Fuerza axial – 驴Qu茅 es?

La fuerza axial se refiere a una carga cuya l铆nea de acci贸n corre a lo largo de una estructura o perpendicular a la secci贸n transversal de la estructura.聽Adem谩s, la l铆nea de fuerza pasa por el centro de gravedad de la secci贸n transversal del miembro.聽

Cuando esta carga tiende a comprimir el miembro a lo largo de su l铆nea de acci贸n, es una carga de compresi贸n axial y por convenci贸n tiene signo negativo.聽Mientras que si la carga extiende el miembro a lo largo de su l铆nea de acci贸n, es una carga de tracci贸n axial, con signo positivo.

fuerza axial
Fuerza axial

En este post, comprender谩s el c谩lculo y la f贸rmula de la fuerza axial, c贸mo leer su interpretaci贸n mediante su diagrama de fuerza y 鈥嬧媠u comportamiento frente a otros tipos de fuerzas.

C谩lculo y f贸rmula

Cuando se trata de carga axial en un miembro, los tres par谩metros clave para realizar los c谩lculos son la fuerza axial, la tensi贸n axial y el 谩rea de la secci贸n transversal.聽Entonces, para el 谩rea, lo que interesa es la forma del miembro perpendicular a la direcci贸n de la fuerza.聽

En general, las formas circulares o cuadril谩teras son los miembros de carga m谩s comunes.聽Aunque existen secciones transversales triangulares y otras formas para estructuras de ingenier铆a.聽Para la fuerza axial, las direcciones de las cargas individuales sobre el miembro se suman para encontrar la magnitud y la direcci贸n de la fuerza resultante.

fuerza axial
Sumatoria de magnitudes

Por ejemplo, el diagrama anterior muestra tres fuerzas axiales que act煤an sobre una viga en voladizo en los puntos B, C y D. Entonces, considerando el impacto de las fuerzas en el voladizo, la fuerza en D (F聽D聽) es una fuerza de compresi贸n.聽Mientras que las de los puntos B (F聽B聽) y C (F聽C聽) son fuerzas de tracci贸n.聽As铆, la expresi贸n para obtener el esfuerzo axial resultante sobre la viga (譬F) es la siguiente:

Sumatoria de fuerzas
Sumatoria de fuerzas

Por lo tanto, usando los valores del diagrama, la fuerza resultante es de 5聽kN.聽Como resultado, es un valor positivo, por lo que es una fuerza de tracci贸n axial.聽Por lo tanto, para que esta estructura permanezca en equilibrio, la reacci贸n en el punto ‘A’ debe ser equivalente a esta fuerza resultante.聽Estos dos par谩metros, la fuerza resultante (譬F) y el 谩rea de la secci贸n transversal (A), se pueden relacionar con la tensi贸n (蟽) en el voladizo de la siguiente manera:

F贸rmula de Tensi贸n
F贸rmula de Tensi贸n

驴C贸mo leer un diagrama de fuerza axial?

Un diagrama de fuerza axial es una representaci贸n gr谩fica de la fuerza axial a lo largo de un elemento con una escala y una convenci贸n de signos apropiadas.聽Generalmente, el eje x representa la longitud del miembro, mientras que el eje y cuantifica la magnitud de la fuerza en cada punto a lo largo de la estructura.聽Para entender c贸mo leer este diagrama, es importante saber c贸mo dibujarlo, como se destaca en los pasos a continuaci贸n.

