capitulo.2

5/22/2018 CAPITULO.2

1/19

ENSAYO DE MATERIALES

TEORIA: M.V.G.C.

7

CAPITULO :COMPORTAMIENTO MECANICO DE LOS MATERIALES


2/19


TEORIA: M.V.G.C.

8

CAPITULO 2: COMPORTAMIENTO MECANICO DE LOS MATERIALES

2.1 ESFUERZOS Y DEFORMACIONES

2.1.1 Esfuerzo unitario.

Para llegar a esta definicin, supongamos unmaterial cualquiera sujeto a una carga externacentrada (P).

El material se encuentra en equilibrio esttico. Sicortamos a este material en una seccin como la S-S, el material debe seguir en equilibrio esttico;para lo cual, cada unidad de rea contribuye porigual a equilibrar el material mediante fuerzasinternas "fi".

Por consiguiente, se define como ESFUERZOUNITARIO a la intensidad de las fuerzas por unidadde rea, o componentes internas distribuidas queequilibran a la fuerza externa resistiendo un cambio

en la forma de un cuerpo y se mide en unidades de fuerza para unidades de rea. Seexpresa por la siguiente frmula:

= P/A

Ejemplo: P=20 000N; A=0.05m2; = 20 000/0.05 = 400 000 N/m2

Existen tres clases de esfuerzos unitarios: esfuerzos de tensin (traccin), esfuerzos decompresin y esfuerzos de corte, cada uno de los cuales puede originarse debido a la accinexterna de cargas de tensin, compresin, flexin, torsin o una combinacin de estas cargas.

Un esfuerzo unitario puede determinarse en cualquier plano, para lo que basta calcular lacomponente de la carga externa en ese plano y dividir para el rea delmismo.


3/19


TEORIA: M.V.G.C.

9

Ejemplo: L = 10 = 10 = 20cmsen30 0.5

P' = Pcos60= 10000x0.5 =5000N;

= 5000/0.02 = 0.25MN/m2

V = Psen60= 10000x0.87 = 8660N;

= 8660/0.02 = 0.433MN/m2

2.1.2 Deformacin.

Se define como deformacin, al cambio en la forma de un cuerpo debido a la accin de

cargas, a cambios trmicos, a cambios de humedad o a otras causas.

Si la deformacin se analiza en un solo plano, se supone un cambio lineal en sus dimensionesy se mide en unidades de longitud. Cuando la deformacin se produce por cargasflexionantes, esta puede medirse por una deflexin; y si las cargas producen torsin, ladeformacin se mide en ngulo de giro. En la mayora de las estructuras, sujetas a variostipos de cargas, puede haber una combinacin deestos tipos de deformaciones.

2.1.3 Deformacin especfica.

La deformacin especfica o deformacin unitaria es la relacin que expresa el cambio de

longitud del material por cada unidad de longitud del material y se expresa por:

=L

Las unidades de la deformacin especfica se acostumbra a indicar acompaadas de potencias


4/19


TEORIA: M.V.G.C.

10

negativas de base 10. por ejemplo:

Si L = 100mm y = 5 mm= 5/100 = 0,05mm/mm = 5x10-2mm/mm

Para identificar a una deformacin especfica, necesariamente debern acompaarse lasunidades, las mismas que por ningn motivo deben simplificarse. Por consiguiente, ladeformacin especfica debe expresarse en una de las siguientes formas: m/m, cm/cm,mm/mm, etc., siendo equivalente cualquier transformacin de una unidad a otra. Por ejemplo:

5x10-2mm/mm = 5x10-2cm/cm = 5x10-2m/m, etc.

