PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
ELASTICIDAD Y PLASTICIDADSi retomamos nuevamente el ejemplo de
la barra traccionada, podemos ver que si la fuerza F cesa, el
alargamiento desaparece completa o parcialmente, es decir, la barra
tiende a recuperar su longitud original L. Esta propiedad que posee
un material de volver parcial o completamente a su forma inicial
una vez que desaparece la carga es lo que se llama elasticidad. Si
la barra recuperaCompletamente su longitud inicial, se dice que el
material es perfectamente elstico; de lo contrario se dice que es
parcialmente elstico. La plasticidad es una propiedad opuesta, un
material es perfectamente plstico cuando al dejar de actuar la
carga que lo deforma mantiene su configuracin deformada.
En la realidad ningn material resulta perfectamente elstico o
perfectamente plstico. Algunos materiales como el acero, aluminio,
goma e incluso la madera y el hormign pueden ser considerados como
perfectamente elsticos dentro de ciertos lmites, es decir, si no
estn excesivamente cargados. Otros materiales como la arcilla y la
masilla pueden considerarse comoPerfectamente plsticos.
LEY DE HOOKELa denominada Ley de Hooke constituye la base de la
Resistencia de Materiales y es vlida dentro de lo que se denomina
rgimen lineal elstico. Esta ley establece que si la tensin normal
se mantiene por debajo de un cierto valor llamado tensin de
proporcionalidad, las deformaciones especficas y las tensiones son
directamente proporcionales.
DIAGRAMA ESFUERZO - DEFORMACIN ( - ) DEL ACERO COMNAl resolver
los problemas de la Resistencia de Materiales nos encontramos con
la necesidad de tener ciertos datos experimentales previos sobre
los cuales se pueda basar la teora. Por ejemplo, para poder
establecer la ley de Hooke se hace necesario conocer el mdulo E, el
cual debe determinarse experimentalmente. Para obtener los datos
antes mencionados se pueden realizar distintos tipos de ensayo, de
los cuales uno muy difundido es el de traccin. Para este ensayo
usualmente se emplean probetas especiales, que consisten en barras
de seccin circular, las cuales son estiradas en una mquina
especialmente diseada para el ensayo. Cuando una barra esta
sometido a un esfuerzo axial P, aparecen internamente tensiones
normales calculables a travs de la siguiente expresin:
AffAl
En este diagrama pueden distinguirse ciertas zonas con
determinadas caractersticas:
A) PERODO ELSTICO: Este perodo queda delimitado por la tensin e
(lmite de elasticidad). El lmite de elasticidad se caracteriza
porque, hasta llegar al mismo, el material se comporta
elsticamente, es decir que producida la descarga, la probeta
recupera su longitud inicial. En la prctica, este lmite se
considera como tal cuando en la descarga queda una deformacin
especifica remanente igual al 0.001 %. Este perodo comprende dos
zonas: la primera, hasta el p (lmite de proporcionalidad), dnde el
material verifica la ley de Hooke. La segunda entre p y e, si bien
es elstica, no manifiesta proporcionalidad entre tensiones y
deformaciones.
B) PERODO ELASTO-PLSTICO: Para valores de tensin superiores al
lmite elstico, la pieza si fuera descargada no recobrara su
dimensin original, aprecindose una deformacin remanente acorde con
la carga aplicada. A medida que aumenta la solicitacin, la grfica
representativa es la de una funcin para la cual disminuye el valor
de su Tangente, tendiendo a anularse en el tramo final del perodo,
al cual se llega con un valor de tensin que se indica como f
(tensin de fluencia).
C) PERODO PLSTICO (FLUENCIA): Una vez arribado al valor de
tensin f (lmite de fluencia), el material fluye, es decir, aumentan
las deformaciones sin que existe aumento de tensin. En realidad
este fenmeno no es tan simple, ya que puede verse que la tensin
oscila entre dos valores lmites y cercanos entre s, denominados
lmites de fluencia superior e inferior, respectivamente. La tensin
de proporcionalidad resulta ser aproximadamente el 80% de la tensin
de fluencia.
D) PERODO DE ENDURECIMIENTO Y DE ESTRICCIN: Como consecuencia de
un reacomodamiento cristalogrfico, luego de la fluencia el material
sufre un reendurecimiento, que le confiere la capacidad de
incrementar la resistencia, es decir, puede admitir un incremento
de carga. Sin embargo en este perodo las deformaciones son muy
pronunciadas.
La tensin aumenta hasta alcanzar un valor mximo R, denominado
tensin de rotura, a partir del cual la tensin disminuye hasta que
alcanza una determinada deformacin de rotura, producindose la
tensin R no es en realidad la mxima tensin que se origina en la
probeta sometida a carga. En efecto, alcanzado el valor de la
deformacin especifica correspondiente a R, comienza a manifestarse
en la probeta un fenmeno denominado estriccin.
