Mecánica de materiales

896 Pages·2017·160.974 MB·Spanish

by  R. C. Hibbeler

Este libro, imprescindible para el estudio de la mecánica de materiales en los cursos de ingeniería,
ofrece una presentación clara y completa de la teoría y las aplicaciones de los principios en esta
área. En esta nueva edición se ha revisado todo el contenido teórico y se han actualizado los pro-
blemas de aplicación con base en valiosas sugerencias y comentarios de profesores y estudiantes
que han llevado este libro en sus cursos.
El contenido del libro, estructurado en 14 capítulos, cubre todos los temas de esta rama de la
ingeniería, con objetivos claros y en secciones concisas donde se presentan las aplicaciones que
ilustran la teoría y los métodos para la resolución de los problemas que se plantean. Al final de
cada capítulo se incluyen preguntas y problemas con creciente grado de dificultad que sirven para
reforzar lo aprendido.
Entre las novedades sobresalientes de esta edición destacan las siguientes:
• Información actualizada y enriquecida con diagramas cuidadosamente trazados
y con un nuevo diseño.
• Más de 30% de los problemas que aparecen en esta edición son nuevos.
• Todos los problemas de revisión, al final de cada capítulo, se han actualizado.
• Se desarrollaron soluciones más detalladas para los problemas preliminares
y fundamentales con el fin de proporcionar a los estudiantes mejores y más claras
herramientas de estudio.
• Los problemas de tarea se han ordenado de acuerdo con su dificultad de resolución.
Y la mayoría de ellos tienen su respuesta al final del libro.
• Las ilustraciones fueron actualizadas y mejoradas para ilustrar los problemas
de forma más real; y varias de las imágenes están renderizadas en tercera
dimensión.
Para más información sobre este libro visite:
www.pearsonenespañol.com/hibbeler
NOVENA
EDICIÓN
www.pearsonenespañol.com
ISBN 978-607-32-4099-4
HIBBELER
9 786073 240994
Portada Hibbeler 10.indd 1 02/02/17 15:36
Ecuaciones fundamentales de la mecánica de materiales
m.
CEsafrugear zaoxi nalormal CEosfrutearnztoe cortante directo promedio Coef. depansión ter –6A)C (10, 23 24 12 12 18 17 26 12 12 17 12 9.4 11 11 – – – – mico.
Desplazamiento s = NA Esfuerzo cortante transvetrpsroaml = VA RelaciónexdeNPoisson 0.35 0.35 0.28 0.28 0.35 0.34 0.30 0.32 0.32 0.27 0.32 0.36 0.15 0.15 0.34 0.34 e0.29 e0.31 amiento tér
at
PTdÁEFFEFEollloosssneuefffntrxgxuuujesdoiuineeeióóe ólrrrccnonzzznioa oooadr tseccnasi oomongrrirt=érttemaaotJJrnnai-==cttleea MMMeppp22IIInqrzffzPo cy(uc=4tm==n=op+4re sotedmTTT-sLLLjpMMMddeirdeIIIvToo=0= ycyTTTcmJJJcL zt=cGei==iLt=,4riMMTn2)Jóc==I ttt(((LLL(((nauTuAy2xx l0npp)t)TTmaA222rdddLNNNGJ sartfrAtTxTTTaEeLuNnTAnmcLsb((((((cvxaxoie)ó) rddddEn=sxe at lrp aIIIIIIsaynzórslteiavddnea rduseallg taudbualar EEEFECEElcsssissulfffffuiuueuujnaoreeeedca rrrrcirzzzzoottooooonaarmmtbb teáápccessssssasxxxsootnrnayx irr== dtnnrtteeaaesc==2 ssnncit1uupitr,ttmm22ppasee-aassáán ilnxtxx=mm=ep1ss2mrnp2+o-2ááfuxá=tmas(oxxxsesrrs-sx2siiqas=mmm==xp 1ymta+2sr=sooa-tííí t=ns+pAmcy sx-eaprit=xásysónxbesyasatse,yn+ s2(rsn2e)s2Vxss=ai{o >lóIIIdx 2lms=Qxt=-22spnueuVííí-2ynl AAt-lmatcIo sp2pQ2eeá+osnxrtxrltysasy n,oyfmtcsysu bp)oxiexm>y2sasrm2ííí-2crnz2+eooosusdsi tgsy 2+di2xnbguyeo2ntlsogx +oyapdstueax2neys2tous aPropiedades mecánicas promedio de materiales típicos de ingeniería (Unidades del Sistema Internacional) Módulo deResistencia última (MPa)Módulo deResistencia a la cedencia (MPa)RDensidadSSEGMaterialeselasticidad rigidez% Elongación enYubb3TeTTns.Comp.CortanteTeTTns.Comp.Cortante(GPa)(GPa)(Mgm) probeta de 50 mm, Metálicos 2.7973.12741441417246946929010Aleaciones de2014-T6aluminio forjado6061-T6112.7168.92625525513129029018612 7.771967.07727–––179669–0.6Aleaciones deGrisASTM20hierro