PROPIEDADESMECÁNICAS(MECHANICALPROPERTIES)UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICACARRERA DE I...
Describen la forma en que un material soporta fuerzasaplicadas, incluyendo fuerzas de tensión, compresión, impacto,cíclica...
Las propiedades mecánicas de los materiales nos permitendiferenciar un material de otro ya sea por su composición,estructu...
 Su objetivo es determinar la respuesta de una material antela aplicación de una fuerza.𝛿 =𝑃𝐴 Los elementos de una estru...
 Esfuerzos de Compresión: cuando las cargas que soporta elelemento tienden a aplastarlo.Ejm. Las columnas Esfuerzos de C...
 Esfuerzos Torsores: cuando las cargas que soporta elelemento tienden a aplastarlo.Ejm. Las columnas Esfuerzos Flectores...
Máquina semejante a una prensa con la que es posible sometermateriales a los tres principales ensayos: tracción, compresió...
 DIAGRAMA ESFUERZO – DEFORMACIÓN(STRESS/STRAIN DIAGRAM)Es la curva resultante graficada con los valores del esfuerzo y la...
 ELASTICIDAD (ELASTICITY)Propiedad en virtud de la cual un cuerpo se deforma de maneraproporcional a la carga aplicada y ...
PROPERTIES DERIVED FROM STRESS/STRAINDAIGPropiedades derivadas del diagramaesfuerzo -deformación• RESISTENCIA• RIGIDEZ• DU...
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 Resistencia a latensión(aleacionesmateriales,materialescompuestos)• Resistencia a la compresión• Resistencia a corte.
PUNTO DE LIMITE ELASTICO/LIMITEELASTICO.Es el esfuerzo máximoque un material puedesoportar sin sufrirdeformacionespermanen...
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 RIGIDEZ AXIAL. RIGIDEZ FLEXIONAL RIGIDEZ FRENTE A CORTANTE
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TOUGHNESSEl módulo de tenacidadindica la cantidad deenergía necesaria, porunidad de volumen, que senecesita para que sepro...
T= R+AA+AB+AC+AD+AE+AFPuede ser calculadocomo el área bajo lacurva de esfuerzo-deformación desde elorigen hasta la ruptura...
THE IMPACT TESTER.El ensayo de impacto consisteen dejar caer un pesadopéndulo, el cual a su pasogolpea una probeta ubicada...
Viga horizontal Viga vertical en volado.Charpy (ASTM D 6110) (ASTM D 4812)
RESISTENCIA AL IMPACTO (IMPACT RESISTANCES)La resistencia al impacto describe la capacidad del material a absorbergolpes y...
 La diferencia entre los dos radica en la forma como seposiciona la muestra. La probeta que se utiliza para ambosensayos ...
TRANSITION TEMPERATURE OR NIL DUCTILITY TEMP. Ensayo de impacto paradeterminar latemperatura detransición a ductilidadnul...
 A temperaturas por encimade la NDT cuando se realizaun ensayo de tracción, unapieza de acero se estira o sedeforma de ma...
 DUREZA (HARDNESS)La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones comola penetración, la abrasión, el...
Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante(en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya quela ...
 Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acerotemplado o carburo de W. Para materiales duros, es pocoexacta pero fá...
 Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas,y se valoran con la profundidad de señales grabadas sobre un...
FATIGA (FATIGUE) Se refiere un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajocargas dinámicas cíclicas se produce ...
La fatiga es una forma de rotura que ocurre en estructuras sometidasa tensiones dinámicas y fluctuantes (puentes, automóvi...
CREEPn En muchas aplicaciones los componentes se ven obligados asoportar cargas constantes durante lapsos prolongados, c...
 Etapas del Creep: La primera parte es la deformación elástica y ocurre casiinstantáneamente, bajo la acción de la tensi...
 La segunda es la componente transitoria cuya característicaprincipal es que tiene tasa (“velocidad”) decreciente. Ladefo...
