MATERIALES DE CONSTRUCCION
DEFORMACIONES AXIALES
DEFINICION
SI UN CUERPO O ELEMENTO SE SOMETE A UNA FUERZA AXIAL, EL CUERPO
PRESENTAR UN EFECTO DE DEFORMACIN.
Donde: = Esfuerzo NormalE = Mdulo de Elasticidad = Deformacin
unitaria
LA DEFORMACION DEPENDERA:
DE LA LONGITUD DEL CUERPODEL MATERIAL QUE SE EST SOMETIENDO A
CARGADE LA SECCIN TRANSVERSAL DEL CUERPO
PROPIEDADES MECANICA DE LOS MATERIALES:LA RESISTENCIA DE
MATERIALES DIFERENCIA CLARAMENTE LA PARTE TEORICA Y LA
EXPERIMENTAL.
EN LA PARTE TERICA:ESTUDIA MEDIANTE MODELOS MATEMTICOS
(ECUACIONES) LOS ESFUERZOS Y DEFORMACIONES PRODUCIDOS EN EL
INTERIOR DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES POR LAS FUERZAS
APLICADAS.
HACE USO INTENSIVO DE:LOS DIAGRAMAS DE CUERPO LIBRELAS
ECUACIONES DE EQUILIBRIOLAS RELACIONES GEOMTRICAS ENTRE LAS
DIMENSIONES DE LOS ELEMENTOS Y SUS DEFORMACIONES TANTO LINEALES
COMO ANGULARES.
EN LA PARTE EXPERIMENTAL:
ENSAYA EN EL LABORATORIO PROBETAS DE MATERIALES SOMETINDOLAS A
DIFERENTES TIPOS DE CARGAS PARA CALCULAR LOS ESFUERZOS RESISTENTES
DE LOS MATERIALES, Y
ADICIONALMENTE MEDIANTE LA MEDICIN DE LAS DEFORMACIONES
PRODUCIDAS BUSCA ENCONTRAR RELACIONES ENTRE ESTAS Y LOS ESFUERZOS
APLICADOS, CON EL FIN DE DETERMINAR LO QUE SE CONOCE COMO LAS
CARACTERSTICAS ACCIN-RESPUESTA DE LOS MATERIALES LO CUAL
PERMITIR:
DETERMINAR PARMETROS COMO LOS MDULOS DE ELASTICIDAD Y DE CORTE,
LA RELACIN DE POISSON Y LA DUCTILIDAD DE LOS MATERIALES
ENSAYADOS.
ENSAYO DE COMPRESION DE BLOQUES DE CONCRETO
ENSAYO DE COTE DE TORNILLOS
ENSAYO DE RESISTENCIA DE UN MURO
RELACION ESFUERZO - DEFORMACION
LEY DE HOOKEROBERT HOOKE EN SU LIBRO DE POTENCIA RESTITUTIVA
(1679), ESTABLECI LA FAMOSA LEY QUE RELACIONA FUERZAS Y
DEFORMACIONES. CON UN SENCILLO DISPOSITIVO EN EL CUAL A UN PLATO SE
LE VAN AGREGANDO PESOS Y SE VAN MIDIENDO LAS DEFORMACIONES
PRODUCIDAS PROGRESIVAMENTE EN EL RESORTE ENCONTRANDO UNA
PROPORCIONALIDAD DIRECTA ENTRE LOS PESOS APLICADOS Y LAS
DEFORMACIONES.
SIN EMBARGO, PARA ESTUDIAR LAS PROPIEDADES DE UN MATERIAL, DEBEN
RELACIONARSE CANTIDADES UNITARIAS (ESFUERZO Y DEFORMACIN UNITARIA )
DE TAL MANERA QUE EN LA LEY QUEDEN OBVIADAS EL REA Y LA LONGITUD DE
LA PROBETA ENSAYADA.
MODULO DE ELASTICIDAD, DUCTILIDAD Y RESISTENCIA
LA PENDIENTE INICIAL DE LA GRFICA NOS DICE CMO VARAN LAS
DEFORMACIONES UNITARIAS AL INCREMENTARSE LOS ESFUERZOS. PARA VARIOS
MATERIALES ESTA PRIMERA PARTE DE LA GRFICA ES LINEAL PRESENTNDOSE
POR TANTO UNA RELACIN DIRECTA ENTRE ESFUERZO Y DEFORMACIN.