Si la deformacin se mide en un tramo de la longitud y no en toda su longitud, la deformacinespecfica se calcular con el tramo en el que se midi las deformaciones, denominado "longitudde medida"; es decir:

Si = 4mm y LM = 100mm= 4/100 = 4x10-2mm/mm

2.1.4 Distribucin uniforme de esfuerzos y deformaciones.

Para que se produzca la distribucin uniforme de esfuerzos y deformaciones en un material, sedebe cumplir las siguientes condiciones:

a) La carga externa debe actuar en el centro de gravedad de la seccin; es decir, debe seruna carga centrada o tambin denominada "carga axial".

b) El material debe ser de contextura uniforme, es decir, homogneo.

c) La seccin del elemento que recibe la carga debe ser uniforme en toda su longitud otener cambios suaves y paulatinos de seccin; caso contrario, puede suceder lo siguiente:

1. Si la seccin disminuye bruscamente, se producirn mayoraciones de esfuerzos ydeformaciones.

2. Si se tiene un cambio brusco en la seccin, se producir lo que se denomina"concentracin de esfuerzos".

3. Perforaciones o agujeros en los materiales o elementos, disminuyen la seccin,

mayorando los esfuerzos y deformaciones, porque como es lgico, a menorseccin, mayor esfuerzo y mayor la deformacin.

2.1.5 Deformacin permanente.


5/19


TEORIA: M.V.G.C.

11

Es la deformacin restante que queda en un cuerpo previamente cargado, luego de haberseretirado la carga.

2.1.6 Estriccin.

Se denomina estriccin, a la relacin entre la disminucin de rea de la seccin transversal en lafractura, respecto al rea original, expresada en porcentaje.

e = (Ao - Af)100Ao

Con esta expresin se puede determinar la ductilidad o fragilidad de un material.

2.2 DIAGRAMA ESFUERZO UNITARIO-&-DEFORMACION ESPECIFICA

Este diagrama sirve para obtener las propiedades mecnicas de los materiales bajo la accin decargas. En un sistema de coordenadas, los valores de los esfuerzos se representan en el eje delas ordenadas y las deformaciones especficas en el eje de las abscisas. En algunos casos serequiere obtener diagramas Carga-&-Deformacin, los mismos que resultan ser proporcionales alos indicados y que eventualmente sirven para determinar ciertas propiedades mecnicas de losmateriales.

El procedimiento usual para obtener el diagrama baseconsiste en tomar los datos de un ensayo previamente

bien planificado, del que se obtengan los datos decarga y deformacin y en un nmero suficiente quepermita dibujar un diagrama representativo.

Por cada incremento de carga se determina larespectiva deformacin, o viceversa.

El ensayo que servir de base para la obtencin deldiagrama puede planificarse y llevarse de dosmaneras:

1. Controlado por la carga;

2. Controlado por la deformacin.

Si a grandes incrementos de carga, las deformaciones son pequeas, el ensayo debe controlarsecon la carga; caso contrario, con la deformacin. En algunas ocasiones, puede controlarse de lasdos maneras para un mismo ensayo.

Para planificar el ensayo y obtener el suficiente nmero de puntos que permita dibujar un buendiagrama, se deber conocer en forma aproximada la carga de falla o la mxima deformacin delmaterial en estudio, o llevar a la falla una muestra idntica del mismo material.

2.3 PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES


6/19


TEORIA: M.V.G.C.

12

2.3.1 Concepto.

Las propiedades mecnicas se definen como aquellas que determinan el comportamiento elsticoe inelstico de un material bajo la accin de fuerzas actuantes.

Las propiedades mecnicas de un material se determinan mediante el ensayo mecnico delmaterial y se expresan en funcion de esfuerzos y deformaciones.

2.3.2 Elasticidad.

Es la propiedad por la cual, las deformaciones causadas en un material desaparecen cuando dejade actuar la carga o fuerza que lo modific.

2.3.3 Material elstico.

Es aquel material que recobra completamente su forma y dimensiones originales, una vez quedeja de actuar la carga que lo deform.

El comportamiento elstico, ocasionalmente va asociado a la no absorcin de energa y a laproporcionalidad lineal entre esfuerzo unitario y deformacin especfica, sin constituir criteriosnecesarios sobre la propiedad de la elasticidad, por lo que un material puede ser elstico sincumplir la proporcionalidad, o puede ser elstico con absorcin de energa, como sucede con el

caucho o hule blando.

Algunos materiales son elsticos hasta cierto nivel de esfuerzo, pasado el cual, elcomportamiento es inelstico, como el caso del acero y otros metales.