fundidoMaleableASAATMA-AA1977.287717268 –––276572–5 –AleacionesLatón rojo C83400241241–358.741013770.070.0de cobreBronceC86100––208.8310338345345655655 Aleación–2762761521[Am1004-T61]1.8344.718152152de magnesio Estructural A-36–7.857720075250250400400–30 AleacionesEstructural A992–450450–307.857720075345345de aceroInoxidable 304–517517–407.867719375207207 –800800–228.1620075703703De herramienta L2 Aleación–[Ti-6Al-4V]TT4.43120449249241,0001,000–16de titanio No metálicos 2.3822.1–––12––––Baja resistenciaConcreto 2.3729.0–––38––––Alta resistencia 1.45131––––71748320.32.8PlásticoKevlar49reforzadoVidrio al 30%1.4572.4––––90131–– Madera gradocddAbeto Douglas0.4713.1––––2.1266.2–estructuralcddPino blanco3.609.65––––2.5366.7–selecto aLos valores específicos pueden variar para un material particular, debido a la aleación o a la composición del mineral, el trabajo mecánico de la probeta o el trbtener un valor más exacto se deben consultar libros de referencia del material.Para obSe puede suponer que la cedencia y la resistencia última para los materiales dúctiles son iguales en tensión y en compresión.cMedida en forma perpendicular a la fibra.dMedida en forma paralela a la fibra.eDeformación medida en forma perpendicular a la fibra cuando la carga se aplica a lo largo de ésta.
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2a y 3a de forros.indd 2 2/2/17 12:29 PM 2a y 3a de forros.indd 3 2/2/17 12:29 PM
Propiedades geométricas de los elementos de área
Relaciones entre las propiedades del material
Relación de Poisson y A= bh
P
n = - Plat h C x IIIx = 112bh3
long
Ley de Hooke generalizada b IIIy = 112hb3
P = 1 3sss - n(sss + sss)4 Área rectangular
x E x y z
Py = E1 3sssy - n(((sssx + sssz)4 A= 12 bh
Pz = E1 3sssz - n(sssx + sssy)4 h C x III = 1 bh3
1 1 1 1–h x 36
g = t ,g = t g = t b 3
xy G xy yz G yz, zx G zx
Área triangular
donde
E
G =
2(1 + n) a A= 1 (a + b)
2
Relaciones entre w,VVV,M h C x
dV dddM
dddx = w(((x), dddx = V b 13– —2aa —++ —bb h
Curva elástica Área trapezoidal
1 M
=
r EEEI y A=—r–2
d4v 2
EEEI =w(x) —4r III = 1prr4
dddx4 r 3 x 8
d3v C x III = 1prr4
EEEI = V(((x) y 8
dddx3 Área semicircular
ddd2v
EEEI = M(((x)
dddx2 y
Pandeo A= r2
III = 1prr4
Curva axial crítica x 4
PPP = p2EI r x IIIy = 14prr4
cr (KKKL)2 C
Esfuerzo crítico
p2E
s = ,r = 22I>>>A
cr (KKKL>rr)2 Área circular
Fórmula de la secante
P ec L P
smáx = A c1 + rrr2 sec a2r AAEEEAbd 25–a
Métodos de energía A=2–ab
3
Conservación de la energía b
UU = UU 38–b C
e i
a
Energía de deformación
UU = N2L carga axial constante Área semiparabólica
i 222AE
LM2dddx
UUi = LLL 2EEEI momento flexionante A=—13ab
0 b
UU = LLfffsV2dddx cortante transversal C 1—30b
i LLL0 2GGGA 3–4a
LTTT2dddx a
UUi = LLL 2GGGJ momento de torsión Área exparabólica
0
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MECÁNICA
DE MATERIALES
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MECÁNICA
DE MATERIALES
NOVENA EDICIÓN
R. C. HIBBELER
TRADUCCIÓN
Jesús Elmer Murrieta Murrieta
Maestro en Investigación de Operaciones
Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey
REVISIÓN TÉCNICA
Juan Óscar Molina Solís
Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey
Campus Monterrey
Sergio Saldaña Sánchez
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Unidad Zacatenco
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Datos de catalogación bibliográfi ca
HIBBELER, RUSSELL CHARLES
Mecánica de materiales
Novena edición
Pearson Educación de México, S.A. de C.V., 2017
ISBN: 978-607-32-4099-4
Área: Ingeniería
Formato: 20 x 25.5 cm Páginas: 896
Authorized translation from the English Language edition entitledMechanics of Materials, 10th Edition, by R. C. Hibbelerr, published
by Pearson Education, Inc., Copyright © 2017. All rights reserved. ISBN 978-01343-1965-0.
