CONCEPTOS PRELIMINARES

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CLASIFICACIÓN DE LOS ENSAYOS
El ensayo de los materiales abarca un panorama muy amplio, porque sus objeto puede consistir en efectuar tanto el estudio, como el control de los materiales, si se destruye o no la probeta, y la velocidad del ensayo, por lo tanto daremos las siguientes clasificación:

- Una primera clasificación de acuerdo al ESTUDIO O CONTROL DEL MATERIAL

1. ENSAYOS CIENTÍFICOS: Es el ensayo que se realiza para conocer el material, por ejemplo la determinación de su Modulo de Elasticidad, que serviría luego para los cálculos de resistencia, deformación, etc.

Ensayo de tracción utilizando extensómetro realizado en la máquina universal de ensayos Baldwin HV60L de la EETP Nº466.

2. ENSAYOS TECNOLÓGICOS: Este ensayo tiene por objeto prever el comportamiento de un material, de un elemento estructural, ante el uso al que serán destinado.

3. ENSAYOS DE CONTROL: Es un ensayo de comparación o un ensayo con fines de selección, mediante este ensayo se establece un orden de preferencia de una serie de productos destinados a un mismo fin.
 

- Una segunda clasificación de acuerdo al ESTADO FINAL DE LA PROBETA

1. ENSAYOS DESTRUCTIVOS: Son todos aquellos ensayos en que el cuerpo de prueba (ya sea esta una probeta, una pieza de maquina o una estructura) se somete a cargas crecientes hasta alcanzar un estado limite tal que tanto puede significar la rotura del material o su agotamiento, que dejaría al mismo imposibilitado de utilizarlo posteriormente (la mayoría de los que veremos).

2. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS: En este ensayo, se trata de obtener la mayor cantidad de información, sin impedir que los mismos puedan seguir desempeñándose en el ámbito que le compete y con las mismas condiciones de seguridad (ensayos de dureza, ensayos de resistencia estructural del hormigón, utilizando el Esclerómetro o por ultrasonido).

Equipo de fotoelasticidad de la EETP Nº466.

- Una tercer clasificación de acuerdo a la VELOCIDAD DEL ENSAYO

1. ESTÁTICOS: aplicación lenta y progresiva de la carga, la rotura se lleva a cabo en el lapso de algunos minutos.
También dentro de este ensayo se puede presentar que el ensayo deba durar horas, días o meses estaríamos en presencia de un ensayo ESTÁTICO DE LARGA DURACIÓN.

2. DINÁMICOS: cargas dinámicas, donde la rotura del material es en cuestión de segundos o instantánea.

- Una ultima clasificación de acuerdo al TIPO DE ENSAYO

1. Tracción: metales, plásticos, morteros, madera y tierra.

Ensayo de tracción sobre varilla de hierro de construcción realizado en la máquina universal de ensayos Baldwin HV60L de la EETP Nº466.

2. Compresión: metales, hormigón, plásticos y madera.

3. Flexión: metales y maderas.

4. Torsión: metales y hormigón.

5. Corte: metales, maderas y tierras.

Ensayo de corte sobre varilla de acero realizado en la máquina universal de ensayos Baldwin HV60L de la EETP Nº466.

6. Fatiga: metales, plásticos.

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES SEGÚN SUS PROPIEDADES MECÁNICAS

Según la naturaleza y magnitud de las deformaciones que experimenten los materiales bajo la acción de fuerzas exteriores, sin tener en cuenta el valor de la tensión que las produce, se dividen en dos grupos:

Frágiles y Dúctiles (esfuerzos de tracción),

Maleables y Tenaces (esfuerzos de compresión).

RELACIÓN ENTRE TENSIÓN Y DEFORMACIÓN

Debemos tener en cuenta las relaciones entre las cargas exteriores aplicadas y sus efectos en el interior de los cuerpos, además no se supone que los cuerpos son idealmente rígidos como en estática, sino que las deformaciones por pequeñas que sean tienen gran interés, esta materia comprende los métodos analíticos para determinar la resistencia, la rigidez y la estabilidad de los diversos medios soportadores de carga.

CARGAS: Fuerzas que actúan sobre los cuerpos. Según su efecto sobre los cuerpos existen varios tipos de cargas.

CARGAS ESTÁTICAS: Son las cargas cuya magnitud o punto de aplicación no varia o lo hace muy lentamente.

 

1.- Carga Puntual o Concentrada (carga aplicada en un solo punto)

 

2.- Carga Uniformemente Distribuida (carga iguales aplicadas en puntos uno al lado del otro)

 

3.- Carga Uniformemente variada (carga similar a la anterior, pero sus magnitudes son distintas)

 

Se denomina carga AXIAL cuando la carga esta aplicada en el centro de la sección transversal de la pieza y en dirección al eje de ensayo.
 

CARGAS DINÁMICAS

Las cargas que varían su magnitud o punto de aplicación con el tiempo (cargas de impacto por ejemplo).

ESFUERZOS UNITARIOS

Puede ser definido como la fuerza interna por la unidad de área de una sección de unión. Hay dos tipos de esfuerzos. Esfuerzos normales los cuales actúan en perpendicular a las secciones en estudio y pueden ser de tensión o compresión dependiendo de sus tendencias a alargar o acortar el material sobre el cual actúa.

