FACTORES DE DISEOFactor de seguridad, Factor material adecuado,

Clasificacin de cargas: estticas; repetitivas; de impacto,

Deformaciones por esfuerzos, Mdulo de Young.

Esquivel Garca Isabel

Gaytn Jimnez Lorena B.

Solano Salgado Luis Octavio

MATERIALES DE USO TCNICO

Clasificacin:

Segn su origen: dependiendo de que se encuentrendirectamente en el medio natural o sean el resultado de algn proceso de

fabricacin, se pueden clasificar en: materiales naturales y materiales

artificiales. Por ejemplo, el granito es un material natural, mientras que el

acero es un material artificial.

Segn su composicin: se pueden clasificar en elementosy compuestos, homogneos y heterogneos, metlicos y no metlicos,

inorgnicos y orgnicos, etc.

Segn sus propiedades: se pueden clasificar en rgidos yflexibles, tenaces y frgiles, conductores y aislantes, reciclables y no

reciclables, etc.

El criterio mas empleado, desde un punto de vista

tecnolgico, es segn sus caractersticas comunes

teniendo en cuenta su naturaleza fsica:

1. Materiales metlicos y sus aleaciones.

2. Maderas y sus derivados.

3. Polmeros o plsticos.

4. Materiales ptreos y sus derivados.

5. Fibras textiles.

FACTORES DE ELECCIN DE

UN MATERIAL (Factor de

material adecuado).

A la hora de seleccionar el material mas adecuado para una

determinada aplicacin, debemos tener en cuenta diversos

factores, como son:

El trabajo que va a desarrollar la pieza. La atmosfera en la que se va a encontrar. El proceso de conformado mediante el cual se le

dar la forma definitiva.

La disponibilidad de ese material, su costo.

Un profundo conocimiento de las propiedades de los

distintos grupos de materiales y de las formas en que se

pueden mejorar, (elementos qumicos de aleacin,

tratamientos trmicos, ) es la clave para estar en condiciones de determinar cual es el mas adecuado.

Propiedades de los materiales.

Son el conjunto de caractersticas diferentes para cada

cuerpo o grupo de cuerpos, que ponen de manifiesto

cualidades o su forma de responder a determinados agentes

exteriores:

Propiedades mecnicas (resistencia, tenacidad, dureza, rigidez,)

Resistencia a la corrosin.

Conductividad trmica y elctrica.

Facilidad de conformado.

Peso especifico y apariencia externa (propiedades sensoriales).

Factores ecolgicos: mnima necesidad de materia prima y posibilidad de reciclaje y reutilizacin, precio de la

materia prima,

Estas caractersticas vienen determinadas por la estructura

interna del material (componentes qumicos presentes y forma

de unin de los tomos).

Las propiedades de un material determinado se pueden

clasificar en cinco grandes grupos:

1.Propiedades qumicas: Se refiere a los procesos quemodifican qumicamente un material.

2.Propiedades fsicas: Se refiere a las caractersticas delos materiales debido al ordenamiento atmico o molecular del

mismo.

3.Propiedades trmicas: Se refiere al comportamientodel material frente al calor.

4.Propiedades magnticas: Se refiere a la capacidadde algunos materiales al ser sometidos a campos magnticos.

5.Propiedades mecnicas: Estn relacionadas con laforma en que reaccionan los materiales al actuar fuerzas

sobre ellos.

FACTORES DE SEGURIDAD.

Si se tiene que evitar una falla estructural, las cargas

que una estructura es capaz de soportar deben ser

mayores que las cargas a las que se va a someter

cuando este en servicio.

Como la resistencia es la capacidad de una estructura para resistir cargas, el criterio anterior se

puede replantear como sigue:

la resistencia real de una estructura debe ser mayor que la resistencia requerida

La relacin de la resistencia real entre al

resistencia requerida se llama FACTOR DE

SEGURIDAD : n

Naturalmente, el factor de seguridad debe ser mayor que 1.0 para

evitar falla. Dependiendo de las circunstancias, los factores de

seguridad varan desde un poco mas que 1.0 hasta 10.

resistencia realresistencia requerida

Factor de seguridad n =

Tambin debe tener en cuenta asuntos tales como los siguientes:

Probabilidad de sobrecarga accidental de la estructura,debido a cargas que excede las cargas de diseo.

Tipos de cargas (estticas o dinmica).

Si las cargas se aplican una vez o se repiten.

La exactitud con que se conozcan las cargas; posibilidadde falla por fatiga.

Inexactitudes de construccin, variabilidad en la calidad dela mano de obra, variaciones en las propiedades de los

materiales, deterioro debido a corrosin u otros efectos

ambientales.

Exactitud de los materiales de los mtodos de anlisis; elque la falla sea gradual (advertencia suficiente) o repentina (sin

advertencia): consecuencia de la falla (daos menores o

catstrofe mayor), y otras consideraciones parecidas.

Si el factor de seguridad es muy bajo, la probabilidad de falla ser

alta, y la estructura ser inaceptable; si el factor es muy grande, la

estructura ser muy costosa y quiz no sea adecuada para su

funcin (por ejemplo puede ser demasiado pesada).

Las propiedades mecnicas de los

materiales usados en ingeniera son

obtenidas experimentalmente mediante

la utilizacin de probetas. Diferentes

tipos de ensayos se pueden desarrollar

para evaluar las caractersticas del

material sometido a diferentes

condiciones de carga: estticas,

cclicas o repetitivas y cargas de

impacto.

PROPIEDADES

MECNICAS Y LOS

TIPOS DE CARGA.