2.3.4 Medidas de resistencia elstica.

a) Lmite proporcional (p): Es el mayor valor de esfuerzo unitario que un material escapaz de desarrollar sin desviarse de la proporcionalidad entre esfuerzo unitario ydeformacin especfica.

b) Ley de Hooke : Esta Ley establece la proporcionalidad entre esfuerzo unitario ydeformacin especfica, que se traduce en el diagrama base como una recta que partedel origen de coordenadas y que obedece a la siguiente ecuacin:

= Ex

La constante de proporcionalidad se denomina MODULO DE YOUNG O MODULO DEELASTICIDAD, definido como una medida de "rigidez" o resistencia elstica a ladeformacin del material y que se determina por la relacin entre esfuerzo unitario paradeformacin especfica (pendiente de la recta). A mayor pendiente, mayor rigidez ymayor mdulo, y viceversa:

E = /

c) Lmite de elasticidad (E): Se define como el mayor valor de esfuerzo unitario que un


7/19


TEORIA: M.V.G.C.

13

material es capaz de desarrollar sin que se produzca deformacin permanente, una vezque se retira la carga.El lmite de elasticidad es un valor de esfuerzo que puede determinarse por medio deorquillamiento de valores en la zona del lmite de elasticidad, en varios procesos de cargay descarga.

d) Lmite de fluencia o resistencia a la cedencia (F): Es el valor de esfuerzo quecausa un incremento sensible de deformacin plstica, sin que este esfuerzo vare o seincremente en forma notoria. El esfuerzo de fluencia indica en forma definitiva, que seest produciendo un efecto inelstico.

El lmite de fluencia en algunos materiales tales como la madera y el hormign, noobedecen estrictamente a esta definicin, en razn de que su diagrama base es una lneade curvatura gradual con esfuerzo continuamente creciente.

Algunas veces, la fluencia va acompaada de un decrecimiento del esfuerzo,obtenindose un menor valor del esfuerzo de fluencia, debido a la concentracin deesfuerzos; por esta

razn, enalgunos metales como en el acero laminado al calor, se distinguen tres puntosde fluencia:

1. Punto de cedencia inicial:

Es el valor de esfuerzo con el que se producepor primera vez un incremento notable de ladeformacin, sin aumento sensible deesfuerzo.

2. Punto de cedencia superior:

Es el primer valor de esfuerzo con el que lapendiente de la curva se hace cero.

3. Punto de cedencia inferior:

Es el segundo valor de esfuerrzo con el que la pendiente de la curva se hace cero.

En Ingeniera, las diferencias entre los puntos de cedencia, no son importantes, puesto que entodo caso, siempre ocurrir primero la cedencia inicial.

2.3.5 Medidas de resistencia ltima.

a) Resistencia ltima del material(M): Es el mximo valor de esfuerzo unitario que

puede resistir el material, determinado con la seccin original. Corresponde al punto msalto del diagrama base.

A partir de este punto comienza el estrangulamiento de una seccin en la cual se


8/19


TEORIA: M.V.G.C.

14

concentran los esfuerzos y deformaciones, dando como resultado el decrecimiento delrea resistente, y por consiguiente la disminucin de la carga.

b) Resistencia de ruptura (R): Es el valor de esfuerzo nominal con el cual el materialfalla. En la mayora de los metales dctiles, el valor de esfuerzo de ruptura es menor alesfuerzo ltimo, porque al producirse el estrangulamiento y la disminucin de seccin,necesariamente se requiere de menor carga para que ocurra la falla por ruptura. En lamayora de materiales frgiles, la resistencia a la rotura coincide con la resistencia ltima.

