2. El desarrollo de esta investigación está guiado en temas de interés
académico, basado en el estudio de la resistencia de materiales, tomando como
base los esfuerzos y las deformaciones para su análisis, estos son básicos para
el entendimiento de los temas a tratar.
El esfuerzo es 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. Por otra parte, se entiende como deformación a los
cambios en las dimensiones de un miembro estructural cuando éste se encuentra sometido
a cargas externas.
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.
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. Existen organismos como la ASTM (American
Society for Testing and Materials) en Estados Unidos que se encargan de estandarizar las
pruebas; es decir, ponerles límites dentro de los cuales es significativo realizarlas, ya que
los resultados dependen de la forma y el tamaño de las muestras, la velocidad de
aplicación de las cargas, la temperatura y de otras variables. Dentro de las características
de los materiales que se abordarán, se encuentran la Rigidez y la Plasticidad. Cabe
destacar, que el tipo de investigación utilizada fue la documental.
INTRODUCCIÓN
3. es la intensidad de las fuerzas
componentes internas distribuidas que
resisten un cambio en la forma de un
cuerpo. Éste se define en términos de
fuerza por unidad de área. Existen tres
clases básicas de esfuerzos:
tensivo, compresivo y corte.
Esfuerzo
Deformació
n
como el cambio de forma de un cuerpo, el
cual se debe al esfuerzo, al cambio
térmico, al cambio de humedad o a otras
causas. En conjunción con el esfuerzo
directo, la deformación se supone como un
cambio lineal y se mide en unidades de
longitud.
En los ensayos de torsión se acostumbra medir la deformación cómo un
ángulo de torsión (en ocasiones llamados detrusión) entre dos secciones
especificadas.
4. Diagramas esquemáticos de esfuerzo y deformación para materiales
dúctiles y no dúctiles ensayados a tensión hasta la ruptura
5. Diagramas característicos de esfuerzo y deformación para
materiales dúctiles y no dúctiles en compresión
Diagramas esquemáticos de esfuerzo y deformación para materiales dúctiles
y no dúctiles, ensayados a compresión hasta la ruptura.
6. La plasticidad es aquella propiedad que permite al
material sobrellevar deformación permanente sin
que sobrevenga la ruptura. Las evidencias de la
acción plástica en los materiales estructurales se
llaman deformación, flujo plástico y creep.
PLASTICIDAD
Deformación plástica y plano de deslizamiento
7. La rigidez tiene que ver con la deformabilidad relativa de un
material bajo carga. Se le mide por la velocidad del
esfuerzo con respecto a la deformación. Mientras mayor
sea el esfuerzo requerido para producir una deformación
dada, más rígido se considera que es el material.
RIGIDEZ
Diagrama esfuerzo – deformación.
El diseño de elementos estructurales implica determinar la resistencia y
rigidez del material estructural, estas propiedades se pueden relacionar
si se evalúa una barra sometida a una fuerza axial para la cual se
registra simultáneamente la fuerza aplicada y el alargamiento producido.
Estos valores permiten determinar el esfuerzo y la deformación que al
graficar originan el denominado diagrama de esfuerzo y deformación.
Los diagramas son similares si se trata del mismo material y de manera
general permite agrupar los materiales dentro de dos categorías con
propiedades afines que se denominan materiales dúctiles y materiales
Frágiles.
8. En el diagrama esfuerzo – deformación, la
línea recta indica que la deformación es
directamente proporcional al esfuerzo en el
tramo elástico, este principio conocido
como la
Ley de Hooke. Asimismo, la proporción
representada por la pendiente de la recta,
es constante para cada material y se llama
módulo de elasticidad (E), valor que
representa la rigidez de un material.
E = σ
ε
Ley de Hooke
9. Torsión
Es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el
eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como
pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión
predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en
situaciones diversas.
cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar
contenida en el plano formado inicialmente por las dos
curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se
retuerce alrededor de él
La torsión se caracteriza geométricamente porque:
10. Torque
El torque o par es el nombre que se da a las fuerzas de torsión. Para que la torsión exista se
requieren 2 fuerzas (par), que se ejercen en sentido opuesto. El valor del par depende del
radio de acción de la fuerza (brazo). La mayor o menor torsión que genera una fuerza
depende de la distancia al punto de pivote. A mayor brazo mayor par El torque es la fuerza
aplicada en una palanca para producir un movimiento de rotación en un cuerpo. Por
ejemplo, la fuerza que haces sobre el destornillador para ajustar un tornillo multiplicada por el
brazo de palanca que es el radio del destornillador, da como resultado el torque aplicado al
tornillo.
El par o torque es un número que expresa el valor de la fuerza de torsión. Se expresa en kilos
x metros. Es decir, si ejercemos una fuerza de 1 kilo con un un brazo de 1 metro el torque o par
será de 1 kilo x metro (1 kilográmetro). En un motor de pistones la capacidad de ejercer fuerza
de torsión es limitada. Depende de la fuerza de expansión máxima que logran los gases en el
cilindro. El torque máximo se consigue cuando el rendimiento volumétrico es máximo y por lo
tanto se dispone de mayor temperatura para expandir los gases. El par motor también depende
del largo del brazo del cigüeñal. Los motores de mayor tamaño están equipados con cigüeñal
de brazo más largo. Esto les da la posibilidad de ejercer igual par de torsión con menos fuerza
de expansión de los gases.
11. Los materiales, en su totalidad, se deforman a una carga externa. Se sabe
además que, hasta cierta carga límite el sólido recobra sus dimensiones originales
cuando se le descarga. La recuperación de las dimensiones originales al eliminar
la carga es lo que caracteriza al comportamiento elástico. La carga límite por
encima de la cual ya no se comporta elásticamente es el límite elástico. Al
sobrepasar el límite elástico, el cuerpo sufre cierta deformación permanente al ser
descargado, se dice entonces que ha sufrido deformación plástica. El
comportamiento general de los materiales bajo carga se puede clasificar como
dúctil o frágil según que el material muestre o no capacidad para sufrir
deformación plástica. Los materiales dúctiles exhiben una curva Esfuerzo -
Deformación que llega a su máximo en el punto de resistencia a la tensión. En
materiales más frágiles, la carga máxima o resistencia a la tensión ocurre en el
punto de falla. En materiales extremadamente frágiles, como los cerámicos, el
esfuerzo de fluencia, la resistencia a la tensión y el esfuerzo de ruptura son
iguales.
La deformación elástica obedece a la Ley de Hooke La constante de
proporcionalidad E llamada módulo de elasticidad o de Young, representa la
pendiente del segmento lineal de la gráfica Esfuerzo - Deformación, y puede ser
interpretado como la rigidez, o sea, la resistencia del material a la deformación
elástica. En la deformación plástica la Ley de Hooke deja de tener validez.
CONCLUSIÓN
