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ESTRUCTURAS I INSTITUTO PROFESIONAL LOS LAGOS PROFESOR: JORGE BRAVO G. CARRERA: CONSTRUCCIÓN CIVIL.

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1 ESTRUCTURAS I INSTITUTO PROFESIONAL LOS LAGOS PROFESOR: JORGE BRAVO G. CARRERA: CONSTRUCCIÓN CIVIL

2  De acuerdo a las Leyes de Newton, a toda acción corresponde una reacción.  Cuando se aplica una fuerza externa a un cuerpo sólido y este permanece estático, se produce una reacción interna que equilibra la fuerza externa.  La magnitud de la reacción interna es el esfuerzo y la consecuencia inmediata de la existencia de un esfuerzo es la deformación. INTRODUCCIÓN

3 EFECTO DE UNA FUERZA SOBRE UN SÓLIDO

4  La magnitud de la reacción en cada enlace depende de la magnitud de la fuerza aplicada y de la cantidad de partículas que resisten la acción de esa fuerza.  La cantidad de enlaces que soporta tal fuerza esta directamente relacionada con el área transversal a la dirección en que actúa la fuerza.  La magnitud del efecto es directamente proporcional a F e inversamente proporcional a A EFECTO DE UNA FUERZA SOBRE UN SÓLIDO

5  Se ocupa del estudio de los efectos causados por la acción de cargas externas que actúan sobre un sistema deformable.  Calcula las deformaciones correspondientes y las relaciones que existen entre la acción de las cargas externas y las fuerzas internas inducidas.  En base al análisis, concluye si una pieza es capaz de resistir un sistema de cargas propuesto. RESISTENCIA DE MATERIALES

6 a) Estáticos; que simulan el comportamiento del material con pequeñas velocidades de aplicación de las cargas:. Tracción. Compresión. Dureza b) Dinámicos; que modelizan el comportamiento frente a cargas variables con el tiempo:. Fatiga. Resiliencia ENSAYOS MECÁNICOS

7 1.Ductilidad: Es la habilidad de un material para deformarse antes de fracturarse. Es una característica muy importante en el diseño, puesto que un material dúctil es usualmente muy resistente a cargas por impacto. Tiene además la ventaja de “avisar” cuando va a ocurrir la fractura, al hacerse visible su gran deformación. ALGUNOS CONCEPTOS

8 2.Elasticidad: Es la habilidad que tiene un material que ha sido deformado de alguna manera para regresar a su estado y tamaño original, cuando cesa la acción que ha producido la deformación. Cuando el material se deforma permanentemente, de tal manera que no pueda regresar a su estado original, se dice que ha pasado su límite elástico. 3.Dureza: Mide la resistencia a la penetración sobre la superficie de un material, efectuada por un objeto duro. ALGUNOS CONCEPTOS (CONT.)

9 4.Fragilidad: Es lo opuesto de ductilidad. Un material frágil no tiene resistencia a cargas de impacto y se fractura aún en cargas estática sin previo aviso. Tanto la fragilidad como la ductilidad de un material son mediadas arbitrarias, pero puede decirse que un material con un alargamiento mayor de 5% es dúctil y menor de 5% es frágil. ALGUNOS CONCEPTOS (CONT.)

10 5.Maleabilidad: Es la propiedad que permite que un material se deforme mediante martilleo, rolado o prensado, sin romperse. La maleabilidad, se aumenta normalmente cuando el metal esta caliente. ALGUNOS CONCEPTOS (CONT.)

11 6.Plasticidad: Es la habilidad de un material para adoptar nuevas formas bajo la presión y retener esa nueva forma. 7.Esfuerzo (σ): Fuerza aplicada a un área A conocida. ALGUNOS CONCEPTOS (CONT.)

12 7.1 Esfuerzo de Tensión o Tracción: Los extremos del material son estirados hacia afuera para alargar al objeto. 7.2 Esfuerzo de Compresión: Los extremos del material son empujados para hacer al material más pequeño. ALGUNOS CONCEPTOS (CONT.)

13 7.3 Esfuerzo de Corte: El esfuerzo es tangencial. ALGUNOS CONCEPTOS (CONT.)

14 8.Deformación Unitaria ( ε ): Consideremos a la barra de sección constante que soportan una carga axial P en su extremo. Bajo la acción de la carga, la barra sufrirá una deformación que denominaremos con la letra griega  (delta)  (épsilon): deformación unitaria  : deformación total (L F – L I ) L : longitud original ALGUNOS CONCEPTOS (CONT.)

15 9.Deformación (Unitaria) Elástica Deformación restaurable, debido a un esfuerzo aplicado. Se presenta tan pronto como se aplica la fuerza, permanece mientras se aplica el esfuerzo y desaparece tan pronto como se retira la fuerza. 10.Deformación Plástica Deformación permanente de un material, cuando se quita el esfuerzo, el material no regresa a su forma original. ALGUNOS CONCEPTOS (CONT.)

