2. INTRODUCCIÓN
El uso de los materiales en las obras de ingeniería hace necesario el
conocimiento de las propiedades físicas de aquellos, y para conocer estas
propiedades es necesario llevar a cabo pruebas que permitan determinarlas. Todos
los materiales metálicos tienen una combinación de comportamiento elástico y
plástico en mayor o menor proporción.
Todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en el
sentido de aplicación de la fuerza. En el caso del ensayo de tracción, la fuerza se
aplica en dirección del eje de ella y por eso se denomina axial, la probeta se
alargara en dirección de su longitud y se encogerá en el sentido o plano
perpendicular. Aunque el esfuerzo y la deformación ocurren simultáneamente en el
ensayo, los dos conceptos son completamente distintos.
A escala atómica, la deformación elástica macroscópica se manifiesta
como pequeños cambios en el espaciado interatómico y los enlaces interatómicos
son estirados. Por consiguiente, la magnitud del módulo de elasticidad representa la
resistencia a la separación de los átomos contiguos, es decir, a las fuerzas de enlace
interatómicas. A escala atómica, la deformación plástica corresponde a la rotura de
los enlaces entre átomos vecinos más próximos y a la reformación de éstos con
nuevos vecinos, ya que un gran número de átomos o moléculas se mueven unos con
respecto a otros; al eliminar la tensión no vuelven a sus posiciones originales.
3. ESFUERZO
Las fuerzas internas de un elemento
están ubicadas dentro del material por lo que
se distribuyen en toda el área; justamente se
denomina esfuerzo a la fuerza por unidad de
área, la cual se denota con la letra griega
sigma (σ) y es un parámetro que permite
comparar la resistencia de dos materiales, ya
que establece una base común de
referencia.
4. TIPOS DE ESFUERZO
• Tracción. Hace que se separen entre sí las
distintas partículas que componen una pieza,
tendiendo a alargarla. Por ejemplo, cuando se
cuelga de una cadena una lámpara, la cadena
queda sometida a un esfuerzo de tracción,
tendiendo a aumentar su longitud.
5. COMPRESIÓN
Hace que se aproximen las diferentes partículas
de un material, tendiendo a producir acortamientos
o aplastamientos. Cuando nos sentamos en una silla,
sometemos a las patas a un esfuerzo de compresión,
con lo que tiende a disminuir su altura.
6. CIZALLAMIENTO
Se produce cuando se aplican fuerzas
perpendiculares a la pieza, haciendo que las
partículas del material tiendan a resbalar o
desplazarse las unas sobre las otras. Al cortar con
unas tijeras un papel estamos provocando que unas
partículas tiendan a deslizarse sobre otras. Los puntos
sobre los que apoyan las vigas están sometidos a
cizallamiento.
7. FLEXIÓN
Es una combinación de compresión y de
tracción. Mientras que las fibras superiores de la
pieza sometida a un esfuerzo de flexión se alargan,
las inferiores se acortan, o viceversa. Al saltar en la
tabla del trampolín de una piscina, la tabla se
flexiona. También se flexiona un panel de una
estantería cuando se carga de libros o la barra
donde se cuelgan las perchas en los armarios.
8. TORSIÓN
Las fuerzas de torsión son las que hacen que
una pieza tienda a retorcerse sobre su eje central.
Están sometidos a esfuerzos de torsión los ejes, las
manivelas y los cigüeñales.
12. DEFORMACIÓN
• La deformación es el cambio en el tamaño o forma
de un cuerpo debido a esfuerzos internos
producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre
el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica.
13.
14. LEY DE ELASTICIDAD DE HOOKE
En física, la ley de elasticidad de Hooke o ley de Hooke,
originalmente formulada para casos del estiramiento longitudinal,
establece que el alargamiento unitario que experimenta un material
elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada F:
epsilon = frac{delta}{L} = frac{F}{AE}
siendo delta el alargamiento, L la longitud original, E: módulo de
Young, A la sección transversal de la pieza estirada. La ley se aplica a
materiales elásticos hasta un límite denominado límite elástico.
