UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERIA EN GEOLOGIA, MINAS,

PETROLEOS Y AMBIENTAL

CARRERA DE INGENIERÍA EN: MINAS

CURSO: FISICA II

PROF: MARCELO CHANGOLUISA

INFORME DE INVESTIGACIÓN FORMATIVA

PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES

ELABORADO POR:

Guerrero Paul

Noboa Luis

Núñez Juan

Saltos Benjamín

Usca Jennifer

Mayo, 28 del 2015

Introducción

Las propiedades mecánicas de los materiales nos permiten diferenciar un material de

otro ya sea por su composición, estructura o comportamiento ante algún efecto físico o

químico, estas propiedades son usadas en dichos materiales de acuerdo a algunas

necesidades creadas a medida que ha pasado la historia, dependiendo de los gustos y

propiamente de aquella necesidad en donde se enfoca en el material para que este

solucione a cabalidad la exigencia creada.

La mecánica de materiales estudia las deformaciones unitarias y desplazamiento de

estructuras y sus componentes debido a las cargas que actúan sobre ellas, así entonces

nos basaremos en dicha materia para saber de que se trata cada uno de

estos efectos físicos, aplicados en diferentes estructuras, formas y materiales. Esta es

la razón por la que la mecánica de materiales es una disciplina básica, en muchos

campos de la ingeniería, entender el comportamiento mecánico es esencial para el

diseño seguro de todos los tipos de estructuras.

En el presente trabajo explicaremos las propiedades mecánicas de los materiales

enfocándonos en un estudio superficial y de conocimiento básico ya que este es el

necesario para nuestra vida universitaria y carrera profesional.

Mediante el análisis de diferentes investigaciones realizadas a través de los recursos

tecnológicos existentes en la actualidad hemos llegado a conclusiones básicas y

esenciales basándonos en estas investigaciones logrando así formar nuestras propias

ideas y conceptos sobre el respectivo tema.

1. Objetivos

Objetivo general

Conocer las diferentes propiedades mecánicas de los materiales mediante la

investigación y el análisis de los principios que rigen para las mismas, para

poder conocer los comportamientos de diferentes materiales ante el

sometimiento de diferentes fuerzas.

Objetivos específicos

Investigar y analizar el tema propuesto para poder formarnos un criterio y una

idea clara sobre el mismo.

Aprender cada una de las propiedades mecánicas y saber las diferencias

existentes entre ellas para de esa manera identificarlas en un material

determinado.

2. Desarrollo

Propiedades Mecánicas de los Materiales

En ingeniería, las propiedades mecánicas de los materiales son las características

inherentes, que permiten diferenciar un material de otro. También hay que tener en

cuenta el comportamiento que puede tener un material en los diferentes procesos de

mecanización que pueda tener.

TIPOS DE FUERZAS.

Fuerzas de tensión o tracción: La fuerza aplicada intenta estirar el material a lo largo

de su línea de acción.

Fuerza de Flexión: Las fuerzas externas actúan sobre el cuerpo tratando de “doblarlo”,

alargando unas fibras internas y acortando otras.

Fuerzas de compresión: la Fuerza aplicada intenta comprimir o acotar al material a lo

largo de su línea de acción.

Fuerza de Cizalladura o cortadura: Las fuerzas actúan en sentidos contrarios sobre

dos planos contiguos del cuerpo, tratando de producir el deslizamiento de uno con

respecto al otro.

Fuerza en torsión: la fuerza externa aplicada intenta torcer al material. la fuerza

externa recibe el nombre de torque o momento de torsión.

Cualquier fuerza externa que se aplique sobre un material causa deformación, la cual se

define como el cambio de longitud a lo largo de la línea de acción de la fuerza.

Para estudiar la reacción de los materiales a las fuerzas externas que se aplican, se

utiliza el concepto de esfuerzo.

El esfuerzo tiene las mismas unidades de la presión, es decir, unidades de fuerza por

unidad de área. En el sistema métrico, el esfuerzo se mide en Pascales (N/m2). En el

sistema inglés, en psi (lb/in2). En aplicaciones de ingeniería, es muy común expresar el

esfuerzo en unidades de Kg /cm2.

