Módulo: Materiales Juan Amigo S. Mecánica Industrial Año 2013.

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1 Módulo: Materiales Juan Amigo S. Mecánica Industrial Año 2013

2 Son aquellas que expresan el comportamiento de los materiales frente a los esfuerzos o cargas tendientes a alterar su forma. Tienen gran importancia porque son las que dan a algunos materiales superioridad sobre otros, en cuanto a aplicaciones mecánicas.

3  La resistencia mecánica es la capacidad de los cuerpos para resistir las fuerzas aplicadas sin romperse. La resistencia mecánica de un cuerpo depende de su material de su geometría y de las fuerzas aplicadas.

4  La adhesión es la propiedad de la materia por la cual se unen dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.  La adhesión del ladrillo con el mortero(cemento) es un ejemplo claro.

5  La cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes (vecinas) dentro de un mismo cuerpo.

6  El término elasticidad designa la propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores.  Los cuerpos recuperan su forma original si las fuerzas exteriores se eliminan.

7  Cuando sobre un sólido deformable actúan fuerzas exteriores y éste se deforma se produce un trabajo de estas fuerzas que se almacena en el cuerpo en forma de energía potencial elástica y por tanto se producirá un aumento de la energía interna.

8  Es la capacidad de los cuerpos para adquirir deformaciones permanentes sin llegar a la rotura. La ductilidad, o la capacidad de estirarse en hilos, y la maleabilidad, ó aptitud de extenderse en láminas, son variantes concretas de la plasticidad.

9  Un material es tenaz si opone gran resistencia a la rotura cuando actúan sobre él fuerzas exteriores. Es una propiedad muy característica de los metales.

10  Los materiales tenaces, cuando se someten a una prueba de choque, absorben mucha energía antes de romperse; parte de ella la emplean en alargarse elásticamente y el resto en deformarse permanentemente. También se distinguen por tener el límite de elasticidad y el de rotura muy distanciados. Al tener el período plástico muy largo, pueden resistir amplias deformaciones sin romperse.

11  Es una propiedad contraria a la tenacidad; ó sea, que si un material carece de tenacidad, es por supuesto frágil.  Los materiales frágiles ofrecen poca resistencia al choque. Carecen de período plástico y en consecuencia, tienen un límite de elasticidad y el de rotura muy próximo. El vidrio, material frágil, es incapaz de resistir el impacto del martillo sin romperse.

12  La fatiga puede definirse como una fractura progresiva. Se produce cuando una pieza mecánica está sometida a un esfuerzo repetido o cíclico, por ejemplo una vibración.

13  Resiliencia es la energía que absorbe una probeta por unidad de sección, antes de romperse. La resiliencia depende de la tenacidad; a mayor tenacidad, más resiliencia. Se expresa normalmente en Kg x m/cm².

14  Es la resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados o penetrados por otros. La dureza de un cuerpo es directamente proporcional a su cohesión atómica.

15  Los materiales puros son relativamente blandos, aunque por medio de aleaciones y tratamientos térmicos pueden adquirir durezas muy elevadas.

16  La dureza se mide, en general, por los siguientes métodos:  Por la resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados por otros más duros. Este método es el más empleado en mineralogía, basado en la escala de Mohs.  Por la resistencia que oponen los cuerpos a dejarse penetrar por otros más duros. Es el más empleado industrialmente (Brinell, Rockwell, etc.).  Por la reacción elástica de los cuerpos que se ensayan al dejar caer sobre los mismos un material duro (Shore).

17  La dureza de un material determina su durabilidad. La escala de Mohs se utiliza para evaluar la dureza relativa de una muestra al realizar pruebas de rayado sobre ella.

18  Es la propiedad que tienen algunos metales de deformarse lenta y espontáneamente bajo la acción de su propio peso o de cargas muy pequeñas.

19  Las partes de un sistema mecánico están sometidas a distintas solicitaciones.  Estas son: Tracción, compresión, cizalle, torsión, flexión y pandeo.  En general las partes de un sistema mecánico están sometidos a una combinación de estas solicitaciones.

