.. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL FÍSICA II ENSAYO “DEFORMACIÓN POR TORSIÓN” INTEGRANTES: CHAMORRO ANGELES, Karolainne Kassandra CRUZ CABRERA, Angela Miquely Etelvina GONZALES CARBAJAL, Anthony Félix DOCENTE: MG. PAREDES GONZALES, Pedro Enrique En ingeniería, torsión es la gestión que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos en el cual una dimensión predomina sobre las otras dos, sin embargo, es posible encontrarla en situaciones diversas. Un cuerpo experimenta esfuerzos de torsión cuando existen fuerzas que tienden a retorcerlo. Es un esfuerzo que se produce por retorcer o girar un objeto sobre sí mismo, ejerciéndose en sus dos pares de giro en sentido contrario. La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él. El estudio general de la torsión es complicado porque bajo ese tipo de solicitación la sección transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenómenos: uno donde parecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal y otro cuando las tensiones anteriores no están distribuidas adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la sección tenga simetría circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas. Podemos decir que un cuerpo está sujeto en una sección a torsión simple, cuando la reducción de las fuerzas actuantes sobre éste, a un lado de la sección, da como resultado una cupla que queda contenida en el plano de la misma. Entonces podemos decir que una pieza prismática se encuentra sometida a torsión simple cuando sobre sus secciones actúa únicamente un momento resultante que tiene componente solo sobre el eje x de la pieza. Si en el momento el torsor actuante es constante a lo largo de la pieza, se dice que el estado es de torsión pura. Cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él. Una de las cosas que siempre se debe tener en cuenta en el cálculo del momento de torsión es que se realiza con respecto al centro de esfuerzos cortantes. Los objetos que son sometidos a torsión no permanecen planos, sino que sufren deformación fuera de su plano, fenómeno cuyo nombre es alabeo. En función de este hecho, se distingue entre torsión uniforme, cuando el alabeo relativo es despreciable, y torsión no uniforme, cuando el alabeo relativo debe ser considerado. Cabe resaltar que el alabeo es una función que predice la forma deformada de la sección transversal de un prisma mecánico. Se presentan los siguientes tipos de Torsión: Torsión de Columb: - Para Secciones Circulares, este sería un objeto prismático recto cuya base es circular que es sometido a un estado de torsión pura bajo dos momentos iguales, pero de sentidos opuestos aplicado en sus secciones extremas. Si nos tomamos en cuenta sus propiedades geométricas como la simetría que presenta el objeto permite determinar que al aplicarse la torsión las secciones rectas girarán alrededor de su centro de gravedad, además las secciones rectas conservan su forma circular. Entonces se debe tener clara la idea que cuando un objeto recto de sección circular es sometido a torsión pura, la deformación es tal que cada sección gira alrededor de su centro sin deformarse en su plano y sin alabearse, como si fuera un disco rígido. Las fibras longitudinales de la pieza se deforman en hélices. La hipótesis de deformación por Torsión de Coulomb es puramente geométrica, se puede verificar de manera experimental y concuerda con los resultados de la Teoría de la Elasticidad, incluso cuando el momento torsor es variable a lo largo del eje del objeto. Si el material del objeto que se observa tiene resistencias a tracción y compresión de valores parecidos, la rotura de torsión se produce en un plano perpendicular al eje de la pieza, cuando la tensión tangencial máxima alcanza el valor de rotura. Este tipo de rotura es común en la mayoría de los metales y generalmente es de carácter dúctil. Por el contrario, si el material de la pieza resiste menos a tracción que a compresión la rotura se produce por tracción, apareciendo grietas helicoidales a 45o con el eje del objeto. - Para una Sección Circular Hueca o también puede ser un objeto que consta de dos materiales distintos, teniendo un radio externo y un radio interno, los aspectos que se aplican para las secciones circulares también son aplicables en este tipo de caso. - Para Secciones Cerradas de pequeño Espesor, por ser de espesor pequeño se podría decir que las fuerzas tangenciales que actúan en su espesor están distribuidas de manera uniforme. Torsión de Saint-Venant: Por medio de experimentos realizados con objetos prismáticos cuya base es rectangular se comprobó lo siguiente: - La distorsión angular que se produce es máxima en los puntos medios de los lados más largos de la zona rectangular, mientras que, en las esquinas, la