solicitaciones de los materiales

¡ Hola amigos! pues bien en esta nueva entrada intentare explicaros las 5 solicitaciones mecánicas  a las que están expuestas un Material . Bueno voy a hacer un pequeño indice de como os explicare detalladamente los 5 puntos.

• TRACCIÓN
• COMPRESIÓN
• FLEXIÓN
• TORSIÓN
• CIZALLA 

SOLICITACIONES DE LOS MATERIALES

Cuando se diseña cualquier objeto o estructura se debe tener en cuenta que los elementos que lo forman van a estar sometidos a diferentes tipos de esfuerzos, cargas y acciones que deberán soportar. 

Las propiedades mecánicas de los materiales nos permiten diferenciar un material de otra ya sea su composición, estructura o comportamiento ante algún efecto físico o químico.

La mecánica de materiales estudia las deformaciones unitarias y desplazamiento de estructuras y sus componentes debido a las cargas que actúan sobre ellas.

La deformación es el cambio en el tamaño o forma del material debido a esfuerzos internos producidos por una o mas fuerzas aplicadas sobre el mismo.

las Propiedades mecánicas de los materiales que describen como se comportan un material cuando se aplican fuerzas externas, y a diferentes clases de esta misma a las cuales pueden ser sometidos.

Los tipos de esfuerzos que deben soportar los diferentes elementos de las estructuras son:

TRACCIÓN

El la mayoría de las ocasiones, los materiales metálicos se emplean con fines estructurales, es decir, los componentes fabricados con metales deben responder de forma adecuada a determinadas situaciones mecánicas. Es decir tendrán que responder eficientemente a los esfuerzos que va a ser sometido.

Uno de los ensayos mecánicos tensión-deformación más común es el realizado a tracción. El ensayo de tracción puede ser utilizado para determinar varias propiedades de los materiales. Normalmente se deforma un material metálico  hasta rotura, con una carga de tracción que aumenta gradualmente y que es aplicada úniaxialmente a lo largo del eje del material.

Los ensayo para materiales metálicos se obtienen, generalmente por mecanizado de una muestra del producto objeto de ensayo, o de una muestra moldeada. En el caso de tratarse de productos que tengan una sección constante (perfiles, barras, etc.) o de barras obtenidas por moldeo, se pueden utilizar las muestras sin mecanizar. La sección del material puede ser circular, cuadrada o rectangular.

• PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL DE TRACCIÓN  

El ensayo consiste en deformar el material por estiramiento uniaxial y registrar dicha deformación frente a la tensión aplicada. Se realiza en dinamómetros o maquinas de tracción con velocidad regulable. En la imagen se puede ver como queda el material sometido a ensayo de tracción.

Os mostrare un vídeo de como se hace un ensayo de tracción en una maquina. Allí podréis ver que la probeta se coloca dentro de las mordazas tensoras, de manera que se adapten bien y tengan efecto de cuña. La fuerza inicial no debe ser demasiado alta, porque de lo contrario podría falsear en el resultado del ensayo. Así mismo se debe cuidar que no se produzca deslizamiento de la probeta. La maquina esta diseñada para alargar la probeta a una velocidad constante y para medir continua y simultáneamente la carga instantánea aplicada. El ensaño dura varios minutos y es destructivo, osea la probeta del ensayo es deformada permanentemente y a menuda hasta su rotura.

El ensayo de tracción nos permite tener informacion de la capacidad  que tiene el material y hasta donde puede llegar soportar un cierta cantidad de carga o esfuerzo que en este caso sera sometido a 

tracción.

COMPRESIÓN

La compresión es una presión que tiende a causar una reducción del volumen. Un cuerpo se encuentra sometido a compresión si las fuerzas aplicadas tienden a aplastarlo o comprimirlo. Los pilares y Columnas son ejemplos de elementos diseñados para resistir esfuerzos de compresión.

En ingeniería, el ensayo de compresión, es un ensayo técnico para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión. En la mayoría de los casos se realiza con hormigones y metales sobre todo aceros, aunque puede realizarse sobre cualquier material. Se realiza preparando probetas normalizadas que se someten a compresión en una máquina. Los ensayos practicados para medir el esfuerzo de compresión son contrarios a los aplicados al de tracción. con respecto al sentido de la fuerza aplicada.