RESISTENCIA MECÁNICA

Capacidad de los cuerpos para resistir las fuerzas aplicadas sin romperse. La resistencia

mecánica de un cuerpo depende de su material y de su geometría. Como disciplina, La

Resistencia de Materiales combina los datos de material, geometría y fuerzas aplicadas

para generar modelos matemáticos que permiten analizar la resistencia mecánica de los

cuerpos.

Los esfuerzos principales son:

Esfuerzo de Tensión

Esfuerzo de Compresión

Esfuerzo Cortante

TENACIDAD

Más allá que la tenacidad sea uno de los atributos más importantes en un proyecto de

estructuras, no es el único. En el caso de estructuras de ingeniería es importante que la

tenacidad sea combinada con la resistencia.

Esto es porque la experiencia ha demostrado que muchas fallas en el proyecto a

temperaturas por debajo del caudal no se producen como consecuencia de la

deformación plástica, sino debido a la fractura de estrés por debajo del límite de

elasticidad.

Los proyectos de ingeniería más antiguos no tomaban en consideración la tenacidad

debido a la falta de una buena base teórica. Como consecuencia se presentaban fallas

prematuras en grandes estructuras que eran comunes en el pasado.

Esas fallas no ocurrían inclusive con más frecuencia porqué:

1 – Era común emplear altos factores de seguridad, resultando en una tensión admisible

muy baja

2 – Las juntas eran mecánicas tales como tornillos y remaches de forma que la falla en

una parte no se trasladaba a la estructura en un todo.

3 – El uso de materiales con espesura razonablemente más fina permitió que la

concentración de tensión sean evaluadas a través de su deformación plástica.

Esa situación ha cambiado progresivamente a través de los años. El creciente uso de

precisos cálculos computacionales contribuye para el uso de bajos factores de seguridad,

soldado y ahora el más importante método de articulación, el material tiende a ser más

fino.

De hecho es posible proveer la tenacidad requerida porque el material que es tenaz a

toda temperatura y esfuerzo al que se lo exponga. El problema pasa por conocer:

1 – Que nivel de tenacidad es requerido para asegurar la satisfactoria performance a un

costo razonable

2 – Como especificarla en un cierto grado

A un nivel dado de resistencia elevada, más tenacidad significa un costo más elevado

para la obra y no sería rentable obtener más tenacidad de la mínimamente requerida

El significado de la tenacidad

Tenacidad es la energía mecánica, o sea, el impacto necesario para llevar un material a

su ruptura. Si un material es tenaz el puede sufrir un alto grado de deformación sin

romperse.

En otras palabras, tenacidad es una medida de cantidad de energía que un material

puede absorber antes de fracturarse.

Los materiales cerámicos por ejemplo, tienen una baja tenacidad.

Tal energía puede ser calculada a través del área de un gráfico de tensión-deformación

del material por tanto basta integrar la curva que define el material, del origen hasta su

ruptura.

Según su tenacidad un material puede ser:

Friable (frágil, quebradizo): Que puede ser roto o reducido a polvo con facilidad.

Maleable: Puede ser transformado fácilmente en láminas

Sestil: Puede fácilmente ser cortado con navaja

Dúctil: Puede ser transformado fácilmente en cables

Flexible: Puede ser doblado pero no recupera su forma anterior

Elástico: Puede ser doblado pero recupera su forma anterior

Tenacidad puede ser también definida como la resistencia a la fractura. Un material que

presenta un bajo nivel de tenacidad es denotado como frágil y su fractura puede ser

inducida con la aplicación de un pequeño esfuerzo

El esfuerzo destinado puede ser pensado en términos de tensión o energía dándonos

diferentes, pero igualmente válidas formas de encarar el problema de las fracturas, como

mostramos en la tabla a continuación.

En esta tabla podemos ver que la fractura puede ser categorizada en términos de la

velocidad en la cual ella se propaga.

FRAGIL TENAZ

TENSIÓN La fractura se produce a un

nivel de tensión por debajo de

lo que se requiere para ser

eliminados a través de la

sección transversal

La fractura ocurre a un nivel de

tensión que corresponde al que

es requerido para proceder a la

eliminación a través de su

sección transversal

ELASTICIDAD

Se refiere a la propiedad que presentan los materiales de volver a su estado inicial

cuando se aplica una fuerza sobre él. La deformación recibida ante la acción de una

fuerza o carga no es permanente, volviendo el material a su forma original al retirarse la

carga. En física el término elasticidad designa la propiedad mecánica de ciertos

materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción

de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se

eliminan.