2.3.6 Determinacin del mdulo de elasticidad

Siendo el mdulo de elasticidad una medida de "rigidez" en cada uno de los materiales, esnecesario saber como se determina esta constante a partir del diagrama base. Cuando elmaterial tiene un comportamiento segn la Ley de Hoocke, hay un solo criterio para determinarel mdulo de elasticidad; o sea, aplicando la relacin ya conocida:

E = tg = /

Cuando el material no cumple la Ley de Hoocke, se conocen otros criterios para determinar elmdulo de elasticidad, siendo lo ms conveniente conocer la ecuacin de la curva, cosa muydificil de conseguir, porque en general no obedecen a funciones contnuas. Ante tal situacin, sehan propuesto los siguientes criterios:

a) Mtodo de la tangente al origen:

Consiste en trazar una tangente al origen deldiagrama base y determinar su pendientetomando incrementos de esfuerzo yralacionando con las correspondientesdeformaciones especficas.

Et= tg = t/t

b) Mtodo de la secante:

Consiste en determinar la pendiente de unasecante a la curva que pase por el origen decoordenadas y un punto en la curva quecorresponda al esfuerzo de trabajo del material.

Es= tg = s/s

c) Mtodo de la tangente a cualquier punto:

Consiste en determinar la pendiente en cualquier punto de la curva dentro de la zona elstica,determinando pequeos incrementos de esfuerzo para los correspondientes incrementos dedeformacin especfica a partir del punto de tangencia.


9/19


TEORIA: M.V.G.C.

15

Eo= /

2.3.7 Determinacin del lmite de fluencia.

Se conocen dos criterios para determinar el lmite defluencia de los materiales a partir del diagrama base:

a) Si el punto de fluencia es facilmente detectabledurante el ensayo o en el diagrama. Es el caso deciertos metales como el acero dctil.

b) Si el punto de fluencia no se puede detectaren un ensayo o en un diagrama base. En este casodeterminamos el valor de la fluencia por el mtododel desplazamiento o de corrimiento, que consisteen desplazar una magnitud "a", a partir del origende coordenadas sobre el eje de las deformacionesespecficas, y a partir de esa magnitud trazar unaparalela al primer sector del diagrama, si cumplecon la Ley de Hoocke, o a una tangente al origen,hasta cortarse con la curva en un punto como "b"que nos determina el valor del lmite de fluencia.

Este mtodo se fundamenta en que en un materialcargado hasta un punto superior al lmiteproporcional y ligeramente superior al lmite

elstico, al ser descargado deja una deformacin permanente similar a su corrimiento.

Los valores de corrimiento se han determinado en base a varias experiencias en cadamaterial; as, para metales vara entre 0,001 a 0,002 (0,1% al 0,2% de la deformacin);para hierro fundido, entre 0,0002 a 0,0005; para maderas, 0,0005; para hormign simpleentre 0,0001 a 0,0002. Este mtodo se aplica a metales frgiles, a las maderas y al

hormign.

2.3.8 Plasticidad.

Es la propiedad que permite al material sobrellevar deformacin permanente sin quenecesariamente sobrevenga la ruptura. La accin plstica se evidencia en una deformacinpermanente y en el flujo plstico.

2.3.9 Ductilidad.

Es la propiedad por la cual el material se deforma considerablemente antes de romperse bajo la

accin de cargas. El porcentaje de deformacin a la rotura es mayor al 5%.

2.3.10 Fragilidad.


10/19


TEORIA: M.V.G.C.

16

Es la propiedad por la cual un material falla dejando deformaciones residuales muy pequeas einferiores al 5%. Algunos materiales bajo ciertos tratamientos pueden dejar de ser dctiles ytransformarse en frgiles, o viceversa.

2.3.11 Rigidez.

Se define como rigidez a la oposicin que presenta un material a ser deformado bajo la accin decargas y se expresa por la relacin:

RIGIDEZ = ACCION/DEFORMACION = P/; E =/

De acuerdo a esta definicin, la constante "E" es una medida de rigidez dentro del rango elstico,por lo que debera llamarse mdulo de rigidez, ms no mdulo de elasticidad.

Mientras mayor sea el esfuerzo requerido para producir una deformacin, ms rgido se consideraal material.

2.3.12Esfuerzo de trabajo (T).