SI ESCRIBIMOS LA ECUACIN DE LA RECTA OBTENDREMOS LA EXPRESIN
ACTUAL DE LA LEY DE HOOKE: = ESIENDO E, LA PENDIENTE DE LA
RECTA.ESTE VALOR QUE ES CARACTERSTICO DE CADA MATERIAL SE CONOCE
COMO EL MDULO DE ELASTICIDAD O MDULO DE YOUNG DEL MATERIAL Y NOS
DICE QUE TAN RGIDO ES UN MATERIAL.
LA RIGIDEZ, LA RESISTENCIA Y LA DUCTILIDAD SON PROPIEDADES
MECNICAS DE LOS MATERIALES:RIGIDEZ: CAPACIDAD DE OPONERSE A LAS
DEFORMACIONESRESISTENCIA: CAPACIDAD DE OPONERSE A LA
ROTURADUCTILIDAD: CAPACIDAD DE DEFORMARSE ANTES DE ROMPERSE.
ELASTICIDAD Y PLASTICIDADLP: Esfuerzo en el lmite de
proporcionalidad.Hasta este punto la grfica es lineal.
Proporcionalidad directa entre Esfuerzo y Deformacin.y : Esfuerzo
de fluencia.A partir de este punto el material "fluye" producindose
un aumento de la deformacin sin necesidad de aumentar el esfuerzo.
max: Despus de la fluencia.Al producirse un "endurecimiento por
deformacin" (la energa aplicada calienta el material), el material
adquiere capacidad de resistir ms esfuerzo producindose un aumento
de la pendiente de la grfica hasta alcanzar el esfuerzo mximo.
ROTURA NOMINAL:A partir del esfuerzo mximo alcanzado se produce
un angostamiento de la seccin de la barra ensayada (Estriccin)
hasta que finalmente se produce la rotura. La rotura nominal. es
igual a la carga de rotura dividida por el rea inicial de la
probeta (sin tener en cuenta la estriccin). ROTURA REALEs igual a
la carga de rotura dividida por el rea final de la seccin
transversal (calculada con el dimetro final de la probeta).
Factor de Seguridad (n)La Ingeniera no es una ciencia exacta.
Tanto en el clculo de las estructuras como en la previsin de las
cargas que actuarn sobre ellas, los ingenieros estn expuestos a
incertidumbres de distinto tipo que hacen que deban tomar
previsiones que garanticen con una alta probabilidad que no se
producirn fallas.Estas previsiones se denominan factores de
seguridad.
Las incertidumbres que se presentan se deben a los siguientes
factores:Incertidumbre en las cargas a considerar: A pesar de todos
los estudios estadsticos que se hagan para determinar las cargas
mximas que actuarn sobre una estructura durante su vida til, nunca
ser posible hacerlo con total exactitud.
2.Incertidumbre en las propiedades mecnicas de los materiales:
Se calculan a partir de anlisis estadsticos de los resultados de
ensayos practicados a muestras de los materiales que se emplearn en
la construccin de estructuras.
3.Incertidumbre en las dimensiones de los elementos
estructurales: Es muy difcil garantizar que las dimensiones con que
se construyen los elementos de una estructura sean exactamente
iguales a los especificados en los planos arquitectnicos y
estructurales.
Incertidumbre en la precisin de los clculos: En los mtodos de
clculo de estructura se hacen suposiciones que simplifiquen el
anlisis y disminuyan los tiempos del anlisis.Esto obviamente tiene
un costo en el sentido de que los modelos matemticos empleados no
siempre representan de manera exacta la manera como se comportar la
estructura en la realidad.
Factor de Seguridad (n)DEFINICION
Se puede definir como el ndice que permite relacionar la
resistencia caracterstica del material con el esfuerzo al que se
somete una determinada pieza o elemento de mquina.
Donde:S = Resistencia a la tensin normalSs = Resistencia a la
tensin cortante del material
Esfuerzos admisibles:Se calcula dividiendo el esfuerzo que
resiste el material por el factor de seguridad (mayor que 1), de
tal manera que aunque uno "sabe" que el material tiene una
resistencia dada, lo "pone a trabajar" a un esfuerzo menor (el
esfuerzo admisible).
El factor de seguridad debe contemplar:
Tipos de cargaCalidad del MaterialPeligro o riesgo para la
personas y aspectos econmicos.
DEFORMACION POR CORTE
LEY DE HOOKE EN ESFUERZO CORTANTE
Anteriormente fue expuesta la aplicacin de la Ley de Hooke para
esfuerzo normales, es as que tambin se puede expresar esta ley para
los esfuerzos cortantes a partir de la siguiente expresin:
Como es un ngulo tan pequeo:
Por lo tanto si comparamos la Ley de Hooke para Esfuerzos
Normales y Cortantes tenemos que:
Donde: = Esfuerzo CortanteG = Mdulo de rigidez = Deformacin
angular