Todos estos ensayos son

normalizados por el American Standard Testing Material (ASTM), la cual ha publicado guas para realizar

estos ensayos y poder preparar

lmites dentro de los cuales los

materiales son aceptables.

El ensayo ms importante de

todos stos es el ensayo de traccin-compresin.

DEFINICIN DE

CARGA.

Una carga es la causa capaz de

producir estados tensionales en una

estructura.

Las cargas se pueden clasificar como

estticas o dinmicas, dependiendo de

si permanecen constantes o varan con

el tiempo

CARGAS

ESTTICAS.

Es una accin estacionaria de una

fuerza o un momento que actan

sobre cierto objeto. Para que una

fuerza o momento sean estticos,

deben poseer magnitud, direccin y

punto (o puntos) de aplicacin que

no varen con el tiempo.

CARGAS CCLICAS O

REPETITIVAS.

Este tipo de cargas persisten durante perodos largos

y varan continuamente de intensidad.

El algunas estructuras y especialmente en elementos

de mquinas, los esfuerzos actuantes no son

estticos sino que actan en forma dinmica, variable

con el tiempo.

Se producen por maquinaria rotatoria, trnsito, rachas

de viento, olas de agua, sismos y procesos de

manufactura.

En algunos casos particulares de piezas de mquina,

si bien las cargas no varan, el movimiento de la pieza

hace que las tensiones varen a travs del tiempo.

CARGAS DE

IMPACTO.

Son aquellas en las cuales la

direccin del movimiento es

coincidente con la direccin en que

se produce la carga; es decir,

cuando un objeto golpea a otro, se

genera un impacto, de tal modo

que se desarrollan grandes fuerzas

en los objetos durante un tiempo

muy corto.

Por ejemplo: choque de un

vehculo; movimiento ssmico;

pblico saltando sobre gradas en

estadios deportivos; accin de

frenado (sobre paragolpes en

estacin terminal de trenes).

DEFORMACIONES POR ESFUERZO.

Esfuerzo: fuerza por unidad de rea (sigma ) , es un parmetro que permite comparar la resistencia de dos materiales, ya que

establece una base comn de referencia.

Esfuerzo

Fuerza

rea

= PA

Deformacin: El anlisis de las deformaciones se relaciona con los cambios en la forma de la estructura que generan las cargas

aplicadas.

deformacin () como el cociente entre el alargamiento y la longitud inicial L

ELEMENTOS DE DIAGRAMA

ESFUERZO DEFORMACIN.

= L

*Resistencia

*Rigidez

*Se evala la fuerza axial

*Se registra la fuerza aplicada y el alargamiento.

*Determinan esfuerzo y

deformacin

Diagrama de esfuerzo y

deformacin

Agrupacin de materiales en 2

categoras

Dctiles

Son capaces de resistir grandes deformaciones

antes de la rotura.

Frgiles

Presentan un alargamiento bajo cuando llegan al punto de rotura.

DIAGRAMA DE ESFUERZO Y

DEFORMACIN.

En un diagrama se observa un tramo recta inicial hasta un punto denominado

lmite de proporcionalidad. Los puntos importantes del diagrama de esfuerzo

deformacin son:

(Beer y Johnston,1993; Popov, 1996; Singer y Pytel, 1982).

Lmite de proporcionalidad

Limite de elasticidad

Punto de cedencia

Esfuerzo ltimo

Punto de ruptura

ELEMENTOS DE DIAGRAMA

ESFUERZO DEFORMACIN.

DIAGRAMA DE ESFUERZO Y DEFORMACIN.

Se denomina mdulo de elasticidad o mdulo de Young a la

razn entre el incremento de esfuerzo aplicado a un material

y el cambio correspondiente a la deformacin unitaria que

experimenta.

Tiene el mismo valor para una traccin que para una

compresin , siendo una constante independiente del

esfuerzo siempre que no exceda de un valor mximo

denominado lmite elstico .

Tanto el mdulo de Young como el lmite elstico, son

distintos para los diversos materiales.

El mdulo de Young tiene dimensiones de

(fuerza)/(longitud)2 y se mide en unidades como el pascal o

newton por metro cuadrado (1 Pa = 1 N/m2), dinas/cm2, o

libras por pulgada cuadrada (psi).

MDULO DE YOUNG.

Cuando en la expresin matemtica del modulo de elasticidad se

sustituyen las ecuaciones del esfuerzo y la deformacin se obtiene

el llamado modulo de Young.

El modulo de Young es una propiedad caracterstica de las

sustancias solidas conocer su valor nos permitir calcular la

deformacin que sufrir un cuerpo slido al someterse a un

esfuerzo.

El mdulo de Young viene representado por la tangente

a la curva en cada punto. Para materiales como el

acero resulta aproximadamente constante dentro del

lmite elstico.

BIBLIOGRAFA Y FUENTES DE CONSULTA.

BEER P. FERDINAND, Russell Johnston E. Jr., Dewolf John T., F. Mazurek David; Mecnica de materiales; 5 Ed.; Mc GrawHill, Mxico,

2010.

KERGUIGNAS Marcel, Caignaert Guy; Resistencia de materiales; Editorial Revert, 4 Ed.; Espaa, 1980.

Gere M. James; Timoshenko. Resistencia de materiales; 6 ed.; Thomson; Mxico, 2002.

http://webdelprofesor.ula.ve/arquitectura/jorgem/principal/guias/esfdef.pdf

http://www.slideshare.net/NANMERCHIRIBOGA/fisica-modulo-de-young