Es el valor de esfuerzo unitario que permite al material trabajar en condiciones de seguridad,soportando cargas inferiores al lmite de elasticidad y que se determina con la relacin entre ellmite de fluencia para un coeficiente de seguridad que depende de cada material, en funcin de

sus propiedades mecnicas. Entre los coeficientes de seguridad que se recomiendan tenemos lossiguientes: hormign = 2,22; maderas = 4 a 8; acero = 2 a 3; etc.. Estos coeficientes aseguranel trabajo del material dentro del rango elstico, puediendo variar en ms o en menos, deacuerdo a la importancia de la obra o a la calidad de los materiales.

2.3.13 Problemas de aplicacin:


11/19


TEORIA: M.V.G.C.

18

2.4 ZONAS CLASICAS DEL DIAGRAMA BASE ( vs ).

Durante el proceso de carga en un material, su comportamiento mecnico va cambiando,presentando caractersticas diferentes que se identifican en las cuatro zonas del diagrama base:

2.4.1 Zona elstica.

Esta zona define el comportamientoelstico del material y comprende desde elorigen de la curva hasta el lmite elstico.El material al ser descargado desdecualquier punto dentro de esta zona,recobra su forma y dimensionesoriginales.

2.4.2 Zona plstica.

En esta zona se inicia el comportamientoinelstico del material; es decir, lasdeformaciones no son recuperables en sutotalidad al ser descargado el material,

quedando deformaciones permanentes. Esta zona se inicia a partir del lmite elstico y termina en

el punto "A" de inflexin de la curva.

2.4.3 Zona de endurecimiento.

Es la zona en la cual el material al seguir deformndose va adquiriendo mayor resistencia. Lapropiedad por la cual un material gana resistencia por efecto de la deformacin se denomina"ACRITUD". Esta zona est limitada por el punto "A" de inflexin de la curva y la resistenciamxima.

2.4.4 Zona de ahorcamiento.

Es la zona en la cual el material pierde resistencia en forma gradual y en corto tiempo, debido auna considerable reduccin de la seccin transversal produciendo a la concentracin de esfuerzosen dicha zona. Esta zona est limitada por la resistencia mxima y la resistencia a la rotura.

2.5 MEDIDAS DE ENERGIA

2.5.1 Capacidad energtica.

Es la aptitud o suficiencia de un material para absorver o almacenar energa durante un procesode carga. El principio involucrado es que la energa o trabajo es el producto de una fuerza(carga) por una distancia (deformacin).


12/19


TEORIA: M.V.G.C.

19

2.5.2 Resiliencia elstica.(Energa elstica)

Es la cantidad total de energa almacenada por un material al ser cargado hasta el lmite elstico,o la cantidad de energa que se puede recuperar cuando se descarga al material desde el lmiteelstico.

En el diagrama Carga & Deformacin, la energa elstica se determina mediante el clculo delrea bajo la curva hasta el lmite elstico.

Complementariamente, la energa por unidad de volumen almacenada hasta el lmite elstico sedenomina Mdulo de Resiliencia Elstica. En el diagrama vs , el mdulo de resiliencia elsticase determina mediante el clculo del rea bajo la curva hasta el lmite elstico.

En el mtodo de diseo elstico de estructuras, la energa elstica tambin se conoce comoenerga de deformacin o energa interna de uncuerpo.

u = P(N-m)2

U = ; = /E

2

U = = 2(N-m)2E 2E m3

Puesto que la resiliencia elstica es una energatotal y el mdulo de resiliencia elstica es unaenerga por unidad de volumen, conociendo elvolumen del material, estas energas puedentransformarse de una a otra:

2.5.3 Resiliencia hiperelstica.

Es la energa que libera el material si se lo descarga desde un punto cualquiera pasado la zonaelstica; esta energa es parcial respecto al total de la energa gastada en el proceso de carga.En el diagrama Carga vs Deformacin, la resiliencia hiperelstica se calcula determinando el reabajo el tringulo formado por la vertical al punto de descarga y la recta paralela al primer tramodel diagrama.

El mdulo de resiliencia hiperelstica se determina a partir del diagrama vs ; es decir, se tratatambin de una energa unitaria. Mientras ms alto sea el punto de descarga, mayor resiliencia omdulo de resiliencia hiperelstica; en consecuencia, la mayor resiliencia o su mdulo se tendr


13/19


TEORIA: M.V.G.C.

