¿Qué es una concentración de estrés?

La concentración de estrés es un fenómeno que puede ser causado por un agujero, una curva cerrada o un defecto en un objeto cuando se aplica fuerza. Esto se debe al hecho de que las irregularidades en la estructura de un objeto tenderán a generar tensión en ciertas áreas. Esos lugares se denominan típicamente concentraciones de estrés, ya que representan áreas donde se incrementan las fuerzas de estrés. Un objeto que tiene una estructura bastante uniforme tenderá a ser mucho más resistente que un objeto similar que tenga una o más concentraciones de tensión. Esto se debe al hecho de que el aumento de la presión que se encuentra en una concentración de estrés generalmente deja a un objeto mucho más vulnerable al daño por rotura, agrietamiento o rotura de alguna otra manera.

Cuando la estructura de un objeto es bastante uniforme, el estrés tenderá a distribuirse uniformemente por toda la sustancia. Una forma de visualizar esto es una tabla plana con líneas de fuerza espaciadas uniformemente a lo largo de la superficie. Si se perfora un agujero en el tablero, cualquier esfuerzo aplicado al tablero se concentrará a cada lado del agujero. Esto se debe al hecho de que las líneas de fuerza no pueden pasar a través del material que se retiró cuando se perforó el agujero. Las líneas de fuerza deben rodear el orificio, lo que resulta en áreas de tensión concentrada, lo que hace que la tabla sea más propensa a romperse en ese punto, si se aplica fuerza excesiva.

Prácticamente cualquier objeto que carece de una estructura completamente uniforme contendrá algún tipo de concentración de tensión. Si la sustancia de la que está hecho un objeto contiene contaminantes o defectos, por pequeños que sean, tenderán a concentrar las líneas de fuerza. Eso hace que sea especialmente importante eliminar cualquier contaminante al construir objetos que estarán sujetos a mucho estrés. Pequeñas grietas también resultan en la concentración de estrés, lo que puede conducir a fracturas mucho más grandes con el tiempo.

La estructura geométrica de un objeto también puede dar lugar a la concentración de tensiones. Algunos ejemplos comunes incluyen vigas huecas y de ángulo recto, y ejes con ranuras circunferenciales o filetes de hombro. Cada una de estas formas tiene un patrón diferente de concentración de tensión, lo que puede provocar la falla de un objeto o componente bajo ciertas circunstancias. Debido a la falta de material de soporte en el centro, una viga cuadrada hueca tenderá a fallar si se tuerce. Otros objetos, como los ejes que tienen ranuras o filetes, pueden fallar bajo torsión, flexión o fuerzas axiales.