¿Qué es el esfuerzo cortante? – Definición, ecuación y unidades

Definición de esfuerzo cortante

¿Alguna vez ha intentado doblar e incluso romper un palo de madera pero fracasó porque era demasiado grueso? Entonces probablemente lo apoyaste contra una pared, lo pisaste con mucha fuerza y ​​lo rompiste. Lo que hizo que se rompiera es el esfuerzo cortante.

El esfuerzo cortante es la cantidad de fuerza por unidad de área perpendicular al eje del miembro. Cuando pisó el palo de madera con mucha fuerza, la carga de impacto en el palo provocó dos tipos de tensiones:

1. La tensión de flexión, también llamada tensión de flexión , es paralela al eje del miembro.
2. El esfuerzo cortante es perpendicular al eje del miembro.

Ejemplos de esfuerzo cortante

De hecho, cada vez que corta algo, le aplica un esfuerzo cortante. Algunos otros ejemplos de esfuerzo cortante incluyen el esfuerzo ejercido en la tubería por un fluido que fluye y el esfuerzo cortante en el suelo ejercido por una carga normal desde la parte superior. Shear es lo que hace que un castillo de arena se derrumbe cuando alguien lo pisa en lugar de simplemente asentarse. Los ingenieros geotécnicos tienen en cuenta el esfuerzo cortante en el suelo al diseñar los cimientos de la estructura para evitar fallas bajo cortante. Cuando se usa un par de tijeras para cortar un trozo de madera, las dos partes de las tijeras ejercen cargas laterales, que provocan un esfuerzo cortante en el miembro y hacen que se corte.

El esfuerzo cortante no debe confundirse con la fuerza cortante. La fuerza de corte es una fuerza interna causada por una fuerza aplicada y está representada por diagramas de corte para todas las secciones a lo largo de un miembro. Sin embargo, el esfuerzo cortante está en la unidad de fuerza sobre la unidad de área.

Unidades y ecuaciones de esfuerzo cortante

Las unidades de esfuerzo cortante son como las unidades de cualquier otro tipo de esfuerzo. La unidad de esfuerzo cortante es la unidad de carga (o peso) dividida por la unidad de área; es decir, N / m ^ 2 o Pa (Pascal) para el sistema SI y lbf / ft ^ 2 para el sistema inglés.

A diferencia del caso de la flexión, los miembros estructurales experimentan fallas repentinas bajo cortante. Es por eso que el American Concrete Institute (ACI) requiere un factor de reducción de 0,75 de la resistencia nominal para el diseño de miembros para cortante; para flexión es 0,9. Esto se debe al hecho de que el hormigón armado tiene una tensión muy débil. En una viga de hormigón armado, se proporciona un refuerzo vertical para resistir el esfuerzo cortante causado por la carga normal ejercida sobre la viga.

En los cálculos, el corte se indica con la letra griega tau . El esfuerzo cortante promedio se puede calcular mediante la siguiente fórmula tau = F / A, donde ‘F’ es la fuerza aplicada sobre el miembro y ‘A’ es el área de la sección transversal del miembro.

Por ejemplo, cuando se aplica una carga de 5 kN / m en una viga simplemente apoyada de 10 m, el esfuerzo cortante será una línea recta que disminuirá de 25 kN / m ^ 2 en un soporte hasta que alcance los -25 kN / m ^ 2 en el otro soporte. .

Resumen de la lección

Repasemos lo que hemos aprendido. El esfuerzo cortante es la cantidad de fuerza por unidad de área perpendicular al eje del miembro y es parte de la vida cotidiana. También lo es la tensión de flexión , que es la tensión de flexión paralela al eje del miembro. El esfuerzo cortante no debe confundirse con la fuerza cortante , que es una fuerza interna causada por una fuerza aplicada y está representada por diagramas de corte para todas las secciones a lo largo de un miembro. Las cargas laterales siempre provocan un esfuerzo cortante en los miembros, como una viga de madera o una varilla de acero que tiene tensión en cualquiera de sus extremos empujando en direcciones opuestas. Esto insta a los diseñadores de estructuras a evaluar y predecir el esfuerzo cortante con el fin de diseñar sus estructuras para poder soportar el esfuerzo cortante.

Por último, es importante recordar las unidades de esfuerzo cortante: N / m ^ 2 o Pa (Pascal) para el sistema SI y lbf / ft ^ 2 para el sistema inglés. Además, recuerde que tau es la letra griega que se usa para denotar el esfuerzo cortante.

La fórmula para el esfuerzo cortante es tau = F / A, donde ‘F’ es la fuerza aplicada sobre el miembro y ‘A’ es el área de la sección transversal del miembro.