La resistencia de materiales estudia a los sólidos como cuerpos deformables que ofrecen gran resistencia a la deformación y desea hallar:

a - El estado de tensión del sólido

b - Determinar cuales son las fuerzas internas con el objeto de analizar si el sólido puede o no resistir las cargas externas, o conocidas las cargas externas determinar las dimensiones que debe tener el cuerpo para resistirlas.

c - El estado de deformación infinitesimal para determinar los desplazamientos de los cuerpos para saber si son balanceados y para resolver problemas hiperestáticos.

DEFORMACIÓN:

Un cuerpo sólido sometido a un cambio de temperatura o a cargas externas se deforma.

Deformación Uniforme: Cambio de longitud entre la longitud inicial (L0) y la final (L, Lf o Lt).

Lt > L0 El cuerpo se alargó

L0 > Lt El cuerpo se acortó

A = sección transversal probeta

Si a una barra recta de sección transversal constante le aplicamos una carga de tracción o compresión, experimenta (a medida que la carga aumenta), un alargamiento (tracción) o acortamiento (compresión), cuya magnitud depende de la naturaleza y dimensiones del material, esta deformación se la denomina (l), que resulta de la diferencia entre la longitud inicial y la longitud al momento cualquiera que posee la pieza.

Para determinar el numero representativo de la deformación, se indica por unidad de longitud (todas las dimensiones con una misma unidad de medida, que dará por resultado un numero adimensional), obteniendo la deformación unitaria o especifica ().

De acuerdo a la magnitud del esfuerzo y a la naturaleza del material, las deformaciones especificas o angulares pueden ser transitorias o elásticas cuando desaparecen al cesar la carga que las originan, y permanentes o plásticas en caso contrario.

Cuando un material se rompe en su periodo elástico con muy poca deformación plástica, resulta frágil y su fractura se produce en forma brusca, tal como ocurre en la fundición, aceros resistentes, hormigones.

Cuando presenta deformación plástica resulta Dúctil, Maleable o Tenaz (aceros blandos).

Dúctil: cuando la deformación plástica se origina por esfuerzos de tracción (el material es alargado o estirado).

Maleable: cuando los esfuerzos son de compresión (aplastamiento).

Desde el punto de vista tecnológico la ductilidad es la propiedad de los materiales de permitir ser transformados en alambres o hilos (trefilado) y la maleabilidad la de dejarse extender hasta adoptar la forma de planchuelas o chapas (martillado y laminado).

Si tenemos en cuenta el trabajo absorbido por el material en su proceso de deformación hasta la rotura, el mismo será tanto mayor cuanto mayor sea su resistencia y capacidad de deformación plástica, obteniéndose lo que se conoce como:

Tenacidad: o propiedad de absorber energía que impide en muchos caso la fractura de los elementos expuestos a cargas de choque o impactos.

Resiliencia, Rechazo o Elasticidad: característica de comportarse como un resorte, cuando la carga aplicada no excede del periodo elástico del material, la carga acumulada es devuelta por el mismo al cesar aquella.

ELASTICIDAD - TENSIONES - DEFORMACIONES

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Si repitiéramos la experiencia de Hooke aplicando una carga axial P de tracción a una barra de material dúctil se producirá un alargamiento l,

P : fuerza axial
l :variación de longitud
l = lf - lo, diferencia entre la longitud final e inicial del elemento ensayado.

Son materiales dúctiles los que presentan una relativa gran deformación antes de llegar al punto de rotura, como el acero, el aluminio, la madera, etc.

Los materiales frágiles por el contrario, presentan pequeña deformación antes de llegar a la rotura, y por lo tanto rompen repentinamente como la piedra, el hormigón simple, etc.

Para dividir unos de otros se toma un valor arbitrario de las deformaciones específicas ante la rotura

r = l / lo < 0.05 materiales frágiles

r > 0.05 materiales dúctiles

El acero utilizado hoy en día en la fabricación de perfiles laminados en caliente, posee una deformación ante la rotura r » 20% lo que lo caracteriza como material dúctil.

Si graficamos la relación entre el alargamiento l y la carga aplicada P ambos variaran en forma directamente proporcional, aumentando l si aumenta P hasta un cierto valor Pmax.

P = k . l

k: constante propia del material, distinta para cada material analizado, que depende de la ductilidad del mismo.

El segmento OA indica el periodo de carga.
 

Si a continuación se hace disminuir P hasta descargar la barra analizada (periodo de descarga AO) puede ocurrir que l también logre anularse.

El material que al ser descargado recupere por completo su forma inicial (longitud lo) se denomina elástico ideal.

Si en cambio la variación de longitud l experimentada es permanente, por más que disminuya la carga aplicada, el material será plástico ideal.

En realidad, los materiales estructurales plantean un caso intermedio entre las dos posibilidades extremas anteriores.

La resistencia de materiales estudia los fenómenos de deformación para los materiales que se comportan elásticamente, es decir, que las deformaciones existan mientras existan las cargas y las remanentes sean pequeñas.