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8/18/2019 Comportamiento Mecánico y Tensión de Los Materiales
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Tecnología de los
materiales
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Introducción
Muchos materiales, cuando prestan servicio, están sometidos a fuerzas o
cargas, ejemplos de ello son los revestimientos refractarios de los
hornos, las aleaciones de aluminio con las cuales se construyen las alas
de los aviones, el acero de los ejes de los automóviles o las vigas y
pilares de los edificios. En tales situaciones es necesario conocer las
características del material y diseñar la pieza de tal manera que
cualquier deformación resultante no sea excesiva y no se produzca la
rotura. El comportamiento mecánico o las propiedades mecánicas de un
material reflejan la relación entre la fuerza aplicada y la respuesta del
material (o sea, su deformación).
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Las propiedades mecánicas de los materiales son muy sensibles a las
operaciones y procesos de separación.Los ingenieros de materiales y los metalúrgicos, por otro lado, dirigen
sus esfuerzos a producir y conformar materiales que puedan soportar las
condiciones de servicio predichas por el análisis de tensiones. Esto
necesariamente implica un conocimiento de la relación entre la
microestructura (es decir, los detalles internos) de los materiales y sus
propiedades mecánicas. Algunas de las propiedades mecánicas mas
importantes son la resistencia, la dureza, la ductilidad y la rigidez.
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Conceptos de esfuerzo- deformación
Esfuerzo: Es la fuerza que actúa sobre el área de sección transversal.
Deformación Unitaria: Elongación o cambio de dimisión por unidad de
longitud.
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Esfuerzos
La constitución de la materia de los
sólidos presupone un estado de
equilibrio entre las fuerzas de atracción
y repulsión de sus elementos
constituyentes (cohesión). Al actuar
fuerzas exteriores, se rompe elequilibrio interno y se modifican la
atracción y repulsión generándose por
lo tanto una fuerza interna que tenderá
a restaurar la cohesión, cuando ello no
ocurre el material se rompe.
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ESFUERZOS NORMALES ESFUERZOS TANGENCIALES
Son producidos por cargas que tienden a trasladar a lassecciones transversales en un determinado sentido
Son generados por pares de cargas, que actúan en elplano de las secciones transversales y tienden a producir
sus giros o deslizamientos.
TRACCIÓN Y
COMPRESIÓN
Se obtiene cuando lasfuerzas exteriores, de igual
magnitud, dirección ysentido contrario, tienden aestirar (tracción) o aplastar(compresión) el material
según el eje en que actúan. TORSIÓN
Se origina por efecto depares que actúan sobre los
ejes de las seccionestransversales, produciendoel giro de las mismas en
sus planos.
FLEXIÓN
Tiene lugar cuando seproducen pares de fuerzasperpendiculares al eje, que
provocan el giro de lassecciones transversales conrespecto a las inmediatas. CORTE
Las fuerzas actúannormales al eje del cuerpo,
desplazando entre sí lassecciones inmediatas.
Clasificación de los esfuerzos
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Procedimientos de
ensayo mecánico -
tecnológicos
Procedimientos de
ensayo metalográficos
Procedimientos de
ensayo no destructivos
Muestran elcomportamiento de losmateriales frente a lasfuerzas externas y en elmecanizado.
Proporcionanconocimientos sobre laestructura y tipo de latextura
Proporcionaninformación sobre lacomposición y sobrefallos (grietas, poros,inclusiones)
Solicitaciones continuasen reposo, por impulsos,periódicamentealternadas
Investigación de latextura en zonasesmeriladas, conaumento al microscopio
Análisis espectral,investigación por rayos X y ultrasonido,procedimiento del polvomagnético
Procedimiento de ensayos de
materiales
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Tipos de rotura
Los materiales dúctiles exhiben
normalmente una deformación plástica
substancial con muy alta absorción de
energía antes de la fractura.
Por otro lado en la rotura frágil existe
normalmente poca o ninguna deformación
plástica con poca absorción de energía en el
proceso de rotura.
En los materiales de ingeniería, existen dos tipos de fractura: dúctil y frágil. La clasificaciónesta basada en la capacidad del material para experimentar deformación plástica.
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Curvas de tensión- deformación
Las curvas tensión - deformación, usualmente, se obtienen mediante ensayos de
laboratorio realizados mediante normas estandarizadas y utilizando probetas también
estandarizadas. Se fijan la velocidad de carga y la temperatura.
Los ensayos se pueden realizar con cargas de compresión, tracción, flexión y cortadura,
que a su vez pueden ser estáticas o dinámicas. Los ensayos de compresión, tracción y
flexión con cargas estáticas son los que mas se suelen realizar.Los ensayos de COMPRESION Y FLEXION se realizan con los MATERIALES
FRAGILES, tales como los materiales refractarios, el hormigón, cerámicos, etc. Estos
materiales poseen una baja resistencia a la tracción en comparación con la de
compresión.
Las curvas tensión - deformación nos permiten determinar las principales característicasmecánicas de los materiales, Así, se pueden estimar una serie de importantes
propiedades tales como :
-Resistencia -Rigidez -Tenacidad
-Elasticidad -Ductilidad
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En la figura, puede verse la formageneral de la curva tensión -
deformación de un material dúctil y
la de un material frágil. Se puede
observar que los materiales dúctiles
rompen después de experimentar
una deformación apreciable,
mientras que los materiales frágiles
rompen después de pequeñas
deformaciones.
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Se muestra la curva tensión –
deformación del acero
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Diagrama de tensión- deformación de
un material refractario con un 70% de
AL2O3 en función de la temperatura y
el ensayado a compresión.
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Tensión admisible o coeficiente de trabajo
El cociente entre el límite elástico por el coeficiente de seguridad es la tensión máxima que se acepta paraque un material trabaje en condiciones de seguridad. Esta tensión se llama tensión admisible o coeficiente
de trabajo.Valores del Coeficiente de trabajo
Material Tracción Compresión Flexión Corte
Hierro 750 a 1000 750 a 1000 750 a 1000 600 a 800
Aceros - perfiles - chapas 750 a 1800 750 a 1800 750 a 1800 600 a 1200
Fundición gris 250 500 a 1000 ---------- 200
Cobre 400 a 600 600 a 700 ---------- 300 a 500
Pino tea 60 a 100 40 a 60 40 a 100 10 a 35
Quebracho colorado 120 a 140 120 a 140 120 a 140 100 a 120
Urunday 90 a 120 90 a 120 90 a 120 80 a 100
Lapacho 80 a 100 80 a 100 80 a 100 60 a 80
Granito
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40 a 60
----------
----------
Caliza ---------- 15 a 60 ---------- ----------
Ladrillo prensado ---------- 10 a 12 ---------- ----------
Ladrillo común ---------- 5 a 6 ---------- ----------
Hormigón simple ---------- 10 a 40 ---------- ----------
Hormigón armado 35 a 60 35 a 75 35 a 70 35 a 60
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Ensayo de tensión
Resistencia de un material
a una fuerza estática o
aplicada lentamente.
Se obtiene datos de:
• Esfuerzo aplicado vs
Deformación
• Fuerza vs Cambio de
longitud
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Ley de Hooke
Aplica para materiales elásticos y representa la pendiente de la curva esfuerzo vs.deformación en la zona elástica. Se conoce como Modulo de Elasticidad o Modulo de
Young.
Todo esfuerzo ejercido sobre un cuerpo lo deforma.
La deformación es proporcional al esfuerzo mientras persiste la deformación.
Recíprocamente, todo cuerpo deformado ejerce un esfuerzo mientras persiste la
deformación, siendo el esfuerzo proporcional a esta.