ROTURA DE TENSIÓN (STRESS RUPTURE)Se denomina tensión de rotura, a la máxima tensión que un materialpuede soportar al ser ...
 La tensión de rotura se obtiene por lo general realizando unensayo de tracción y registrando la tensión en función de la...
4) ANALISIS DE FALLAConcentración de esfuerzos(stress concentration).Si un miembro esta cargado ytiene alguna ranura, orif...
Smax: Kf * SDonde:Kf= factor deconcentración deesfuerzos.S= es el esfuerzo delmiembro considerandoque no existeirregularid...
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  1. 1. PROPIEDADESMECÁNICAS(MECHANICALPROPERTIES)UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICACARRERA DE INGENIERÍA CIVILCOMPUTACIÓN APLICADA- Gabriela Moya- Lenin Silva27 / Mayo / 2013 10° Semestre “A”
  2. 2. Describen la forma en que un material soporta fuerzasaplicadas, incluyendo fuerzas de tensión, compresión, impacto,cíclicas o de fatiga, o fuerzas a altas temperaturas.La mecánica de materiales estudialas deformaciones unitarias ydesplazamiento de estructuras ysus componentes debido a lascargas que actúan sobre ellas.1) DEFINICIÓN (DEFINITION)
  3. 3. Las propiedades mecánicas de los materiales nos permitendiferenciar un material de otro ya sea por su composición,estructura o comportamiento ante algún efecto físico oquímico.Esta es la razón por la que la mecánica de materiales es una disciplinabásica, en muchos campos de la ingeniería, pues entenderel comportamiento mecánico es esencial para el diseño seguro de todoslos tipos de estructuras.
  4. 4.  Su objetivo es determinar la respuesta de una material antela aplicación de una fuerza.𝛿 =𝑃𝐴 Los elementos de una estructura deben de aguantar, ademásde su propio peso, otras fuerzas y cargas exteriores queactúan sobre ellos Esfuerzos de Tensión: Cuando una barra es sometida a unacarga de estiramiento, esta tiende a tensionar el miembro.Ejm. Los cables de un puente colgante2) ANTECEDENTES SOBRE LOS ENSAYOSMECÁNICOS DE LOS MATERIALES (BACKGROUNDON MECHANICAL TESTING OF MATERIALS)
  5. 5.  Esfuerzos de Compresión: cuando las cargas que soporta elelemento tienden a aplastarlo.Ejm. Las columnas Esfuerzos de Cortantes: es el esfuerzo interno o resultante delas tensiones paralelas a la sección transversal, cuando lascargas que soporta la pieza tienden a cortarla.Ejm. Los puntos de apoyo de las vigas
  6. 6.  Esfuerzos Torsores: cuando las cargas que soporta elelemento tienden a aplastarlo.Ejm. Las columnas Esfuerzos Flectores: Un elemento estará sometido a flexióncuando actúen sobre el cargas que tiendan a doblarlo.Ejm. las vigas de una estructuraLos miembros cargados tienden a cambiar su forma (seccióntransversal o longitudinal).Deformación = cambio en la longitudEsfuerzo = deformación / longitud del miembro
  7. 7. Máquina semejante a una prensa con la que es posible sometermateriales a los tres principales ensayos: tracción, compresióny corte para medir sus propiedades. La presión se logramediante placas o mandíbulas accionadas por tornillos o unsistema hidráulico.MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYO(UNIVERSAL TESTING MACHINE - UTM)
  8. 8.  DIAGRAMA ESFUERZO – DEFORMACIÓN(STRESS/STRAIN DIAGRAM)Es la curva resultante graficada con los valores del esfuerzo y lacorrespondiente deformación unitaria en el espécimencalculado a partir de los datos de un ensayo de tensión o decompresión.Esfuerzo =𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑜𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙Deformación =𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑂𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙
  9. 9.  ELASTICIDAD (ELASTICITY)Propiedad en virtud de la cual un cuerpo se deforma de maneraproporcional a la carga aplicada y recupera su forma originaluna vez ha cesado la acción de la carga. PLASTICIDAD (PLASTICITY)Propiedad mecánica de un material de deformarse permanentee irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensionespor encima de su rango elástico, sin llegar a la rotura.
