Volvemos a la carga después de un leve parón, con una nueva entrada sobre las 5 solicitaciones mecánicas, que son: tracción, compresión, flexión, cizalla y torsión las cuales os iré explicando ahora mismo, además de los materiales más característicos de cada una de las aplicaciones, el tipo de falló y la forma de reconocerlo, así como todas las curiosidades que os pueda aportar.
INDICE
Empecemos con el indice para que os podáis guiar a lo largo de la entrada:
1. Propiedades mecánicas:
1.1 Tipos de fuerzas externas.
1.2 Principales propiedades mecánicas.
2 Solicitaciones mecánicas:
2.1 Esfuerzo y deformación.
2.2 Las cinco solicitaciones mecánicas:
2.3 Compresión
2.4 Tracción
2.5 Cizalla
2.6 Flexión
2.7 Torsión
3. Ensayos:
3.1 Ensayo compresión
3.2 Ensayo tracción
3.3 Ensayo Cizalla
3.4 Ensayo flexión
3.5 Ensayo torsión
4. Conclusión
1.PROPIEDADES MECÁNICAS
1.1 Tipos de fuerzas externas
- Empezare hablando sobre las propiedades mecánicas, que son los distintos comportamientos de un material en estado solido cuando este es sometido a fuerzas externas. Tenemos 3 tipos de fuerzas externas:
Estáticas: Las cargas o fuerzas que actúan constantemente o creciendo poco a poco. Ej: nosotros ejercemos una carga estática sobre la silla al estar sentados encima de la misma.
Dinámicas: Las cargas o fuerzas actúan momentáneamente , tienen carácter de choque. Ej: cuando golpeamos la chapa que estamos trabajando en el taller para darla una forma, la estamos aplicando una carga dinámica con el martillo.
Cíclicas o de Signo variable: Las cargas varían por valor o por o por ambos simultáneamente.
1.2 Principales propiedades mecánicas
- Ahora vamos con las principales propiedades mecánicas de los materiales:
-Plasticidad: capacidad que tienen los materiales de adquirir deformaciones permanentes al superar su limite elástico. (el elemento que mejor define la plasticidad es la plastilina ya que se deforma fácilmente ante la acción de una fuerza permaneciendo esta deformación al retirarse dicha fuerza).
-Elasticidad: Propiedad de recuperar la forma original tras una deformación al cesar la causa que la producía.
-Resiliencia: Resistencia que opone un cuerpo a la rotura por choque o percusión."carga dinámica"
-Dureza: Resistencia a la penetración ante la acción de una fuerza (resistencia al rayado de otro material) "habitualmente confundida con la resistencia".
-Resistencia: Resistencia a la rotura ante esfuerzos bruscos o choques. (opuesto a la fragilidad)
-Fragilidad: Propiedad de los materiales de romper bajo la acción de un impacto
-Fatiga: es un proceso de degeneración de un material sometido a cargas cíclicas de valores por debajo de aquellos que serían capaces de provocar su rotura mediante tracción.
-Fusibilidad: Capacidad de pasar de estado solido a liquido por efecto de calor.
-Conductividad eléctrica: capacidad para transmitir la corriente eléctrica.
-Conductividad térmica: Capacidad para transmitir el calor
-Dilatación: Capacidad para aumentar de tamaño con el calor.
2.SOLICITACIONES MECÁNICAS
- Para que las solicitaciones mecánicas se produzcan en los materiales deben recibir una fuerza externa en dicho material, con lo que si sometemos a este a un esfuerzo dependiendo de la propiedades del material y de la magnitud del esfuerzo podrá sufrir una deformación, ahora os explicare lo que es un esfuerzo y una deformación:
2.1.Esfuerzo y Deformación
-Esfuerzo: Esfuerzo es la resistencia que ofrece un área unitaria del material del que está hecho un miembro para una carga aplicada externa.