20

al descargarse el material desde la resistencia mxima.

2.5.4 Histresis.

Es la energa perdida o que no devuelve el material, si se lo descarga desde un punto superior allmite elstico. Esta energa, sumada a la resiliencia hiperelstica nos dara la energa total

gastada en el proceso de carga.En el diagrama base o en elproporcional, la histresis se determinacalculando el rea encerrada entre lacurva de descarga y la recta de cargaen un nuevo ciclo.

2.5.5 Tenacidad.

Es la energa necesaria para producir larotura de un material. Si esta energaes total, se conoce como tenacidad dela muestra y si se define como laenerga por unidad de volumen, seconoce como tenacidad del material.En el diagrama base o en el

proporcional, la tenacidad del material o de la muestra se calcula determinando el rea total bajola curva.

2.5.6 Nmero de Mrito.

Para el caso de materiales metlicosdctiles como el acero estructural, seha propuesto otra forma aproximadade medir la tenacidad, mediante elNmero de Mrito, que se determinacon el producto de la resistencia

mxima por la deformacin a la rotura.Con el mismo criterio antes anotado, sedistinguir el nmero de Mrito tantopara el material como para la muestra.

El nmero de Mrito calculado en elacero estructural es ligeramentesuperior a la tenacidad, que ademsdepende de la ductilidad o el contenidode carbono, segn se indica en el

diagrama adjunto.


14/19


TEORIA: M.V.G.C.

21

(1) Acero con bajo contenido de carbono, el msdctil.

(2) Acero con mediano contenido de carbono, elms tenaz.

(3) Acero con alto contenido de carbono, el msresistente.

2.6 ISOTROPIA

Un material es isotrpico, cuando presenta las mismaspropiedades fsicas y mecnicas en todas las direcciones.Es as como el mdulo de elasticidad en traccin es igualal mdulo de elasticidad en compresin, etc.. Esta

propiedad es aplicable a los metales, lo que no sucede en otros materiales como la madera queno es isotrpico, denominndose "anistropos".2.7 RELACION DE POISSON

Si un cuerpo es sometido a cargasexternas de traccin o compresin enuna direccin dada, se puede

determinar que no solo ocurre unadeformacin en esa direccin, sino quetambin ocurren deformacionesunitarias perpendiculares o tambinllamadas deformaciones transversales.En el caso de traccin, la extensinaxial causa contraccin transversal oviceversa. La relacin entre ladeformacin unitaria transversal parala deformacin unitaria longitudinal,ocurridas en la zona elstica, se

denomina "RELACION DE POISSON":= T/L

Esta relacin es una constante para cada material, o nmero puro sin dimensiones que sedetermina nicamente por medio de pruebas. Si consideramos que en el rango elstico elmaterial no cambia de volumen, esta relacin debera ser siempre igual a 0,5, pero lasexperiencias demuestran que estos valores varan entre un tercio y un sexto. Para los metalesvara de 0,25 a 0,45; para el hormign, de 0,10 a 0,20; para las maderas, de 0,20 a 0,25; etc..

2.8 VARIACION VOLUMETRICA (Dilatacin Cbica).

Conocidos el mdulo de elasticidad "E" y la relacin de Poisson "", Se puede calcular la variacinde las dimensiones de un material cualquiera ensayado a traccin o a compresin. Llamaremosaa la deformacin en alargamiento y by ca las deformaciones en acortamiento:


15/19


TEORIA: M.V.G.C.

22

Vo = a.b.c; Vf = (a + a)(b - b)(c - c)En una unidad de volumen infinitesimal a = b = c, b=c='a

Vf = (a + a)(a - 'a)(a - 'a)Vf = (a + a)(a - 'a)

2a= La; 'a= TaVf = (a + aL)(a - aT)

2Vf = a(1 + L)a

2(1 - T)2

Vf = a3(1 + L)(1 - T)2

= T/LT= LVf = a3(1 + L)(1 - L)

2

Vf = a3

(1 + L)(1 - 2L + 2

L2

)2

Vf = a3(1-2L + 2L

2+ L- 2L2+ 2L

3)Vf = a3(1 - 2L + L)Vf = a3[1 + L(1 - 2)]Vf = a3+ a3L(1 - 2)V = Vf - Vo

V = a3+ a3L(1 - 2) - a3

V = VoL(1 - 2)

En un ensayo de traccin se aumentar el volumen del material en esta magnitud, pero encompresin, disminuye el volumen en esta misma magnitud, si el material es isotrpico.