  10. 10. PROPERTIES DERIVED FROM STRESS/STRAINDAIGPropiedades derivadas del diagramaesfuerzo -deformación• RESISTENCIA• RIGIDEZ• DUCTILIDAD• MÓDULO DE RESILIENCIA• MÓDULO DE TENACIDAD3) TIPOS COMUNES DE PROPIEDADESMECÁNICAS(COMMON TYPES OF MECHANICAL PROPERTIES)
  11. 11. Es la resistencia al esfuerzomáximo de un material y esigual a:ULTIMATE STRENGTH.𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑜𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙RESISTENCIA MÁXIMAASTM A722
  12. 12.  Resistencia a latensión(aleacionesmateriales,materialescompuestos)• Resistencia a la compresión• Resistencia a corte.
  13. 13. PUNTO DE LIMITE ELASTICO/LIMITEELASTICO.Es el esfuerzo máximoque un material puedesoportar sin sufrirdeformacionespermanentes.YIELD POINT STRESS /YIELD STRENGTHASTM C-469
  14. 14. MÉTODO PARALELO.El esfuerzo que seobtiene de laintersección de la curvaesfuerzo-deformacióncon una línea paralela ala dispuesta en la zonaelástica a 0,2% esdenomina el limiteelástico.
  15. 15. STIFFNESSEs la capacidad deun elementoestructural parasoportar esfuerzos sinadquirirgrandes deformacionesRIGIDEZ.RIGIDEZ= f(E)
  16. 16.  RIGIDEZ AXIAL. RIGIDEZ FLEXIONAL RIGIDEZ FRENTE A CORTANTE
  17. 17. DUCTILIDADSe conoce comoductilidad a la propiedadde aquellos materialesque, bajo la acción deuna fuerza puedendeformarse sin llegar aromperse.DUCTILITYASTM A 242ASTM A615/A615MASTM A706/A706M
  18. 18.  %DUCTILIDAD: Deform. a la fractura x 100• %Reducción de Area:Area. Ensayo/Area. original• %ELONGACION:Long. Ensayo/Long. originalFormulas para el calculo de la ductilidad.
  19. 19. MÓDULO DE RESILIENCIAEl módulo deresiliencia se definecomo la energíamáxima que puedeser absorbida porunidad de volumen sinproducir unadeformaciónpermanenteMODULUS OF RESILIENCE
  20. 20. Puede ser calculadocomo el área bajo lacurva de esfuerzo-deformación desde elorigen hasta el límiteproporcional (elástico)y se representa como elárea sombreada.Ur=𝜎∗𝜀2=𝜎∗𝜎𝐸2Ur=𝜎22𝐸
  21. 21. TOUGHNESSEl módulo de tenacidadindica la cantidad deenergía necesaria, porunidad de volumen, que senecesita para que seproduzca la fractura en unmaterial determinadoTENACIDAD
  22. 22. T= R+AA+AB+AC+AD+AE+AFPuede ser calculadocomo el área bajo lacurva de esfuerzo-deformación desde elorigen hasta la ruptura yse representa como:
  23. 23. THE IMPACT TESTER.El ensayo de impacto consisteen dejar caer un pesadopéndulo, el cual a su pasogolpea una probeta ubicada enla base de la maquina. Laprobeta rompe de un solo golpe.Charpy (ISO 179-1, ASTM D 6110)Izod (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508)cantilever beamimpact (ASTM D 4812)ENSAYO DE IMPACTO.
