esfuerzo 379

372

Ejemplos del uso del crculo de Mohr 386 393

10-10 Condicin de esfuerzo en planos seleccionados 10-11 10-12CAPTU LO 11

Caso especial en el cual los dos esfuerzos principales tienen el mismo signo 396 Teora de falla del dsfuerzo cortante mximo 401405

CASOS ESPECIALES DE ESFU ER ZO S C O M B IN A D O S

11-1 11 2 11-3C APTU LO 12

Objetivos de este captulo 405 Esfuerzos normales combinados 406

Esfuerzos combinados normales y cortantes 414429

DEFLEXIN DE VIGAS

12-1 12-2 12-3 12-4 12-5 12-6 12-7 12-8 12-9

Objetivos de este captulo 429 La necesidad de considerar las deflexiones de vigas 430 Definicin de trminos 431 Deflexiones de vigas con el mtodo de la frmula 434 Superposicin mediante frmulas de deflexin 439 Principios bsicos para determinar la deflexin en vigas con el mtodo de integracin sucesiva 443 Deflexin de vigas - mtodo de integracin sucesiva - enfoque general Deflexin de vigas - mtodo del rea de momento 456 Aplicaciones del mtodo del rea de momento 460 474484

446

12-10 Vigasconcargasdistribuidas-mtododelreademomentoC APTU LO 13 V IG A S ESTTICAM ENTE IND ETERM IN AD AS

13-1 13-2 13-3 13-4 13-5C A P T U L 0 14

Objetivos de este captulo 484 Ejemplos de vigas estticamente indeterminadas 485

Frmulas para vigas estticamente indeterminadas 487 Mtodo de superposicin 497 Vigas continuas-teorema de los tres momentos 502513

COLUM NAS

14 1Contenido

Objetivos de este captulo 513XV

14-2 14 3 14-4 14-5 14-6 14-7 14-8 14-9

Razn de esbeltez 514 Razn de esbeltez de transicin 518 Frmula de Euler para columnas largas 520 FrmuladeJ. B. Johnson para columnas cortas 521 521

Factores de diseo para columnas y carga permisible Resumen-mtodo de anlisis de columnas 522

Perfiles eficientes para secciones transversales de columna 525 Especificaciones del AISC 526

14 10 Especificaciones de la Aluminum Association 528 14 11 Columnas con carga no centrada 529CAPTULO 15 R EC IPIEN TES A PRESIN 536

15-1 15-2 15-3 15-4 15-5 15-6

Objetivos de este captulo 536 Distincin entre los recipientes a presin de pared delgada y pared gruesa 537 Esferas de pared delgada 539

Cilindros de pared delgada 541 Cilindros y esferas de pared gruesa 546 Procedimiento para analizar y disear recipientes a presin esfricos y cilindricos 546 554560

15-7 Otras consideraciones de diseo para recipientes a presinC A P T U L 0 16 CONEXIO NES

16-1 16-2 16-3 16-4 16-5 16-6 16-7 16-8 16-9APNDICE

Objetivos de este captulo Tipos de conexiones 561 Modos de falla 562 Conexiones remachadas

560

563

Esfuerzos permisibles 565 Conexiones atornilladas 566

Ej emplos - juntas remachadas y atornilladas 567 Juntas remachadas y atornilladas excntricamente cargadas Juntas soldadas con cargas concntricas 573582 635

569

NDICE

xvi

Contenido

11Conceptos bsicos en la resistencia de materiales

1 -1

O B JE TIV O S DEL LIBRO

Es esencial que cualquier producto, mquina o estructura sea segura y estable bajo las cargas ejercidas sobre aqullas durante cualquier uso previsible. El anlisis y diseo de estos dispositivos o estructuras, para que garanticen la seguridad, es el principal objetivo de este texto. La falla de un componente de una estructura puede ocurrir de diversas formas: 1. El material del componente puede fracturarse totalmente. 2. El material puede deformarse en exceso bajo la carga, de tal manera que el componente ya no sea conveniente para su propsito. 3. La estructura puede hacerse inestable y pandearse, y, por lo tanto, volverse in capaz de soportar las cargas para las que se dise. Los ejemplos de estos modos de falla pueden ayudar al lector a comprender la importan cia de conocer bien los principios de la resistencia de materiales aplicada, que se descri ben en este texto.Prevencin de falla por fracturas. La figura 1-1 muestra dos varillas que sopor tan una pesada pieza fundida. Imagine que es usted la persona responsable del diseo de las varillas. Ciertamente, querra asegurar que las varillas fuesen lo suficientemente fuer-

1

Cable de la gra

FIGURA 1- I

Dos varillas que cargan un bloque pesado.

tes para que no se rompieran ni permitiesen que la pieza fundida cayera causando, posi blemente, grandes daos tanto materiales como a personas. Si usted fuera el diseador de las varillas, qu informacin necesitara? qu decisiones debera tomar para el diseo? A continuacin exponemos una lista parcial. 1. Cul es el peso y tamao fsico de la pieza fundida? 2. Dnde est su centro de gravedad? Esto es importante para que usted pueda decidir dnde colocar los puntos de agarr