2.9 PROBLEMAS DE APLICACION.


16/19


TEORIA: M.V.G.C.

23

2.10 MODIFICACIONES A LAS PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES

El comportamiento elstico e inelstico de un material puede ser modificado bajo la accin deciertos efectos o tratamientos fsicos, qumicos o mecnicos, de entre los cuales me referir a los

siguientes:

2.10.1 Temperatura.

En algunos materiales, la temperatura es un factorimportante que modifica el comportamiento mecnico. Esas como en los metales, a temperaturas bajas tienden areducir su ductilidad y tenacidad, pero en cambio seincrementa el valor de sus propiedades mecnicas.

A elevadas temperaturas se observa una tendencia aaumentar su ductilidad pero con una disminucin en elvalor de sus propiedades mecnicas.

En forma particular, metales como el aluminio tienen un comportamiento opuesto al indicado,pues a elevadas temperaturas el aluminio pierde ductilidad, volvindose ms rgido y frgil.

Para el caso de morteros, hormigones y materiales similares, la temperatura puede modificar

ciertas propiedades mecnicas; es as como en el hormign fresco, a bajas temperaturas einferiores a 4oC, las reacciones qumicas del cemento con el agua pueden suspenderse,perdindose resistencia en el hormign endurecido; en cambio, a elevadas temperaturas sepuede acelerar el proceso de hidratacin y su resistencia, pero puede producirse desecacin yuna caida de resistencia en el hormign endurecido. Adems, pueden producirse fisuramientoscon la consiguiente baja en sus propiedades mecnicas.

2.10.2 Humedad.

El contenido de humedad en algunosmateriales tambin modifica ciertas

propiedades mecnicas de los mismos. En lasmaderas, el contenido de humedad esdeterminante; pues, a mayor contenido dehumedad, menor valor en sus propiedadesmecnicas. Humedades menores al 25%originan cambios sensibles, pero conhumedades mayores al 25%, las propiedadesmecnicas tienden a estabilizarse.

El contenido ptimo de humedad en lasmaderas debe ser tal que se equilibre con la

humedad del medio ambiente(12% al 15%),caso contrario, se pueden producirexpansiones o retracciones.


17/19


TEORIA: M.V.G.C.

24

La variacin del contenido de humedad en el hormign endurecido en ciclos repetitivos, puedeocasionar expansiones y retracciones, dando como resultado final fisuraciones , con laconsiguiente prdida de valor en sus propiedades mecnicas. El contenido de humedad en elhormign fresco es determinante en su resistencia, pues a mayor contenido de humedad, menorresistencia.

En los metales, la humedad no influye en sus propiedades mecnicas, pero puede producir elfenmeno de oxidacin que no afecta estas relaciones. Si la oxidacin no se impide, se tendruna disminucin de su seccin transversal y un deterioro en su superficie.

2.10.3 Tiempo.

El factor tiempo puede influir en laspropiedades mecnicas de los materiales dedos maneras: 1) Por el tiempo de aplicacinde las cargas y 2) Porque el transcurso deltiempo puede modificar sus propiedadesmecnicas. El primer caso se refiere a lavelocidad de aplicacin de las cargas; pueslos materiales no reaccionan por igual adiferentes velocidades de aplicacin de lascargas.

Al aplicarse una carga al material en formarpida, se obtiene como resultado el aumentodel lmite de fluencia y la resistencia mxima,

pero con una disminucin de la ductilidad.

Cargas que se aplican en forma instantnea (ultrarpidas), producen la disminucin de laresistencia mxima como resultado de la mayoracin del esfuerzo aplicado, tal es el caso de lascargas de impacto.