TRACCION
Un cuerpo se encuentra sometido a traccin simple cuando sobre
sus secciones transversales se le aplican cargas normales
uniformemente repartidas y de modo detender a producir su
alargamiento.Por las condiciones de ensayo, el de traccin esttica
es el que mejor determina las propiedades mecnicas de los metales,
o sea aquella que definen sus caractersticas de resistencia y
deformabilidad. Permite obtener, bajo un estado simple de tensin,
el lmite de elasticidad o el que lo reemplace prcticamente, la
carga mxima y la consiguiente resistencia esttica, en base a cuyos
valores se fijan los de las tensiones admisibles o de proyecto
(adm.)y mediante el empleo de medios empricos se puede conocer, el
comportamiento del material sometidos a otro tipo de solicitaciones
(fatiga, dureza, etc.).Cuando la probeta se encuentra bajo un
esfuerzo esttico de traccin simple a medida que aumenta la carga,
se estudia esta en relacin con las deformaciones que produce. Estos
grficos, permiten deducir sus puntos y zonas caractersticasrevisten
gran importancia, dicho grfico se obtiene directamente de la
mquina.
Un caso tpico es el diagrama que nos presenta el grfico de un
acero dctil indicado en la figura, en donde el eje de las ordenadas
corresponde a las cargas y el de la abscisas al de las
deformaciones longitudinales o alargamientos en milmetros.
1)Periodo elsticoSe observa en el diagrama que el comienzo, desde
el punto O hasta el A, esta representado por una recta que nos pone
de manifiesto la proporcionalidad entre los alargamientos y las
cargas que lo producen (Ley de Hooke). Dentro de este periodo y
proporcionalmente hasta el punto A, los aceros presentan la
particularidad de que la barra retoma su longitud inicial al cesar
la aplicacin de la carga, por lo que recibe indistintamente el
nombre de periodo de proporcionalidad o elstico.2) Zona de
alargamiento seudoelsticoPara el limite proporcional se presentan
un pequeo tramo ligeramente curvo AB, que puede confundirse
prcticamente con la recta inicial, en el que los alargamientos
elsticos se les suma una muy pequea deformacin que presenta
registro no lineal en el diagrama de ensayo. La deformacin
experimentada desde el limite proporcional al B no solo alcanza a
valores muy largos, si no que fundamentalmente es recuperable en el
tiempo, por lo que a este punto del diagrama se lo denomina limite
elstico o aparente o superior de fluencia.3) Zona de fluencia o
escurrimiento El punto B marca el inicio de oscilaciones o pequeos
avances y retrocesos de la carga con relativa importante deformacin
permanente del material. Las oscilaciones en este periodo denotan
que la fluencia no se produce simultanea mente en todo el material,
por lo que las cargas se incrementan en forma alternada, fenmeno
que se repite hasta el escurrimiento es total y nos permite
distinguir los limites superiores de luencia. El limite elstico
aparente puede alcanzar valores de hasta el 10 al 15 % mayores que
el limite final de fluencia.4) Zona de alargamiento homogneo en
toda la probeta.Ms all del punto final de fluencia C, las cargas
vuelven a incrementarse y los alargamientos se hacen ms notables,
es decir que ingresa en el perodo de las grandes deformaciones, las
que son uniformes en todas las probetas hasta llegar a D, por
disminuir, en igual valor en toda la longitud del material, la
dimensin lineal transversal. El final de perodo de alargamiento
homogneo queda determinado por la carga mxima, a partir de la cual
la deformacin se localiza en una determinada zona de la probeta,
provocando un estrechamiento de las secciones que la llevan a la
rotura, al perodo DE se lo denomina de estriccin. En la zona
plstica se produce, por efecto de la deformacin, un proceso de
endurecimiento, conocido con el nombre de acritud , que hace que al
alcanzar el esfuerzo la resistencia del metal, ste al deformarse
adquiere ms capacidad de carga, lo que se manifiesta en el grfico
hasta el punto D.5) Zona de estriccinEn el perodo de estriccin, la
acritud, si bien subsiste, no puede compensar la rpida disminucin
de algunas secciones transversales, producindose un descenso de la
carga hasta la fractura.
PROBETAS PARA TRACCION
Las probetas para los ensayos de traccin pueden ser:
industriales o calibradas; estas ltimas, se emplean en experiencias
ms rigurosas y adoptan formas perfectamente cilndricas o
prismticas, con extremos ensanchados, no solo para facilitar su
sujecin en la mquina de ensayo, sino para asegurar la rotura dentro
del largo calibrado de menor seccin; en la cual se marcan los
denominadosPuntos fijos de referencia a una distancia inicial
preestablecida (lo), que permitir despus de la fractura, juntando
los trozos, determinar la longitud final entre ellos (L). Estos
hechos han motivado la normalizacin de la longitud inicial,
estipulndose que dos o ms ensayos pueden compararse en sus
alargamientos, si las probetas son geomtricamente semejantes, lo
que se logra cuando lo es proporcional al dimetro o raz cuadrada de
la seccin. O sea que los ensayos sobre probetas distintas resultan
comparables si se cumple que la ley de semejanza:
MAQUINA DE ENSAYOLa siguiente es una foto de la maquina
utilizada Para realizar el ensayo de traccin, en la cual Vemos el
dial que nos marca la cargas , el diagramador y el sistema donde se
realiza el ensayo con la probeta colocada.