-Deformación: La deformación se define como el cambio de fuerza de un cuerpo, el cual se debe a un esfuerzo al cambio térmico, al cambio de humedad o otras causas
2.2.Las cinco solicitaciones mecánicas
- Ahora si vamos con las solicitaciones mecánicas que tanto estáis esperando:
2.3 COMPRESIÓN
Esfuerzo de compresión: Las fuerzas que pueden hacer que una barra se aplaste o comprima se llaman fuerzas de compresión. Hace que se aproximen las distintas partículas de un
material, tendiendo a producir acortamientos o aplastamientos ej: Cuando pisamos una lata mismamente de coca-cola en posición vertical acortamos sus distancias, entonces la estamos sometiendo a un esfuerzo de compresión.
2.4 TRACCIÓN
Esfuerzo de tracción: Es el opuesto al de compresión. Son las fuerzas que pueden hacer que una barra se estire esto hace que las distintas partículas que componen una pieza se separen. Ej: Cuando cojemos el muelle de un bolígrafo y tiramos hacia afuera de ambos extremos, le estamos produciendo un esfuerzo a tracción, pudiendo causarlo una deformación plástica al superar su limite elástico.
2.5 CIZALLADURA/CORTADURA
Cizalladura/cortadura: Se produce cuando se aplican fuerzas perpendiculares a una pieza, haciendo que las partículas del material tiendan a resbalar o desplazarse las unas sobre las otras. Ej: Al cortar con unas tijeras un papel, estamos provocando que unas partículas tiendan a deslizarse sobre otras.
2.6 TORSIÓN
Torsión: Las fuerzas de torsión son las que hacen que una pieza tienda a retorcerse sobre
su eje central Ej: cuando escurrimos un trapo, estamos aplicando un esfuerzo por torsión.
2.7 FLEXIÓN
Flexión: Las fuerzas que actúan sobre una barra y tienden a hacer que se curve, se denominan fuerzas de flexión. Es una combinación de compresión y tracción. Mientras que las fibras superiores de la pieza sometida a flexión se acortan, las inferiores se alargan. Ej: un balda de una estantería cuando
se carga de libros.
ej: Al saltar en la tabla del trampolín de una piscina.
3.ENSAYOS
Bueno, ahora vamos a empezar con los ensayos de las solicitaciones mecánicas de los materiales, lo primero empezaremos explicando que es un ensaño:
Ensayo:Los ensayos mecánicos de materiales, nos permiten conocer sus propiedades mecánicas: Tensión de Rotura, Límite Elástico, Alargamiento, Estricción, Dureza, Resistencia al Impacto, Capacidad de doblado, etc…y por tanto podemos clasificarlos atendiendo a las especificaciones normativas de cada uno.
Además gracias a estos ensayos podemos comprobar que el material corresponde, en cada caso, con el requerido por el cliente, asegurando así la calidad de los mismos.
3.1 Ensayo compresión
Es un ensayo técnico para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión, la fuerza a que se ve sometida la probeta es uniaxial en el sentido de comprimir el material, dando lugar a acortamiento de la pieza y un ensanchamiento de la sección. En la mayoría de los casos se realiza con hormigones y metales (sobre todo aceros), aunque puede realizarse sobre cualquier material.
(podemos apreciar un ensayo de compresión de una probeta de hormigón)
(podemos apreciar la probeta después de su fractura por el ensayo a compresión)
3.2 Ensayo tracción
Consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática.(básicamente es lo opuesto al ensayo de compresión)
La probeta se sujeta por sus extremos en la máquina por medio de mordazas . Esta carga provoca que la probeta se vaya alargando en longitud y adelgazando en sección (estricción) de un modo progresivo hasta alcanzar la fractura de la pieza. Es, por tanto, un ensayo destructivo, y para que sea válido, la rotura debe producirse en la zona central de la probeta.
(fracturas por tracción)
Dentro del esfuerzo de tracción en los metales hay 3 tipos de fracturas, estas son fractura frágil, dúctil y totalmente dúctil, la fragilidad ya os la he explicado a principio de esta entrada, pero como la ductilidad no os voy a dar un pequeño inciso para que podáis entenderlo mejor.
Ductilidad:Es una propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse, permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material, debido a esto el metal dúctil sufre grandes deformaciones antes de romperse, siendo el opuesto al metal frágil, que se rompe sin apenas deformación.