Las cargas estticas lentamente aplicadas pueden originar dos fenmenos:

1. Si las cargas tienen un valor alto, originan el fenmeno de flujo plstico.2. Si las cargas tienen un valor pequeo,se origina el efecto elstico ulterior.

En algunos materiales como morteros yhormigones, el tiempo que transcurre a partirde su preparacin y bajo ciertas condicionesde temperatura y humedadd, se produce unincremento en el valor de sus propiedadesmecnicas; pues a mayor tiempo, mayor

resistencia mxima, mayor lmite de fluenciay mayor mdulo de elasticidad.

En las maderas, el transcurso del tiempo


18/19


TEORIA: M.V.G.C.

25

puede deteriorar al material si no se toman ciertas precauciones, produciendo una disminucinen el valor de sus propiedades mecnicas.

2.10.4 Preparacin y forma.

Materiales como los metales pueden ser preparados y dados forma en caliente o en fro,sufriendo variaciones en las propiedades mecnicas. El trabajo en fro mayora el valor de lafluencia y resistencia mxima, en cambio, se pierde ductilidad. El templado en los metalesproduce el mismo efecto que el trabajo en fro, salvo el caso del cobre en el cual el templadoorigina una baja en el lmite de fluencia y un aumento de la ductilidad.

Los efectos del trabajo en fro pueden eliminarse por medio del recocido; es decir, por medio delrecalentamiento a una temperatura adecuada, lo que produce la restitucin de las propiedadesmecnicas originales. Tanto el recocido como el trabajo en caliente permiten que los tomos dela estructura se reagrupen en posiciones ms cercanas a las ideales.

En morteros y hormigones, luego de haberse endurecido, el proceso de curado que recibenpuede significar un aumento de hasta el doble de su resistencia mxima y mdulo de elasticidad.

2.10.5 Historia del material.

Otra de las causas que modifica las propiedades mecnicas de los materiales es el trabajo al que

ha estado sometido tiempos atrs. Es as como ciertos materiales sometidos a ciclos de carga ydescarga originan cambios sensibles, especialmente si la descarga se la realiza pasado el lmiteelstico. En los metales, en ciclos de carga y descarga, puede mejorarse la resistencia mecnicapero con una disminucin de la ductilidad.

Otros materiales como el hormign, cuyo comportamiento mecnico no cumple con la Ley deHoocke, despus de varios ciclos de carga y descarga tienden a un comportamiento rectilneo; esdecir, tienden a cumplir la Ley de Hoocke.

Otro tipo de carga que tiene que ver con la historia del material, se refiere al proceso de carga,descarga y carga negativa, pero en ciclos repetidos en un nmero elevado de veces, llamadas

cargas fluctuantes y alternantes. Por la accin de este proceso, el material puede llegar a fallaran cuando los esfuerzos actuantes sean menores al lmite elstico. La falla se produce entoncespor fatiga del material, porque se exede la capacidad energtica del mismo, sin tener el tiemposuficiente para disipar la energa gastada y absorvida por el material, llegndose a acumularsetanta energa, que al valer la tenacidad, se produce la falla.

2.10.6 Composicin.


19/19


TEORIA: M.V.G.C.

26

Se refiere a los elementos qumicos constituyentes delmaterial. Por ejemplo en el acerro estructural, lacomposicin qumica en cuanto se refiere al contenido decarbono, hace variar notoriamente el comportamientomecnico del material.

El acero con bajo contenido de carbono, 0,25%aproximadamente, es el ms blando y dctil de todos.Los aceros de mediano contenido de carbono, 0,5%aproximadamente, poseen una mayor capacidadenergtica y se disean para resistir esfuezos fluctuantesy alternantes. Los aceros de alto contenido de carbono,0,95%, son ms resistentes, pero menos dctiles que losdems. Este ltimo responde mejor a tratamientostrmicos, por lo que no pueden soldarse con facilidad.

Los morteros y hormigones pueden depender su resistencia mecnica, de la mayor o menorcantidad de cemento constitutivo; y, complementariamente, depender de los otros ingredientes,tales como el agua y agregados.

capitulo.2

Documents