Traducción autorizada de la edición en idioma inglés titulada Mechanics of Materials, 10a. edición, porR. C. Hibbelerr, publicada
por Pearson Education, Inc., Copyright © 2017. Todos los derechos reservados.
Edición en español
Director general:Sergio Fonseca ■Director de innovación y servicios educativos:Alan David Palau■Gerente de conte-
nidos y servicios editoriales: Jorge Luis Íñiguez ■ Gerente de arte y diseño: Asbel Ramírez ■ Coordinador de
contenidos de Educación Superior: Guillermo Domínguez Chávez ■ Coordinadora de arte y diseño: Mónica Galván
■Editora especialista en desarrollo de contenidos: Rosa Díaz Sandoval■Editor de desarrollo: Bernardino Gutiérrez
Hernández ■ Traductor: Jesús Elmer Murrieta Murrieta ■ Corrector de estilo: Agustín Cacique Valadez ■ Gestor de
arte y diseño:José Hernández Garduño■Lector de pruebas:Luis Aguilar■Composición y diagramación:FOCA Grupo
Editorial■Imágenes:Shutterstock
Esta edición en español es la única autorizada.
Contacto: [email protected]
Novena edición, 2017
ISBN LIBRO IMPRESO: 978-607-32-4099-4 D.R. © 2017 por Pearson Educación de México, S.A. de C.V.
Avenida Antonio Dovalí Jaime núm. 70
ISBN LIBRO E-BOOK: 978-607-32-4100-7 Torre B, Piso 6, Colonia Zedec Ed. Plaza Santa Fe
Delegación Álvaro Obregón, México, Ciudad de México, C. P. 01210
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Impreso en México.Printed in Mexico.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 20 19 18 17
Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicación pueden reproducirse, registrarse
o transmitirse, por un sistema de recuperación de información, en ninguna forma ni por ningún medio, sea
electrónico, mecánico, fotoquímico, magnético o electroóptico, fotocopia, grabación o cualquier otro, sin
permiso previo por escrito del editor.
Pearson Hispanoamérica
Argentina ■Belice ■ Bolivia■ Chile ■Colombia ■ Costa Rica■ Cuba■ República Dominicana ■ Ecuador■ El Salvador ■ Guatemala
■ Honduras■ México ■ Nicaragua ■Panamá ■ Paraguay ■Perú ■ Uruguay ■Venezuela
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Al estudiante
Con la esperanza de que esta obra le estimule
un interés en la mecánica de materiales
y le proporcione una guía aceptable hacia su comprensión.
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PREFACIO
El propósito de este libro es presentar al estudiante, de una forma clara
y completa, la teoría y las aplicaciones fundamentales de la mecánica de
materiales. Para alcanzar este objetivo, el texto ha ido tomando forma
con los comentarios y sugerencias de cientos de revisores que se dedican
a la enseñanza, así como de muchos de los alumnos del autor. Con todo
ello, la presente edición ha sido mejorada significativamente en relación
con las anteriores, por lo que se espera que tanto el profesor como los
estudiantes se beneficien en gran medida de estas contribuciones.
CARACTERÍSTICAS NUEVAS
EN ESTA EDICIÓN
• Contenido actualizado . Muchos temas del libro se han reescrito para
lograr mayor claridad y brevedad. Además, se han mejorado y ampliado
algunas de las ilustraciones para dar soporte a estos cambios.
•Nuevo diseño de las páginas . En esta edición se han añadido caracterís-
ticas de diseño que ofrecen una mejor visualización del material. Casi
todos los temas se presentan en un espacio de una o dos páginas para que
no sea necesario pasar tanto las páginas.
• Se mejoraron los problemas preliminares y fundamentales . Estas series
de problemas se localizan justo después de los problemas de ejemplo.
Ofrecen a los estudiantes aplicaciones simples de los conceptos cubiertos
en cada sección y les permiten desarrollar sus habilidades antes de inten-
tar solucionar algunos de los problemas estándar que siguen. Las series
de problemas pueden considerarse como ejemplos extendidos ya que en
esta edición se proporcionan sus soluciones completas al final del libro.
De manera adicional, estos problemas ofrecen a los estudiantes un medio
excelente de preparación para los exámenes parciales y finales.
• Fotografías nuevas . La importancia de conocer los temas de estudio
se refleja en las aplicaciones al mundo real mostradas en 14 fotos nuevas
o actualizadas a lo largo del libro. Por lo general estas fotos se utilizan
para explicar cómo se aplican los principios más importantes a situacio-
nes reales y cómo se comportan los materiales bajo una carga.