En esta imagen podemos ver como los tres materiales responden de diferente manera al ser sometidos a esfuerzos de compresión. 

Por ejemplo el hormigón es un material que como otros materiales cerámicos resisten bastante bien a esfuerzos de compresión, si embargo no pasa lo mismo cuando cuando este material es sometido a tracción ya que es muy frágil.

Os mostrare un vídeo sobre el ensayo de compresión, este ensayo se hace con la finalidad de ver que capacidad de resistencia tiene el material al ser sometido a este esfuerzo. En este caso el vídeo sera de un ensayo de compresión en hormigo.

FLEXIÓN

Es el esfuerzo que tiende a doblar o curvar el material. las fuerzas que actúan son paralelas a las superficies que sostiene el material. siempre que existe flexión también hay esfuerzo de tracción y de compresión.

Es el tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñadas para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas.
El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento flector.

Las vigas o arcos son elementos estructurales pensados para trabajar predominantemente en flexión. Geométricamente son prismas mecánicos cuya rigidez depende, entre otras cosas, del momento de inercia de la sección transversal de las vigas.Una placa es un elemento estructural que puede presentar flexión en dos direcciones perpendiculares.

Os mostrare un vídeo del ensayo del material sometido a esfuerzo de flexión. En este caso en concreto mediremos las capacidad de resistencia que tiene la madera.

TORSIÓN

¿Que es la torsión?  es la acción de una fuerza en un cuerpo para retorcerlo sobre su eje central, por ejemplo los ejes, las manivelas los cigüeñales y los palieres son piezas de coches que estan sometidos a este esfuerzo.

Es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.

La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él (ver torsión geométrica).

El estudio general de la torsión es complicado porque bajo ese tipo de solicitación la sección transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenómenos:

• Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal. Si estas se representan por un campo vectorial sus líneas de flujo "circulan" alrededor de la sección.
• Cuando las tensiones anteriores no están distribuidas adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la sección tenga simetría circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.

En esta imagen se ve el punto donde se aplican la fuerza y hacia donde van esas fuerzas, en este caso para que se de la torsión aplican la fuerza en sentido contrario, en tracción también se aplican fuerzas en sentido contrario pero a diferencia de la tracción la torsión aplica las fuerzas contrarias pero sobre su eje central.

En este vídeo se aplica el esfuerzo de torsión a una probeta de aluminio, el aluminio es un material muy débil al ser sometido a esta solicitación.

CIZALLADURA(CORTAR)

La cortadura (cizalladura o tensión cortante) es el esfuerzo que soporta una pieza cuando sobre ella actúan fuerzas contenidas en la propia superficie de actuación. Un ejemplo de esfuerzo de cortadura sería el que soportan los roblones después de colocados. 

Generalmente, el esfuerzo de cortadura no se presenta aislado, suele ir acompañado de algún otro esfuerzo. En el caso de los roblones, por ejemplo, están sometidos además de a la tensión de cortadura, a otra tensión de tracción necesaria para mantener unidas dos chapas metálicas.

Os mostrare un vídeo de un ensayo de cizalladura. En el vídeo se ve un tornillo sometido a cizalladura y como dos trozos de metal son capaces de cortar el tornillos.

MATERIALES PARA LAS HERRAMIENTAS DE CORTE 

En este apartado he creído conveniente hablar de que materiales están echos las herramientas de corte que nos podríamos encontrar en un taller. esta echos de los siguientes materiales:

• Molibdeno: Es un elemento para formar carburos y aumentar las resistencia mecánicas, las resistencias al desgaste y la dureza en caliente. Siempre se utiliza junto con otros elementos de aleación. El contenido es  hasta de 10%.
• Tungsteno: Mejora la dureza en caliente y la resistencia mecánica; el contenido es entre 1.25% y 20%
• Cromo: Se agrega para aumentar la resistencia al desgaste y la tenacidad el contenido es entre 1.25% y 20%.
• Cobalto: Suele emplearse en aceros de alta velocidad para aumentar la dureza en caliente, a fin de poder emplear las herramientas con velocidades de corte y temperaturas mas altas y aun asi mantener la dureza y los filos. El contenido es entre 5%y 2%
• Vanadio: Aumenta la dureza en caliente y la resistencia a la abrasión, el contenido de los aceros al carbono para herramientas es de 0.2% a 0.50%, en los aceros de altas velocidades es entre 1% y 5%.

