ViscoelasticidadIng. Francisco Martín Rojas Montero

Para tener un entendimiento del

comportamiento viscoelástico, en

necesario empezar por analizar el

comportamiento de los efectos que

lo conforman

Comportamiento Elástico

Materiales que se comportan de

una manera lineal en su relación

de esfuerzo aplicado y

deformación producida.

Sólido de Hooke: La relación entre

esfuerzo y deformación unitaria

se considera lineal para los

materiales.

𝜀

𝜎 𝜎=𝐸 𝜀

• El esfuerzo aplicado a un material

elástico es proporcional a la

deformación producida.

• La deformación desaparece tras

retirar el esfuerzo.

• Estas dos se relacionan por el

modulo de elasticidad.

Viscosidad

Fluido Newtoniano: Al aplicar un

esfuerzo cortante sobre un fluido

éste adquiere una velocidad de

deformación función de su

viscosidad y el esfuerzo.

• Aceites, geles, agentes

lubricantes.

• El amortiguador newtoniano

𝐹

𝐹

• La viscosidad es la relación

existente entre el esfuerzo

aplicado y la velocidad de

deformación.

• La recuperación del material

tras cesar el esfuerzo es

parcial.

Viscoelasticidad

• El comportamiento del material

es tanto de un sólido de Hooke

como de un fluido de Newton.

• La deformación existente es

dependiente del tiempo.

• Todo material tiene la

capacidad de fluir (sólo

depende del tiempo de

observación).

• Las gráficas de esfuerzo-

deformación se complementan

con gráficas que son función

del tiempo.

• La recuperación del material

tras retirar el esfuerzo se da

sólo en una parte de la

deformación total.

Materiales característicos

• Metales a temperaturas

cercanas a la de fusión.

• Polímeros (caucho, polímeros

orgánicos, gomas), plásticos

como

• PEBD, PE, PVC, PET

• Concreto

• Papel

• Madera

Modelos mecánicos

• Representan físicamente lo

que sucede con los materiales.

• El modelo básico se forma por

un muelle y un pistón.

• Modelo viscoelástico de

Maxwell (Materiales

relajantes).

• Modelo viscoelástico de Kelvin

(respuesta elástica demorada).

Modelos mecánicos

• Modelo estándar de sólido

viscoelástico (A).

• Modelo de Burgers. (B).

• Modelos generalizados.

• Kelvin (C).

• Maxwell (D).

A

B

C

D

A

B

C

D

Modelo de cuatro parámetros:

Representa de manera más

exacta los tres modelos de

respuesta viscoelástica básica.

• Respuesta elástica instantánea

()

• Flujo viscoso del amortiguador

().

• Respuesta elástica retardada

(unidad de Kelvin).

Fluencia lenta y relajación Deformabilidad al flujo plástico

Modulo de relajación

• Pruebas que se realizan para

describir el comportamiento

del material.

• Fluencia lenta (creep): El

esfuerzo es constante mientras

varía la deformación

• Relajación de esfuerzos: La

deformación es constante

mientras se mide la variación

en el esfuerzo.

Viscoelasticidad no lineal

• La relación existente entre la deformación y el esfuerzo varía para cada ensayo realizado.

• Las funciones de creep y relajación no pueden ser separadas.

• Deformaciones grandes, tiempos de deformación muy prolongados, cambio en las propiedades

del material…

• Diversos modelos se muestran pero son poco confiables para generalizar un comportamiento de

material. sus constantes se determinan experimentalmente y por comparación.

Trabajos en viscoelasticidad

• 1874: Boltzman inicia la teoría de la viscoelasticidad clásica para materiales isotrópicos.

• Principios del siglo XX: Eugene Bingham y Markus Reiner introdujeron el término viscoelástico.

• 1999: Huber y Tsakmakis muestran que es posible hacer dos descomposiciones de la deformación

viscoelástica.

• 2002: Lin & Schomburg muestran la formulación teórica e implementación de un nuevo

material isotrópico parecido al caucho