(Ahora podéis apreciar los 3 tipos de fracturas en los metales, donde podréis ver claramente que la (A) es un material frágil, la (B) es un material dúctil y la (C) es una material totalmente dúctil.
3.3 Ensayo cizalladura/cortadura
Consistente en someter un material a esfuerzos crecientes y progresivos hasta llegar a la rotura, se realiza sobre materiales que van a estar sometidos a fuerzas de corte (chavetas, lengüetas, espárragos, tornillos, pernos)
El dispositivo para el ensayo se compone de ambas mordazas de cizalla templadas para alojamiento de la muestra y de la cubre junta de tracción con la cuchilla tundidora templada. La cuchilla tundidora ataca sin juego entre las dos mordazas de cizalla. Con ello se secciona la muestra a dos cortes. De esta forma se evitan prácticamente cargas de flexión que pudieran adulterar el resultado.
Se emplean muestras de cobre de 6mm de diámetro.
Aquí tenéis un video para que podais entender mejor su funcionamiento:
Como podéis ver en estas dos rotulas el tornillo han fallado por cizalla:
Una solución para este problema es que el tornillo este en double-sheer o doble cortante y se reparta la tensión entre las dos secciones.
aquí tenéis una imagen en la que os e dejado señalado el tornillo double-sheer:
3.4 Ensayo flexión
Este ensayo determina experimentalmente algunas propiedades mecánicas (esfuerzo de rotura, módulo de elasticidad) de los materiales.
Consistente en someter a una deformación plástica una probeta recta de sección plena, circular o poligonal, mediante el pliegue de ésta, sin inversión de su sentido de flexión, sobre un radio especificado al que se le aplica una presión constante. estos ensayos son muy habituales en las vigas ya que la vigas de los edificios están sometidas a grandes esfuerzos de flexión.
En este vídeo podéis apreciar como someten una viga a un ensayo de flexión:
En esta imagen podemos observar una estructura de metal que a sufrido una deformación por un esfuerzo a flexión:
Y en esta otra imagen podemos apreciar una viga fracturada después de ser sometida a flexión:
En estas imágenes podemos apreciar la diferencia entre un material dúctil como el de la primera imagen y uno frágil como el hormigón que apreciamos en la segunda.
3.5 Ensayo torsión
Con esta prueba se quiere determinar el comportamiento de ciertos materiales sometidos a cargas de giro. Los datos obtenidos del ensayo de torsión se usan para calcular el módulo de rotura en torsión y la resistencia a la torsión, entre otros.
Para realizar el ensayo lo primero es trazar una linea recta con permanente a lo largo de la probeta con el fin de poder apreciar la deformación por torsión.
Lo segundo fijaremos la probeta a las copas de la máquina de torsión, la probeta debe quedar bien sujeta y así no tener problemas de deslizamiento de la misma.
En este vídeo podéis ver como hacen el ensayo de una probeta de aluminio y la diferencia entre la fractura del acero que es la primera probeta que extrae y la de aluminio que es la que vemos el ensayo:
En esta otra foto os enseño las fallas por torsión dependiendo si es un material dúctil o frágil:
4 CONCLUSIÓN
La conclusión general que podemos sacar después de esta entrada, es que cada material tiene unas propiedades características, las cuales deberemos conocer y tener en cuenta a la hora de utilizarlos, que nos ayudaran a saber si es el adecuado para el esfuerzo al que vamos a someterlos, ademas de cuando encontremos uno ya fracturado o deformado, poder analizarlo y deducir porque a sufrido esa falla, para poder sustituirlo por otro material adecuado a esa función o remediarlo haciéndole trabajar de otra forma como sucede con el double-sheer y si no poseemos una base y una experiencia sobre este tema no podríamos solucionar dichos problemas.
Espero que hayáis aprendido todo lo posible con esta entrada, pero que no sea lo suficiente para daros por satisfechos y esperéis la siguiente con mas ganas aun por seguir aprendiendo, que ya decía mi abuela que el saber no ocupa lugar, así que ojo al dato ¡blogerzuelos!.
¡hasta la próxima entrada!
Adrián Puente Sánchez
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