MATERIALES MAS COMUNES SOMETIDAS A LAS 5 SOLICITACIONES

Nombraremos los materiales mas comunes que suelen trabajar sometidas a las 5 solicitacines ya explicadas.

• El hormigón: ¿Que es el hormigón? ; el hormigón es una mezcla de áridos, cementos, aditivos y agua. Es el material de construcción mas común y mas utilizado. Se utiliza en edificación u obra civil para la realización de estructuras armadas o no, o masas.

La principal característica estructural de hormigón es que resiste muy bien los esfuerzos de compresión, pero  no tiene buen comportamiento frente a otros tipos de esfuerzos ( Tracción, Flexión, cortante, etc), por esta razón es habitual usarlo asociado a ciertas armaduras de acero, recibiendo en este caso la denominación de Hormigón armando, o concreto pre-reforzado en algunos lugares; comportándose el conjunto muy favorablemente ante las diversas solicitaciones. Cuando se proyecta un estructura de hormigón armado se establecen las dimensiones de los elementos, el tipo de hormigón, los aditivos y el acero que hay que colocar en función de los esfuerzos que deberá soportar y de las condiciones ambientales a que estará expuesto.

• El acero: El acero es básicamente un aleación o combinación de hierro y carbono ( alrededor de 0.5% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el cromo o níquel se agregan con propósitos determinados.

Características positivas de los aceros: Alta resistencia mecánica. Los aceros son materiales con alta resistencia mecánica al someterlos a esfuerzos de tracción y compresión y lo soportan por la contribución química que tienen los aceros. Por medio de los ensayos de laboratorio se determina la resistencia a tracción y compresión evaluando su limite elástico y el esfuerzo de rotura.

-Elasticidad: La elasticidad de los aceros es muy alta, en un ensayo de tracción de acero al estirarse antes de llegar a su limite elástico vuelve a su condición original.

-Soldabilidad: Es un material que se puede unir por medio de soldadura y gracias a esto se pueden componer una serie de estructuras con piezas rectas.

-Ductilidad: Los aceros tienen una lata capacidad para trabajarlos, doblarlos y torcerlos.

-Forjabilidad: Significa que al calentarse y al darle martillazos se les puede dar cualquier forma deseada .

-Trabajabilidad: Se pueden cortar y perforar a osea de que es muy resistente y aun asi siguen manteniendo si eficacia.

Características negativas: Oxidación. Los aceros tienen una alta capacidad de oxidarse si se exponen al aire y al agua simultáneamente y se puede producir corrosión del material si se trata de agua salina.

-Transmisor de calor y electricidad: El acero es un alto transmisor de corriente y a su vez se debilita mucho a altas temperaturas, por lo que es preferible utilizar aceros al níquel o al aluminio o tratar de protegerlos haciendo ventilados y evitar hacer fabricas de combustible o plástico con este tipo de material estas dos desventajas son manejables teniendo en cuenta la utilización de los materiales y el mantenimiento que se les de a los mismos.

La madera: La orientación de las fibras que componen la madera dan lugar a la anisotropía de su estructura, por lo que a la hora de definir sus propiedades mecánicas hay que distinguir siempre entre la dirección perpendicular y la dirección paralela a la fibra. En este hecho radica la principal diferencia de comportamiento frente a otros materiales utilizados en estructuras como el acero y el hormigón. Las resistencias y módulos de elasticidad en la dirección paralela a la fibra son mucho más elevados que en la dirección perpendicular.

La madera como el hormigón soportan bien a la compresión, pero ademas de ello a diferencia del hormigón tienes mas resistencia a la flexión. Un buen ejemplo es lo que hacemos con la sillas de casa al sentarnos estamos comprimiendo la madera y los vigas que antiguamente se utilizaban en las casa que también estaban sometidas a compresión. 

Con este ultimo punto hemos terminado esta entrada. En conclusión hoy hemos aprendido que en nuestra vida cotidiana nos podemos encontrar tanto en casa como en la calle materiales que están sometidos a estas 5 solicitaciones, Espero haber dejando claro cada uno de los `puntos expuestos y que se de mucha utilidad hasta la próxima entra.