  24. 24. Viga horizontal Viga vertical en volado.Charpy (ASTM D 6110) (ASTM D 4812)
  25. 25. RESISTENCIA AL IMPACTO (IMPACT RESISTANCES)La resistencia al impacto describe la capacidad del material a absorbergolpes y energía sin romperse. La tenacidad del material depende de latemperatura y la forma. Prueba de impacto (The impact tester)Es una prueba dinámica que permite predecir en cierta forma elcomportamiento dúctil ó frágil de un material a una temperaturaespecifica.El ensayo determina la energía absorbida por una probeta (ranurada)durante su fractura; esto se denomina, como tenacidad del material.Se tienen dos tipos de ensayo de impacto referidos como Charpy e Izod.El ensayo de impacto Charpy emplea probetas con tres tipos de ranuras:en “ V ”, “ojo de cerradura” y en “U”; mientras que el de tipo Izod sóloutiliza la ranura en “ V ”.
  26. 26.  La diferencia entre los dos radica en la forma como seposiciona la muestra. La probeta que se utiliza para ambosensayos es una barra de sección transversal cuadrada dentrode la cual se ha realizado una talla en forma de V. Esta probeta se sostiene mediante mordazas paralelas que selocalizan de forma horizontal en el ensayo tipo Charpy y deforma vertical en el ensayo tipo Izod. Se lanza un pesadopéndulo desde una altura h conocida, este péndulo golpea lamuestra al descender y la fractura. Si se conoce la masa delpéndulo y la diferencia entre la altura final e inicial, se puedecalcular la energía absorbida por la fractura. La fractura de un material comienza en el lugar donde laconcentración de tensión es lo más grande posible, como loes la punta de una grieta.
  27. 27. TRANSITION TEMPERATURE OR NIL DUCTILITY TEMP. Ensayo de impacto paradeterminar latemperatura detransición a ductilidadnula (NDT) en acerosférricos La temperaturaNDT es la temperaturaa la que el modo defractura del acero pasade dúctil a quebradizo.Temperatura de transición o temperatura deductilidad nula.ASTM E208
  28. 28.  A temperaturas por encimade la NDT cuando se realizaun ensayo de tracción, unapieza de acero se estira o sedeforma de manera dúctil. Atemperaturas por debajo delNDT esa misma pieza deacero se romperá de maneraquebradiza cuando estésometida a cargassuperiores a su límiteelástico.ASTM E208
  29. 29.  DUREZA (HARDNESS)La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones comola penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformacionespermanentes; entre otras. También puede definirse como la cantidad deenergía que absorbe un material ante un esfuerzo antes de romperse odeformarse.Ejm. La madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tienemucha dureza, mientras que el vidrio es mucho más difícil de rayar.Esta propiedad se especifica en los planos de ingeniería para fines detratamiento del calor en la fabricación.El ensayo de dureza es simple, de alto rendimiento ya que no destruye lamuestra y particularmente útil para evaluar propiedades de losdiferentes componentes microestructurales del material.
  30. 30. Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante(en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya quela dureza se obtiene por medición directa y es apto para todotipo de materiales. Se suele considerar un ensayo nodestructivo por el pequeño tamaño de la huella.Rockwell superficial: Existe una variante del ensayo, para lacaracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas deafeitar o capas de materiales que han recibido algúntratamiento de endurecimiento superficial.El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la correlaciónexistente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo un método de ensayomás económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo que su uso está muyextendido.
  31. 31.  Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acerotemplado o carburo de W. Para materiales duros, es pocoexacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas demenos de 6mm de espesor. Estima resistencia a tracción. Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante conforma de pirámide cuadrangular. Para materiales blandos, losvalores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejoradel ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza conchapas de hasta 2mm de espesor.
  32. 32.  Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas,y se valoran con la profundidad de señales grabadas sobre unmineral mediante un utensilio con una punta de diamante alque se le ejerce una fuerza estándar. Dureza Shore: Emplea un escleroscopio. Se deja caer unindentador en la superficie del material y se ve el rebote. Esadimensional, 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.