MODO Y TIEMPO DE APLICACION DE LAS CARGASLa carga debe aplicarse
de tal manera que el esfuerzo resulte uniformemente destruido sobre
la seccin transversal del material.
Tratndose de ensayos estticos el incremento de carga se efecta
en forma muy lenta, para evitar los efectos de las fuerzas de
inercia, velocidad que se fija segn las normas y materiales,
adoptndose generalmente una variacin de 0,1 Kgf/mm y por segundo
aproximadamente hasta alcanzar el limite de fluencia, a partir del
cual puede llegarse como mximo a 50 Kgf/mm por minuto. Resulta de
gran importancia la velocidad de la aplicacin de la carga de
ensayo, pues su incremento produce un retraso en la aparicin de las
deformaciones plsticas y un aumento de la resistencia del material.
Si las cargas se aplican en forma extremadamente lentas se obtiene
una disminucin del limite de fluencia y un aumento De la
resistencia, aunque a expensas de la ductilidad, que disminuye
considerablemente.
DETERMINACIONES A EFECTUAR EN UN ENSAYO DE TRACCION ESTATICOEl
ensayo de traccin es el que mejor define las propiedades mecnicas
de los metales sometidos a la accin de cargas estticas.Estas
propiedades quedan determinadas si se calcula la aptitud del
material a resistirLas cargas que le pueden ser
aplicadas(propiedades de resistencia) y las deformaciones que
experimente por la accin de stas (propiedades de
deformaciones).Propiedades Mecnicas De Resistencia:Del grfico de
ensayo pueden determinarse los valores de las cargas a los limites
proporcionales y de fluencia y la que corresponde a la mxima, que
permiten calcular las tensiones convencionales que fijan las
propiedades de resistencia. Propiedades Mecnicas De
Deformabilidad:Alargamiento De Rotura: si antes de comenzar las
experiencias se marcan sobre la probeta, en una generatriz o recta,
los puntos de referencia de acuerdo con la norma aplicada (Lo)
despus del ensayo, juntando los trozos, es factible medir la
distancia que los separa (L), de modo que el alargamiento total
ENSAYO DE TRACCIONOBJETIVOS Hallar la resistencia mxima. Hallar
la resistencia de fluencia. Determinar la ductilidad. Determinar la
fragilidad.PROCEDIMIENTO Cortar la barra de acero corrugado y liso
en dimensiones de 13 cm. Esmerilar los trozos de metal con una
inclinacin de 30, y en el centro del trozo del metal de 3 mm de
dimetro. Soldar las dos primeras partes con supercito. Soldar las
dos segundas partes con cellocord. Dejar sin soldar una barra. Este
procedimiento se va ha repetir para una barra corrugada y para la
barra lisa de aceros Arequipa. Se dejara enfriar. Llevar a tornear.
Llevar a la maquina de traccin para realizar el ensayo.
PROBETA DE ACERO
CELLOCORD CORRUGADO
El ensayo de traccin no fue lo esperado gracias a que cuando se
soldo , su soldadura en el electrodo estaba hmedo lo que ha
ocasionado burbujas de aire lo que ha ocasionado que su traccin sea
menor a la esperada pero esta es bien tomada con fines de trabajos
no ptimos en la practica estos valores son reales ya que siempre va
ha ocurrir descuidos lo que ocasionara una mala soldadura.CELLOCORD
LISO
El ensayo de traccin no fue lo esperado gracias a que cuando se
soldo , su soldadura en el electrodo estaba hmedo lo que ha
ocasionado burbujas de aire lo que ha ocasionado que su traccin sea
menor a la esperada pero esta es bien tomada con fines de trabajos
no ptimos en la practica estos valores son reales ya que siempre va
ha ocurrir descuidos lo que ocasionara una mala soldaduraSUPERSITO
CORRUGADO
La resistencia de traccin en el supercito es menor que la que
ocasiona el cellocord , aunque estos datos son relativamente
confiables ya que al tener el supercito mayor porcentaje de carbono
este se ve con mas poros.SUPERCITO LISO
CORRUGADO SIN SOLDADURA
Comentario:
LISO SIN SOLDADURA
CONCLUSIONES Se concluye que el punto de rotura de todos los
materiales ensayados se dio despus de darse el esfuerzo mximo y con
un esfuerzo menor a este.
Se concluye que cuando los materiales llegan a su punto de
fluencia, es ah donde ellos logran deformarse rpidamente sin
necesidad de aumentarle la carga.
Se concluye que los materiales ensayados cumplen con la Ley de
Hooke hasta un cierto punto el cual denominaremos limite
elstico.
Se concluye que los materiales en los que se ensayaron llegan a
tener una recuperacin elstica luego de la rotura, ya que se nota
una gran irregularidad al querer unir las partes de la probeta por
la zona de la rotura.