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Resistencia de materiales · Nivel básico

Esfuerzo y alargamiento de una barra de acero a tracción

Enunciado

Una barra de acero de sección circular, de 20 mm de diámetro y 2,00 m de longitud, está empotrada en un extremo y soporta en el otro una fuerza de tracción de 50 kN. El módulo de elasticidad del acero es E = 200 GPa y su esfuerzo de fluencia es fy = 250 MPa. Calcula el esfuerzo normal, la deformación unitaria y el alargamiento de la barra, y verifica si el acero sigue en el rango elástico.

Barra de acero de 20 mm con carga axial de 50 kN P = 50 kN L = 2,00 m d = 20 mm
Figura 1. Barra de acero de 20 mm con carga axial de 50 kN.

Datos

Paso 1. Área de la sección

A = π · d² / 4 = π · 20² / 4 = 314,16 mm²

Paso 2. Esfuerzo normal

σ = P / A = 50 000 N / 314,16 mm² = 159,15 MPa

Paso 3. Verificar el rango elástico

σ = 159,15 MPa < fy = 250 MPa ✓

El esfuerzo es menor que el de fluencia, así que el acero trabaja en el rango elástico y podemos usar la ley de Hooke.

Paso 4. Deformación unitaria

ε = σ / E = 159,15 / 200 000 = 7,96 × 10⁻⁴ (adimensional)

Paso 5. Alargamiento total

δ = P · L / (A · E) = 50 000 · 2000 / (314,16 · 200 000) = 1,59 mm

Comprobación con el paso anterior: δ = ε · L = 7,96 × 10⁻⁴ · 2000 mm = 1,59 mm ✓.

Resultado

  • Esfuerzo normal: σ ≈ 159,2 MPa (tracción)
  • Deformación unitaria: ε ≈ 7,96 × 10⁻⁴
  • Alargamiento: δ ≈ 1,59 mm
  • El acero sigue en el rango elástico.

Errores comunes

Bibliografía de consulta

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