  33. 33. FATIGA (FATIGUE) Se refiere un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajocargas dinámicas cíclicas se produce ante cargas inferiores a lascargas estáticas que producirían la rotura. Un ejemplo de ello se tiene en un alambre: flexionándolorepetidamente se rompe con facilidad, pero la fuerza que hay quehacer para romperlo en una sola flexión es muy grande.
  34. 34. La fatiga es una forma de rotura que ocurre en estructuras sometidasa tensiones dinámicas y fluctuantes (puentes, automóviles, aviones,etc.).Su principal peligro es que puede ocurrir a una tensión menor que laresistencia a tracción o el límite elástico para una carga estática, yaparecer sin previo aviso, causando roturas catastróficas. Es unfenómeno muy importante, ya que es la primera causa de rotura delos materiales metálicos (aproximadamente el90%), aunque tambiénestá presente en polímeros, y en cerámicas.La rotura por fatiga tiene aspecto frágil aún en metales dúctiles,puesto que no hay apenas deformación plástica asociada a la rotura.El proceso consiste en un inicio y posterior propagación de fisuras,que crecen desde un tamaño inicial microscópico hasta un tamañomacroscópico capaz de comprometer la integridad estructural delmaterial.
  35. 35. CREEPn En muchas aplicaciones los componentes se ven obligados asoportar cargas constantes durante lapsos prolongados, comopor ejemplo cables de acero. En tales circunstancias elmaterial puede continuar deformándose hasta que su utilidadse ve seriamente perjudicada. Tales tipos de deformaciones dependientes del tiempo puedenser casi imperceptibles, pero crecen durante toda la vida útilde la pieza y llevan a la rotura, aún sin que la carga hayaaumentado. Con cargas aplicadas por corto tiempo, como en un ensayo detracción estático, hay una deformación inicial que aumentasimultáneamente con la carga. Si, bajo cualquiercircunstancia, la deformación continúa mientras la carga semantiene constante, a esta deformación adicional se laconoce como CREEP. El fenómeno conocido como "creep", se define como: "la partedependiente del tiempo de las deformaciones provenientes detensiones".
  36. 36.  Etapas del Creep: La primera parte es la deformación elástica y ocurre casiinstantáneamente, bajo la acción de la tensión aplicada: es ladeformación ordinaria dada por el diagrama de tensión-deformación.
  37. 37.  La segunda es la componente transitoria cuya característicaprincipal es que tiene tasa (“velocidad”) decreciente. Ladeformación es rápida al comienzo pero gradualmente sehace más lenta a medida que se aproxima a un valor fijodeterminado. La tercera es la componente permanente que aumentacontinuamente, a tasa constante bajo tensión constante. Portratarse de un movimiento similar al flujo viscoso, se loconoce a veces como creep viscoso.
  38. 38. ROTURA DE TENSIÓN (STRESS RUPTURE)Se denomina tensión de rotura, a la máxima tensión que un materialpuede soportar al ser traccionado antes de que se produzca necking,que es cuando la sección transversal del espécimen se comienza acontraer de manera significativa.
  39. 39.  La tensión de rotura se obtiene por lo general realizando unensayo de tracción y registrando la tensión en función de ladeformación (o alargamiento); el punto más elevado de lacurva tensión-deformación es la tensión de rotura. Es unapropiedad intensiva; por lo tanto su valor no depende deltamaño del espécimen de ensayo. Sin embargo, depende deotros factores, tales como la preparación del espécimen, lapresencia o no de defectos superficiales, y la temperatura delmedioambiente y del material.
  40. 40. 4) ANALISIS DE FALLAConcentración de esfuerzos(stress concentration).Si un miembro esta cargado ytiene alguna ranura, orificio oirregularidad en su geometría,se produce un esfuerzomagnificado en el área de lairregularidad debido a un factorde concentración de esfuerzosFAILURE ANALYSIS
  41. 41. Smax: Kf * SDonde:Kf= factor deconcentración deesfuerzos.S= es el esfuerzo delmiembro considerandoque no existeirregularidad.Smax= es el esfuerzolocal en la región de laconcentración deesfuerzos.

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