1. Ensayo de propiedades mecánicas

El comportamiento mecánico de un material es la relación entre su respuesta o deformación ante una solicitación o esfuerzo aplicado.
Estas solicitaciones suelen ser alguna de los siguientes tipos:
  • tracción
  • compresión
  • cortadura
  • torsión.
Antes de empezar a conocer todos los ensayos haremos una pequeña introducción de cómo las cargas actuan sobre los materiales y de los conceptos de tensión y deformación.

Tipos de esfuerzos  o cargas aplicadas a los materiales.

En las siguientes imágenes vemos la representación esquemática de cuál es el efecto de las diferentes cargas:

  • una fuerza de tracción: que produce una elongación o alargamiento.
  • una carga de compresión: que produce contracción.
  • un esfuerzo de cortadura: (similar al que aplicara las hojas de unas tijeras)
  • una deformación de torsión generada por un par de fuerzas: (similar al producido en un retorcimiento)

Las líneas punteadas representan la forma de nuestra probeta antes de la deformación y las líneas sólidas representan el cuerpo después de la deformación.

Esfuerzo de tracción sobre un elemento Esfuerzo de compresión sobre un elemento Esfuerzo de cortadura sobre un elemento Esfuerzo de torsión sobre un elemento

Imagen 03. Elaboración propia.

Tracción

Imagen 04. Elaboración propia.

Compresión

Imagen 05. Elaboración propia.

Cortadura

Imagen 06. Elaboración propia.

Torsión

 

AV - Pregunta Verdadero-Falso
Recuerda:


Una carga de tracción sobre una probeta provoca un alargamiento y un engrosamiento de ésta.

Verdadero Falso


La cortadura sobre una pieza primática produce un desplazamiento de sus caras paralelas.

Verdadero Falso


Un esfuerzo de compresión  sobre una probeta provoca una disminución de su longitud y un engrosamiento de ésta.

Verdadero Falso
Tensión y deformación

Consideremos una varilla cilíndrica de longitud lo y una sección transversal de superficie So, sometida a una fuerza F uniaxial (dirigida en el sentido longitudinal del eje), como indica en la figura.

Efecto de una fuerza F sobre la probeta.
Imagen 07. Elaboración propia.

 

Vemos que la barra se alarga desde su longitud inicial, lo, hasta una longitud final, l. Esa diferencia de longitudes será la deformación de nuestra varilla, aunque a continuación la definiremos de una forma un poco distinta.

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Definimos la tensión σ en la barra como el cociente entre la fuerza uniaxial media F y la sección transversal original So de la barra.

Se mide en Pascales (S.I.), que es el cociente entre Newton y metros cuadrados, aunque se suele expresar en Megapascales, ya que así podemos expresar la superficie en mm2, que es más coherente con las medidas que suelen presentar las secciones de las piezas.


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Definimos la deformación e en la barra como el cociente entre la variación de longitud de la barra respecto a la longitud inicial de ésta.

Como puede deducirse de la fórmula, la deformación es una magnitud adimensional. En la práctica es común convertir la deformación en un porcentaje de deformación %


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Deformación elástica y plástica

Cuando una probeta se somete a una fuerza uniaxial, se produce una deformación.
  1. Si el material vuelve a sus dimensiones originales al cesar la fuerza, se dice que el material ha sufrido una deformación elástica, ya que los átomos del material son desplazados de su posición y cuando la fuerza cesa, los átomos vuelven a sus posiciones originales y el material recupera su forma original.
  2. Si el material es deformado hasta el punto que los átomos no pueden recuperar sus posiciones originales, se dice que ha experimentado una deformación plástica.

 

A continuación dos imagenes de productos comerciales, fabricados con materiales que poseen alto y bajo nivel de elasticiddad respectivamente (cable telefónico, vasos de plástico).

Imagen 08. Flickr. Creative Commons. Imagen 09. Flickr. Creative Commons.

 


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Estricción

 

Zona de estricción en una probeta cilíndrica
Imagen 10. Wikimedia. Creative Commons.
Una vez aplicada la carga máxima a la probeta, se produce un estrangulamiento en su zona central.
A la variación de la sección de la probeta respecto a su sección inicial se le denomina estricción ψ.

Esta disminución de la sección de la probeta provoca que la tensión de rotura sea inferior a la máxima aplicada y esta diferencia entre la tensión de rotura y la aplicada es tanto más apreciable cuanto mayor es la ductilidad del material.

También se expresa en %, por lo que la estricción se define como la disminución relativa porcentual de la sección transversal de la probeta en el momento de la rotura.

 


AV - Pregunta de Selección Múltiple
Cuando aplicamos una fuerza a una probeta, la tensión depende de:
Sólo de la fuerza que aplicamos sobre la probeta.
De la fuerza que aplicamos sobre la probeta y de la sección de ésta.
De la deformación que ha sufrido la probeta.



Cuando aplicamos una carga a una probeta y ésta se deforma, la deformación experimentada dependerá de:
La carga aplicada.
Lo que se ha alargado la probeta.
Lo que se ha ensanchado la probeta.



En una deformación elástica:
El material deformado recupera sus dimensiones originales al cesar la fuerza.
Los átomos del material deformado son desplazados de su posición original.
Los átomos del material deformado son desplazados de su posición original y toman nuevas posiciones fijas.



La estricción:
Es la variación de sección que experimenta una probeta cuando le aplicamos una carga respecto a su sección inicial.
Es un estrangulamiento que se produce en la zona central de una probeta cuando le aplicamos una carga.
Es la disminución relativa porcentual de la sección transversal de la probeta cuando le aplicamos una carga en el momento de la rotura.



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