distorsión es nula. - Las secciones rectas del objeto no permanecen planas al ser sometidas a torsión, sino que se alabean. Entonces mediante estos experimentos se puede determinar de forma eficiente que la teoría de Columb no es aplicable a objetos prismáticos de secciones rectangulares. Si se supone que la deformación producida en el objeto es igual en todas sus secciones, es decir, tiene un comportamiento uniforme. Y si cumple una rotación rígida de sus secciones en su plano además de un alabeo de las secciones fuera de su plano. Se llega a demostrar que el centro de giro de las secciones en su plano es, precisamente, el centro de esfuerzos cortantes. Por lo cual, al centro de esfuerzos cortantes se le llama también centro de torsión de la sección. En torsión uniforme, al lugar geométrico de los centros de torsión se le llama eje de torsión, y es un eje paralelo a la directriz del objeto. Entonces se puede aplicar la Torsión de Saint-Venant en los siguientes casos: Sección Rectangular: La solución del problema de torsión uniforme en objetos de sección rectangular se puede obtener de manera analítica resolviendo el problema elástico sobre un dominio rectangular. Secciones Rectangulares Estrechas: Si el rectángulo es lo suficientemente largo, se puede despreciar el efecto de los extremos de este sobre la deformación de la membrana en zonas suficientemente alejadas de ellos. Es decir, salvo en las zonas próximas a los extremos, la membrana se deforma en forma de cilindro parabólico. Perfiles Laminados Abiertos: Se pueden trabajar de forma aproximada como secciones abiertas delgadas de espesor uniforme que no sean de una forma rectangular pero que puedan ser rectificadas para tomar dicha geometría. Entonces para esta generalización se debe suponer que la deformada de la membrana será, aproximadamente, un cilindro parabólico. El suponer que el alabeo es uniforme para todas las secciones del objeto implica que no aparecen tensiones normales. La pieza de sección circular se deforma según la hipótesis de Coulomb, esto es, sin alabeo, y las secciones rectas permanecen planas. Por el contrario, la pieza de sección rectangular se deforma según la hipótesis de Saint-Venant, y las secciones rectas giran en su plano y además dejan de ser planas, es decir, se alabean. Se da con frecuencia que una pieza sometida a torsión tenga alguna sección transversal obligada a permanecer fija, como es el caso de las secciones de empotramiento que no pueden alabearse durante la torsión. Esta restricción del alabeo de una sección transversal da lugar a la aparición de torsión no uniforme a lo largo de la pieza. La influencia que el alabeo no uniforme tiene en el comportamiento de una pieza solicitada a torsión puede ser importante cuando las secciones rectas son abiertas y de pequeño espesor, pero es despreciable en los restantes tipos de secciones. El estudio completo del problema de torsión uniforme se hace mediante la teoría de la Elasticidad. Los problemas de torsión simple no se presentan muchas veces, ya que en general aparece la torsión combinada con flexión y corte. Entonces se puede deducir que la teoría de Coulomb es un caso particular de la teoría de Saint-Venant en el que el alabeo que se produce es nulo. Un ejemplo de torsión sería cuando colocamos un tornillo. Por una parte, experimenta la fuerza del destornillador que lo gira en sentido horario. Por la otra, el material donde estamos introduciendo ejerce una fuerza de resistencia de sentido antihorario. El resultado es que el tornillo tiende a retorcerse. Otro ejemplo claro, son las barras de torsión de los vehículos las cuales sirven para la amortiguación del vehículo. También la Torsión se da en estructuras, así como es el caso de la torsión en planta que se refiere al esfuerzo de torsión que sufre la estructura portante de un edificio cuando es sometida a grandes fuerzas horizontales como los son los terremotos. Pudimos reconocer y aplicar un nuevo ensayo muy útil para nuestra vida como futuros ingenieros, también hemos reconocido el funcionamiento y manejo de la máquina para ensayo de torsión. Como conclusión principal podemos decir que La Torsión en sí, se refiere a la deformación helicoidal que sufre un cuerpo cuando se le aplica un par de fuerzas (sistema de fuerzas paralelas de igual magnitud y sentido contrario). También podemos decir que la torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de pieza deja de estar contenida en el plano formando inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se refuerce alrededor de él. Un momento de torsión resultante aplicado a un cuerpo rígido siempre causara una aceleración angular que es directamente proporcional al momento de torsión e inversamente proporcional al momento de inercia del cuerpo.