Pasos para dibujar un diagrama de fuerza axial

  • Primero, dibuje un diagrama de cuerpo libre de la estructura.
  • Luego, para asegurar la uniformidad entre el diagrama de cuerpo libre y el diagrama de fuerza, coloque l铆neas verticales en cada punto donde haya un cambio de carga a lo largo del miembro.
  • Despu茅s de eso, dibuje un eje horizontal que represente la longitud del miembro y la l铆nea cero de la fuerza.
  • Posteriormente, seleccione una escala apropiada para cada eje y la convenci贸n de signos para el eje y. En general, los valores positivos del eje y indican cargas de tracci贸n, mientras que los valores negativos del eje y indican cargas de compresi贸n.
  • Si hay un extremo libre, comience a dibujar el diagrama de fuerza a partir de 茅l. Porque esto ayuda a evaluar los valores de reacci贸n en cualquier extremo fijo y puede exponer errores en cualquier c谩lculo anterior.
  • Al dibujar, una l铆nea recta horizontal representa la magnitud de la fuerza axial a lo largo de esa secci贸n del miembro. Luego, en cada punto de carga, que indican las l铆neas verticales, mu茅vase hacia arriba para una carga de tracci贸n o hacia abajo para cargas de compresi贸n. Si la carga es una carga concentrada, entonces el cambio es abrupto, con una l铆nea vertical que lo indica. Mientras que para una carga distribuida, el cambio es gradual, con una l铆nea diagonal que lo indica.
  • Finalmente, como verificaci贸n para confirmar que el diagrama de fuerza es correcto, la magnitud de la fuerza siempre debe comenzar desde cero y terminar en cero.

El diagrama de fuerza axial de la viga en voladizo de la secci贸n anterior sirve como ejemplo para entender mejor este concepto.

Diagrama de fuerza axial
Diagrama de fuerza axial

Entonces, del diagrama de fuerza axial en el voladizo anterior, la magnitud de la fuerza comienza desde 0 kN en el extremo libre del lado derecho y llega a -7 kN.聽Esto indica una carga de compresi贸n en el punto ‘D’.聽Luego, en el punto ‘C’, la carga de tracci贸n de 4 kN provoca un movimiento hacia arriba de cuatro lugares a -3 kN.聽

Otra carga de tracci贸n de 8 kN en el punto ‘B’ lleva el valor de la fuerza a 5 kN en el diagrama.聽Finalmente, la fuerza de compresi贸n de 5 kN de la reacci贸n a la izquierda del voladizo lleva el valor total de la fuerza a 0 kN.聽Por lo tanto, el diagrama es exacto y el miembro est谩 en equilibrio.

Comportamiento de la fuerza axial frente a otras fuerzas

Generalmente, es de conocimiento com煤n que los efectos de las fuerzas axiales sobre una estructura son compresi贸n y tensi贸n.聽Adem谩s, existen otros tipos de fuerzas que provocan una variedad de cargas sobre un miembro.聽Las siguientes secciones revisan algunas de estas fuerzas y las comparan.

Fuerza axial vs Fuerza cortante

Fuerza axialFuerza cortante
Con respecto al eje del miembro, una fuerza axial act煤a paralela a su eje longitudinal.La fuerza cortante act煤a perpendicular al eje longitudinal del elemento.
Su efecto resultante es el esfuerzo de tracci贸n y compresi贸n.Las fuerzas cortantes empujan una parte de un miembro en una direcci贸n y la otra parte en la direcci贸n opuesta.聽
Conduce a desgarros o empalmes.
La direcci贸n de la fuerza es perpendicular al 谩rea que la resiste.En el caso de una fuerza cortante, el 谩rea que la resiste es paralela a su direcci贸n.
Fuerza axial vs Fuerza cortante
Axial vs Cortante
Axial vs Cortante

Fuerza axial vs Fuerza cortante

La fuerza normal es la reacci贸n del suelo o de la superficie debido al contacto entre dos superficies.聽A menudo, las fuerzas axiales y normales se juzgan err贸neamente como iguales.聽Sin embargo, hay un par de diferencias entre ellos.

Fuerza axialFuerza normal
Act煤a paralelo al eje longitudinal de un miembro.Es una fuerza de reacci贸n que act煤a perpendicularmente a la superficie de contacto.
Da como resultado solo tensi贸n o compresi贸n.La fuerza normal es s贸lo de compresi贸n.
Fuerza axial vs Fuerza cortante
Fuerza axial vs Fuerza normal
Fuerza axial vs Fuerza normal

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1 comentario en “Fuerza axial – 驴Qu茅 es?”

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