Es la propiedad de un material que le permite regresar a su tamaño y formas originales,

al suprimir la carga a la que estaba sometido. Esta propiedad varía mucho en los

diferentes materiales que existen.

Para ciertos materiales existe un esfuerzo unitario más allá del cual, el material no

recupera sus dimensiones originales al suprimir la carga. A este esfuerzo unitario se le

conoce como Límite Elástico.

Todos los materiales poseen limite elástico unos de un valor inferior o superior a otro,

los materiales con un alto limite elástico se consideran materiales elásticos, mientras

que los que lo poseen de un valor menor se les conoce como materiales plásticos o

frágiles.

DUREZA

Es la resistencia de un cuerpo a ser rayado por otro. Opuesta a duro es blando. El

diamante es duro porque es difícil de rayar. Es la capacidad de oponer resistencia a la

deformación superficial por uno más duro. La dureza es la oposición que ofrecen los

materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las

deformaciones permanentes; entre otras. También puede definirse como la cantidad de

energía que absorbe un material ante un esfuerzo antes de romperse o deformarse. Por

ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tiene mucha

dureza, mientras que el vidrio es mucho más difícil de rayar. En metalurgia la dureza se

mide utilizando un durómetro para el ensayo de penetración. Dependiendo del tipo de

punta empleada y del rango de cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas

para distintos rangos de dureza. El interés de la determinación de la dureza en los aceros

estriba en la correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo un

método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo que su uso

está muy extendido.Hasta la aparición de la primera máquina Brinell para la

determinación de la dureza, ésta se medía de forma cualitativa empleando una lima de

acero templado que era el material más duro que se empleaba en los talleres.

Las escalas de Dureza de uso industrial son las siguientes:

Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de W.

Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con

chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a tracción.

Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con

la profundidad de señales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con

una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza estándar.

Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos

bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición

directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no

destructivo por el pequeño tamaño de la huella.

Rockwell superficial: Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell

superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de

afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de

endurecimiento superficial.

Dureza Rosiwal: Mide en escalas absoluta de durezas, se expresa como la

resistencia a la abrasión medias en pruebas de laboratorio y tomando como base

el corindón con un valor de 1000.

Dureza Shore:Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la

superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias

escalas. A mayor rebote -> mayor dureza. Aplicable para control de calidad

superficial. Es un método elástico, no de penetración como los otros.

Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide

cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de

la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con

chapas de hasta 2mm de espesor.

Dureza Webster: Emplea máquinas manuales en la medición, siendo apto para

piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se

suele convertir a valores Rockwell.

En mineralogía se utiliza la escala de Mohs, creada por el Aleman Friedrich Mohs en

1820, que mide la resistencia al rayado de los materiales:

Dureza Mineral Composición

química

1 Talco, (se puede rayar fácilmente con la uña) Mg3Si4O10(OH)2

2 Yeso, (se puede rayar con la uña con más dificultad) CaSO4·2H2O

3 Calcita, (se puede rayar con una moneda de cobre) CaCO3

4 Fluorita, (se puede rayar con un cuchillo) CaF2

5 Apatita, (se puede rayar difícilmente con un

cuchillo)

Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)

6 Feldespato, (se puede rayar con una cuchilla

de acero)

KAlSi3O8

7 Cuarzo, (raya el acero) SiO2

8 Topacio, Al2SiO4(OH-,F-)2

9 Corindón, (sólo se raya mediante diamante) Al2O3

10 Diamante, (el mineral natural más duro) C

Conclusiones

Mediante el trabajo realizado pudimos conocer las propiedades mecánicas de los

materiales, saber sus principales características y la manera en que las fuerzas actúan

sobre ellos dándole las diferentes propiedades.

Logramos realizar nuestro propio trabajo y conceptos basándonos en los artículos

investigados y analizados comprendiendo de esta manera la importancia de las

propiedades mecánicas de los diferentes materiales.

Aprendimos cada una de las propiedades mecánicas, sus características su

comportamiento su interacción con el medio externo su importancia su utilidad

clasificación entre otros datos importantes de cada propiedad.

Bibliografía

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