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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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