¿Qué es una carga cortante?

Una carga cortante es una fuerza que provoca un esfuerzo cortante cuando se aplica a un elemento estructural. El esfuerzo cortante, que es una fuerza por unidad de área, se produce en el plano perpendicular al esfuerzo normal; se crea cuando dos planos del mismo objeto intentan deslizarse uno al lado del otro. Los ingenieros deben calcular la carga de corte en las estructuras para asegurarse de que no experimenten fallas mecánicas. Una carga demasiado alta puede hacer que los materiales cedan o se deformen permanentemente.

Las tensiones normales ocurren cuando un material se somete a tensión o compresión. En este caso, ambas fuerzas aplicadas están a lo largo del mismo eje. Si las fuerzas se aplican a lo largo de diferentes ejes, habrá esfuerzos cortantes además de los esfuerzos normales. Un elemento cuadrado del material experimentará fuerzas que tienden a sesgarlo en un paralelogramo. El esfuerzo cortante promedio en un material es igual a la carga cortante dividida por el área de la sección transversal en cuestión.

Si bien el esfuerzo cortante es la fuerza por unidad de área, la carga cortante generalmente se refiere solo a la fuerza en sí. Por lo tanto, las unidades apropiadas son las unidades de fuerza, más comúnmente Newtons o libras-fuerza. Cuando se aplica una carga cortante a un material constreñido, una fuerza de reacción es responsable de mantener el material estacionario. Esta fuerza de reacción constituye la «segunda» fuerza aplicada; cuando se combina con una fuerza de reacción, una sola fuerza puede dar lugar a esfuerzos cortantes.

La carga cortante es importante para calcular las tensiones dentro de una viga. La ecuación de la viga de Euler-Bernoulli relaciona la carga cortante con el movimiento de flexión a lo largo de una viga. Un momento flector es el par de torsión que hace que una viga se desvíe. La carga máxima permitida en una viga está relacionada tanto con el material como con la geometría de la viga; las vigas más gruesas hechas de materiales más fuertes pueden soportar cargas de corte más altas.

Cuando las fuerzas hacen que las tensiones internas sean demasiado altas, el material cederá. Ceder cambia permanentemente la forma relajada y el tamaño de un material, como ocurre cuando el material está libre de fuerzas externas. Un clip se puede llevar fácilmente al límite elástico a mano. Ceder no solo distorsiona la geometría de un material, sino que puede hacer que los materiales sean más susceptibles a fracturas. La gestión de este riesgo es de vital importancia para los ingenieros civiles y mecánicos.

Decidir qué materiales son los más fuertes o tienen los puntos de rendimiento más altos es más fácil de hacer mediante la experimentación que mediante el análisis teórico. Es de conocimiento común, por ejemplo, que el acero puede tolerar más tensiones internas que el aluminio. La explicación de por qué este es el caso es objeto de varias teorías en competencia. Algunas de estas teorías enfatizan el esfuerzo cortante como fundamental para explicar cuándo cederán los materiales.