En esta breve pero intensa entrada vamos a ver las solicitaciones que les presentamos las estructuras así como algunos ejemplos que nos vamos a encontrar en nuestros vehículos.
Las estructuras constructivas están sometidas a una interacción de fuerzas que resulta en esfuerzos diversos sobre ellas mismas que, en función de el punto de aplicación, su dirección y su sentido, deriban en tensiones sobre el material sometiendolo a tracción, compresión, flexión, cortadura y/o torsión. Del estudio del comportamiento y resistencia del material y de las fuerzas que actúan sobre él se obtiene el diseño estructural y la elección de formas y materiales de los componentes.
El esfuerzo de tracción es el más sencillo de comprender al que están sometidas las estructuras y consiste en un esfuerzo que se aplica sobre el material mediante dos fuerzas de igual dirección pero sentido opuesto aplicadas sobre la misma recta definida por su dirección. Las fuerzas tiran del material alejando sus fibras, esto se traduce en un estiramiento longitudinal del material que, al mantener su volumen, sufre una estricción transversal mientras el material se mantenga dentro de sus propiedades elásticas y plásticas, cuando éstas han sido superadas el material falla produciendose una rotura con forma dentada en el centro de dicha estricción. Aunque lo habitual es el estudio del acero por su buen comportamiento ante estos esfuerzos, el mejor ejemplo de comportamiento elástico es el de una goma o muelle, que recuperan su forma al dejar de ejercer fuerza sobre ellos, y de comportamiento plástico la plastilina, que se deforma sin romper pero no recupera su forma. Esta solicitación se puede apreciar en los trapecios cuando la suspensión se mueve e intenta hacerlos ceder manteniendo la rueda en su sitio.
El esfuerzo de compresión es el caso opuesto al de tracción. Aquí las fuerzas siguen compartiendo dirección y eje de aplicación y tienen sentido opuesto; sin embargo, en esta ocasión las fuerzas tratan de acercar las fibras del material produciendo un acortamiento longitudinal y un ensanchamiento transversal. Cuando el material no resiste más el esfuerzo sufre unas grietas longitudinales que acaban por romper el material, por lo general, oblícuamente como vemos en el hormigón, el material más característico con propiedades de resistencia a la compresión. El ejemplo más representativo y con mayor esfuerzo que apreciamos en los vehículos es la compresión sufrida por la biela en el ciclo de compresión, pero sobretodo en el ciclo de explosión-expansión.
El esfuerzo de flexión es el clásico representado por una viga biapoyada con una fuerza actuando entre los dos apoyos lo que comprime las fibras más cercanas al punto de aplicación y tracciona las fibras más alejadas. La fuerza aplicada puede encontrarse en cualquier punto de entre los apoyos o incluso estar repartida sobre una superficie dejando de actuar de forma puntual. Un ejemplo de esta carga repartida lo encontramos en los vehículos que disponen de cuna bajo el motor que tiende a flexionar al recibir el peso. Cuando el material no soporta la carga rompe con un corte relativamente recto y diagonal.
El esfuerzo de cortadura o cizalla se presenta cuando sobre el material actúan dos puerzas con la misma dirección y sentido opuesto como en el caso de la compresión, pero con puntos de aplicación en ejes desplazados. De este modo unas fibras del material tienden a moverse en un sentido mientras las contiguas intentan ir en el contrario provocando desgarros en el material así como pequeños dobleces. Un buen ejemplo de este fenómeno lo encontramos en la interacción de la biela con el cigüeñal de modo que la viela establece dos planos de corte entre sus extremos de los semicojinetes y los asientos del cigüeñal.
El esfuerzo de torsión se representa mediante una par de fuerzas de giro que actúan sobre un elemento que tiende a mantener su posición o, al menos, a no rotar al compás de dicho par. Las fuerzas se disponen distanciadas del eje de giro del objeto y actúan en sentidos opuestos resultando un movimiento circular que somete las fibras a una tensión tangencial que las desplaza descentrándolas. Así, cuando el material rompe, lo hace siguiendo la línea de una fibra por lo que la grieta se curva entorno al eje de giro. Un claro ejemplo de un material sometido a torsión en el vehículo es el eje de transmisión que, aunque no suele romperse por la elasticidad y plasticidad del acero, sí puede retorcerse considerablemente.
En conclusión podemos apreciar lo fantástico de la ingeniería de los materiales, que nos permiten usar siempre acero pero que con pequeñas variaciones en su composición o estructura atómica rinda mejor para unas solicitaciones u otras, y la necesidad de los laboratorios de ensayos para evaluar sus propiedades ya que los vamos a exigir un rendimiento específico por lo que:
Un saludo, Luis Vallejo López, administrador del blog.