20  El ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta normalizada realizada con dicho material a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Las velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas.

21 Probeta de cobre antes del ensayo de tensión por computadora. Probeta de cobre fractura en el ensayo de tensión.

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23  En esta zona las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material.

24  Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente.

25  Si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las deformaciones en esta región son mayores que en la zona elástica.

26  Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por esa zona.  La estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación

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28  El esfuerzo de compresión es una presión que tiende a causar en algunos casos una reducción de volumen, siempre manteniendo una masa constante. Cuando se somete un material a una fuerza de flexión, cizallamiento o torsión actúan simultáneamente tensiones de tracción y compresión.

29  En ingeniería, el ensayo de compresión es un ensayo técnico para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión. En la mayoría de los casos se realiza con hormigones y metales (sobre todo aceros), aunque puede realizarse sobre cualquier material.

30 Ensayo de compresión de una probeta cilíndrica de hormigón La misma probeta después de la rotura a compresión.

31  Los ensayos practicados para medir el esfuerzo de compresión son contrarios a los aplicados al de tracción, con respecto al sentido de la fuerza aplicada.  Tiene varias limitaciones: Dificultad de aplicar una carga concéntrica o axial, sin que aparezca pandeo. Una probeta de sección circular es preferible a otras formas.

32  Es la deformación helicoidal que sufre un cuerpo cuando se le aplica un par de fuerzas (sistema de fuerzas paralelas de igual magnitud y sentido contrario).

33  Por ejemplo, se fija un objeto cilíndrico de longitud determinada por un extremo, y se aplica un par de fuerzas al otro extremo; la cantidad de vueltas que de un extremo con respecto al otro es una medida de torsión.

34  Los materiales empleados en ingeniería para elaborar elementos de máquinas rotatorias, como los cigüeñales y árboles motores, deben resistir las tensiones de torsión que les aplican las cargas que mueven.

35  Recordando la definición de esfuerzo, nos encontramos que es el resultado de la división entre una fuerza y el área en la que se aplica. Se distinguen dos direcciones para las fuerzas, las que son normales al área en la que se aplican y las que son paralelas al área en que se aplican.

36  Los esfuerzos con dirección normal a la sección, se denotan como (sigma) y representa un esfuerzo de tracción cuando apunta hacia afuera de la sección, tratando de estirar al elemento analizado. En cambio, representa un esfuerzo de compresión cuando apunta hacia la sección, tratando de aplastar al elemento analizado.

37  El esfuerzo con dirección paralela al área en la que se aplica se denota como (tau) y representa un esfuerzo de corte.  Este esfuerzo, trata de cortar el elemento analizado, tal como una tijera cuando corta papel, uno de sus filos mueve el papel hacia un lado, mientras el otro filo lo mueve en dirección contraria, resultando en el desgarro del papel a lo largo de una línea.

38  En ingeniería se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñadas para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas.

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40  El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra, tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella, no varía con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento flector.  Aparece el esfuerzo de flexión en vigas de estructuras, tales como naves, puentes, edificios, en los perfiles que se curvan con rodillos, ejes de engranajes, ejes con poleas, ejes de ruedas de cadena, etc.

41 Observaciones:  Fibras que eran horizontales antes de la deformación, toman forma de curvas paralelas entre ellas.  Existen fibras que se acortan y otras que se alargan.  Existe una fibra que no se acorta ni se alarga, que se conoce como “Fibra neutra”.

42  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.

43  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. La aparición de flexión de pandeo limita severamente la resistencia en compresión de un pilar o cualquier tipo de pieza esbelta.

44  Eventualmente, a partir de cierto valor de la carga axial de compresión, denominada carga crítica de pandeo, puede producirse una situación de inestabilidad elástica y entonces fácilmente la deformación aumentará produciendo tensiones adicionales que superarán la tensión de rotura, provocando la ruina del elemento estructural. Además del pandeo flexional ordinario existe el pandeo torsional o inestabilidad elástica provocada por un momento torsor excesivo.

45  Deformación de pandeo producida por la compresión de una barra.

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