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X PREFACIO
• Problemas nuevos . En esta edición se han agregado aproximadamente
430 problemas nuevos, 30% del total, incluyendo aplicaciones a muchos
campos de la ingeniería.
•Nuevos problemas de repaso . Al final de cada capítulo se han colocado
problemas de repaso actualizados para que los profesores puedan asig-
narlos como tareas adicionales durante la preparación de los exámenes.
CONTENIDO
El texto está organizado en 14 capítulos que cubren todos los temas. El ca-
pítulo 1 comienza con un repaso de los conceptos importantes de la estática,
seguido por una definición formal de los esfuerzos normal y cortante, así
como de un análisis del esfuerzo normal en elementos cargados de manera
axial y el esfuerzo cortante promedio causado por el cortante directo.
El capítulo 2 define las deformaciones normal y cortante, mientras
que el capítulo 3 hace un análisis de algunas de las propiedades
mecánicas importantes de los materiales. En los capítulos 4, 5 y 6 se
presenta, respectivamente, el estudio de la carga axial, la torsión y la
flexión. En cada uno se considera el comportamiento lineal tanto
elástico como plástico del material cubierto en los capítulos previos,
donde el estado de esfuerzo es el resultado de cargas combinadas
(capítulos 7 y 8). En el capítulo 9 se presentan los conceptos para
transformar estados de esfuerzo multiaxial. De manera similar, en el
capítulo 10 se analizan los métodos para la transformación de defor-
maciones, incluyendo la aplicación de diferentes teorías de falla. En el
capítulo 11 se proporcionan los elementos para realizar un resumen y
un repaso adicionales del material anterior al cubrir aplicaciones al
diseño de vigas y ejes. En el capítulo 12 se cubren diferentes métodos
para calcular deflexiones de vigas y ejes, también se incluye un estu-
dio para determinar las reacciones en estos elementos si son estática-
mente indeterminados. El capítulo 13 proporciona un análisis del
pandeo de columnas y, por último, el capítulo 14 considera el proble-
ma del impacto y la aplicación de diferentes métodos de energía para
calcular deflexiones.
Las secciones del libro que contienen material más avanzado se indi-
can con un asterisco (*). Si el tiempo lo permite, algunos de estos temas
podrían incluirse en el curso. Además, este material sirve de referencia
para los principios básicos cuando se cubre en otros cursos y puede utili-
zarse como base para la asignación de proyectos especiales.
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PREFACIO XI
Método de cobertura alternativo. Algunos profesores prefie-
ren cubrirprimero las transformaciones de esfuerzo y deformación, antes
de analizar las aplicaciones específicas de la carga axial, la torsión, la
flexión y el cortante. Un método posible para hacer esto sería cubrir
primero el esfuerzo y su transformación (capítulo 1 y capítulo 9), segui-
dos por la deformación y su transformación (capítulo 2 y la primera parte
del capítulo 10). El análisis y los problemas de ejemplo en estos últimos
capítulos están redactados de manera que sea posible seguir el método
propuesto. Además, las series de problemas se han subdividido de tal
forma que este material pueda ser cubierto sin conocimiento previo de
los capítulos que intervienen. Los capítulos 3 a 8 pueden cubrirse sin
pérdida de continuidad.
ELEMENTOS PARTICULARES
Organización y enfoque. El contenido de cada capítulo está orga-
nizado en secciones bien definidas que contienen una explicación de
temas específicos, problemas de ejemplo y series de problemas para
tareas. Los temas dentro de cada sección se colocan en subgrupos defi-
nidos por títulos. Esto sirve para presentar un método estructurado para
introducir cada nueva definición o concepto y convertir el libro en una
referencia conveniente para repasos posteriores.
Contenido de los capítulos. Cada capítulo comienza con una
ilustración a página completa que demuestra una aplicación amplia del
material que se revisará. Después se presentan los objetivos del capítulo
para tener una visión general del material que se cubrirá.
Procedimientos de análisis. Esta característica única se encuen-
tra al final de muchas secciones del libro y proporciona al estudiante un
método lógico y ordenado que puede seguir al aplicar la teoría. Los pro-
blemas de ejemplo se resuelven utilizando este método esquemático con
el fin de hacer más clara su aplicación numérica. Sin embargo, se entien-
de que cuando el alumno posee un dominio de los principios relevantes
y gana confianza en el método, puede desarrollar sus propios procedi-
mientos para la resolución de problemas.
Fotografías. A lo largo del libro se utilizan muchas fotografías para
facilitar la comprensión y la explicación conceptual de cómo se aplican
los principios de la mecánica de materiales en situaciones reales.
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