16 ENSAYO DE TENSIÓN  El Ensayo de Tensión mide la resistencia de un material (metales, aleaciones y plásticos) a una fuerza estática o aplicada lentamente,  Este ensayo es utilizado para determinar la resistencia, ductilidad y elasticidad del metal.  El ensayo de tensión se realiza bajo la norma ASTM E-8 o bien la norma chilena NCH 200, entre otras.

17 ENSAYO DE TENSIÓN Máquina hidráulica Baldwin para pruebas de Tensión & Compresión

18 ENSAYO DE TENSIÓN Probetas que se utilizan en el ensayo de tracción

19 ENSAYO DE TENSIÓN Esquema de probetas que se utilizan en el ensayo de tracción

20 ESFUERZO Y DEFORMACIÓN

21 ESFUERZO REAL Y DEFORMACIÓN REAL Curva típica de tracción hasta la fractura, punto F. La resistencia a la tracción está indicada en el punto M.

22  Esfuerzo obtenido con la máxima fuerza aplicada.  Es el esfuerzo máximo, basado en la sección transversal original, que puede resistir un material.  Es el esfuerzo en el cual comienza la estricción en los materiales dúctiles. RESISTENCIA A LA TRACCIÓN ( σ máx ) Estricción: Reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por ese zona. La estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación

23 ESFUERZO DE RUPTURA ( σ r)  Es el esfuerzo basado en la sección original, que produce la fractura del material.  La deformación se concentra en la zona del cuello, provocando que la fuerza deje de subir. Al adelgazarse la probeta por estricción, la fuerza queda aplicada en menor área, provocando la ruptura. Esquema de la secuencia de ruptura de las probetas en un ensayo de tracción

24 DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN Ensayamos a tracción una probeta de un determinado material. Para distintos valores de la carga medimos la tensión (  ) y la deformación unitaria (ε) producidas. Representando gráficamente se obtiene el siguiente diagrama.

25 Diagrama Tensión-Deformación para una aleación de aluminio EJEMPLO DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN

26  Para materiales sometidos a esfuerzos tensionantes, a relativamente bajos niveles, el esfuerzo y la deformación son proporcionales  La constante E es conocida como el Módulo de Elasticidad, o Módulo de Young. Es una medida de la rigidez de un material.  Es medida en MPa y puede valer de ~4.5 x 10 4 a 4 x 10 7 MPa LEY DE HOOKE

27 ESFUERZO CORTANTE ( τ )  El Esfuerzo Cortante es usado en aquellos casos donde se aplican fuerzas puramente torsionantes a un objeto y se denota por el símbolo τ.  La fórmula de cálculo y las unidades permanecen iguales como en el caso de esfuerzo de tensión.  Se diferencia del esfuerzo de tensión sólo en la dirección de la fuerza aplicada (paralela para cortante y perpendicular para tensión).

28  Deformación de Corte o Cizalle ( γ ) es definida como la tangente del ángulo θ y, en esencia, determina qué extensión del plano fue desplazado. ESFUERZO CORTANTE Y DEFORMACIÓN

29  El Esfuerzo Cortante y la Deformación se relacionan de manera similar, pero con una constante de proporcionalidad diferente.  La constante G es conocida como el Módulo de Corte y relaciona el Esfuerzo Cortante con la deformación en la región elástica. ESFUERZO CORTANTE Y DEFORMACIÓN

30  Cuando un cuerpo es colocado bajo un esfuerzo tensionante, se crea una deformación acompañante en la misma dirección.  Como resultado de esta elongación, habrá constricciones en las otras dos direcciones.  El Coeficiente de Poisson (ν) es la relación entre las deformaciones lateral y axial. COEFICIENTE DE POISSON ( ν )

31 COEFICIENTE DE POISSON Teóricamente, los materiales isotrópicos tienen un valor de Coeficiente de Poisson de El máximo valor de ν es 0.5 No hay cambio de volumen durante el proceso. La mayoría de metales presentan valores entre 0.25 y Se usa además para relacionar los Módulos Elástico y de Corte.

32  Es la capacidad de un material para absorber energía cuando es deformado elásticamente y devolverla cuando se elimina la carga (área bajo la curva elástica).  Módulo de resiliencia: corresponde a la energía de deformación por unidad de volumen, requerida para llevar el material desde una tensión cero hasta el límite elástico. RESILIENCIA

33  Capacidad de absorber energía en el campo plástico, antes de fracturarse (trabajo de fractura).  Se determina como el área bajo la curva esfuerzo-deformación ingenieril. Esta superficie es una indicación del trabajo total, por unidad de volumen que puede realizarse sobre el material sin que se produzca rotura TENACIDAD


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