Esta ley recibe su nombre de Robert Hooke, físico británico
contemporáneo de Isaac Newton, y contribuyente prolífico de la
arquitectura. Esta ley comprende numerosas disciplinas, siendo utilizada en
ingeniería y construcción, así como en la ciencia de los materiales. Ante el
temor de que alguien se apoderara de su descubrimiento, Hooke lo
publicó en forma de un famoso anagrama, ceiiinosssttuv, revelando su
contenido un par de años más tarde.
15. TIPOS DE DEFORMACIÓN
• Deformación elástica: Para más detalles sobre este
tema, consulte la elasticidad.
Este tipo de deformación es reversible. Una vez que
ya no se aplican las fuerzas, el objeto vuelve a su
forma original. Elastómeros y metales con memoria
de forma tales como Nitinol exhiben grandes rangos
de deformación elástica, como el caucho. Sin
embargo elasticidad es no lineal en estos materiales.
Metales normales, cerámica y la mayoría de los
cristales muestran elasticidad lineal y una zona
elástica pequeña.
16. DEFORMACIÓN PLÁSTICA
• Este tipo de deformación es irreversible. Sin embargo, un
objeto en el rango de deformación plástica primero se
han sometido a deformación elástica, que es reversible,
por lo que el objeto volverá forma parte a su forma
original. Termoplásticos blandos tienen una gama
bastante grande deformación plástica como hacer
metales dúctiles tales como el cobre, la plata, y oro.
Acero también lo hace, pero no es de hierro fundido.
Plásticos duros termoestables, caucho, cristales, y
cerámicas tienen rangos de deformación plástica
mínimos. Un material con un amplio rango de
deformación plástica es la goma de mascar en
húmedo, que puede ser estirados decenas de veces su
longitud original.
17. FRACTURA
• Este tipo de deformación también es irreversible.
Una ruptura se produce después de que el material
ha alcanzado el extremo de la goma, de plástico
y, a continuación, los rangos de deformación. En
este punto, las fuerzas se acumulan hasta que son
suficientes para causar una fractura. Todos los
materiales eventualmente fractura, si se aplican
fuerzas suficientes.
19. FLEXIÓN
• la flexión es la acción y efecto de doblar el cuerpo
o alguno de sus miembros. Se trata de un
movimiento de aproximación entre partes del
cuerpo mediante la acción de los músculos.
20. FATIGA
la fatiga de materiales se refiere a un fenómeno por
el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas
cíclicas se produce más fácilmente que con cargas
estáticas. Aunque es un fenómeno que, sin definición
formal, era reconocido desde la antigüedad, este
comportamiento no fue de interés real hasta la
Revolución Industrial, cuando, a mediados del siglo XIX
comenzaron a producir las fuerzas necesarias para
provocar la rotura con cargas dinámicas son muy
inferiores a las necesarias en el caso estático; y a
desarrollar métodos de cálculo para el diseño de piezas
confiables. Este no es el caso de materiales de aparición
reciente, para los que es necesaria la fabricación y el
ensayo de prototipos.
21. DIAGRAMA S-N
• Gráfico de esfuerzo (S) frente al número de ciclos
(N) necesarios para causar la rotura de probetas
similares en un ensayo de fatiga. Los datos para
cada curva de un diagrama S-N se obtiene
determinando la vida a la fatiga de una serie de
probetas sujetas a diversas cantidades de esfuerzo
fluctuante. El eje de esfuerzo puede representar la
amplitud de esfuerzo, el esfuerzo máximo o el
esfuerzo mínimo. Casi siempre se usa una escala de
registro para la escala N y a veces para la escala S.
Módulo relativo.
22.
23. PANDEO
El pandeo es un fenómeno de inestabilidad
elástica que puede darse en elementos comprimidos
esbeltos, y que se manifiesta por la aparición de
desplazamientos importantes transversales a la
dirección principal de compresión.
En ingeniería estructural el fenómeno aparece
principalmente en pilares y columnas, y se traduce
en la aparición de una flexión adicional en el pilar
cuando se halla sometido a la acción de esfuerzos
axiales de cierta importancia.
