Este documento describe las propiedades mecánicas de diferentes materiales como metales, cerámicos, polímeros y cómo responden a fuerzas aplicadas. Explica conceptos como deformación elástica y plástica, dureza, resistencia y cómo estas propiedades dependen de factores como la estructura atómica, imperfecciones y tipo de fuerzas aplicadas. También cubre cómo la relajación de esfuerzos y fluencia afectan el comportamiento de materiales con el paso del tiempo bajo carga.

1. 4.1 TENSIÓN FRENTE A DEFORMACIÓN.

2. Los metales son materiales que tienen múltiples
aplicaciones y constituyen una pieza clave en la industria
del transporte, telecomunicaciones, en el sector agrícola,
en el campo de la construcción y en maquinaria y
fabricación entre otros.
El hombre desde la antigüedad ha utilizado los metales,
aprovechando sus propiedades, para fabricar objetos
tecnológicos y así satisfacer sus necesidades.
Actualmente los metales se utilizan en la industria, la
agricultura, los transportes, las comunicaciones, etc.


3. Muchos materiales, cuando prestan servicio, están
sometidos a fuerzas o cargas, ejemplos de ello son los
revestimientos refractarios de los hornos, las aleaciones de
aluminio con las cuales se construyen las alas de los
aviones, el acero de los ejes de los automóviles o las vigas y
pilares de los edificios.
En tales situaciones es necesario conocer las características
del material y diseñar la pieza de tal manera que cualquier
deformación resultante no sea excesiva y no se produzca la
rotura.

4. El comportamiento mecánico o las propiedades
mecánicas de un material reflejan la relación entre la
fuerza aplicada y la respuesta del material (o sea, su
deformación). Algunas de las propiedades mecánicas
más importantes son:
 La resistencia.
 La dureza.
 La ductilidad.
 La rigidez.

5. La respuesta de los materiales a las fuerzas aplicadas
depende de:
1.- Tipo de enlace.
2.- Disposición estructural de los átomos o moléculas.
3.-Tipo y número de imperfecciones, que están siempre
presentes en los sólidos, excepto en raras circunstancias.
Así, fijada la solicitación exterior es evidente que la
deformación que se origina y, en consecuencia, la tensión
creada en el sólido elástico dependen de las fuerzas de
atracción molecular, es decir, de la estructura cristalina del
material.

6. Las propiedades mecánicas de los metales, son las
características inherentes (propias de cada metal), que
permiten diferenciar un metal de otro.
Desde el punto de vista del comportamiento mecánico de
los metales en ingeniería, también hay que tener en
cuenta el comportamiento que puede tener un metal en
los diferentes procesos de mecanizados que pueda tener.
Podemos distinguir las siguientes propiedades mecánicas
de los metales:
• Dureza. • Tenacidad. • Fragilidad. • Acritud. •
Resistencia. • Resiliencia. • Fatiga. • Elasticidad. •
Plasticidad.

7. Los materiales cerámicos muestran igualmente grandes
diferencias entre la resistencia a tracción y a
compresión, siendo las de compresión alrededor de 5 a
10 veces las de tracción, para diferentes materiales
cerámicos.
Muchos materiales cerámicos son duros y tienen baja
resistencia al impacto debido a sus uniones iónico-
covalentes, aunque como excepción encontramos el
comportamiento de las arcillas como materiales
fácilmente deformables debido a fuerzas de enlaces
secundarios débiles entre las capas de los átomos
unidos por enlaces iónico-covalentes.

8. La resistencia de un material cerámico policristalino está, en
consecuencia, determinada por muchos factores, que
incluyen la composición química, la microestructura y las
condiciones superficiales como factores principales.
La temperatura y el entorno también son importantes, así
como el tipo de esfuerzos de solicitación y cómo se aplican.
Es por todo ello que el comportamiento de los materiales
cerámicos no es igual para todas las muestras de ensayo,
aunque éstas sean idénticas, lo que supone un serio
problema a la hora de diseñar con estos materiales cuando
tienen que soportar cargas.

9. Los polímeros tienen gran cantidad de usos, pues,
encontramos polímeros con diversas propiedades
debido a las estructuras que presentan.
De esta manera, podemos mencionar propiedades que
presentan todos los polímeros como:
 -Un bajo costo de producción
 -Alta relación resistencia mecánica/densidad
 -Alta resistencia al ataque de sustancias químicas,
como los ácidos o las bases
 -No son conductores de la electricidad

10. Sin embargo, hay otras propiedades que no están presentes en
todos los polímeros, y de las cuales depende el uso que se les
dará. Estas propiedades son las mecánicas, las físicas y su
comportamiento frente al calor.
Estas propiedades se relacionan con el comportamiento del
polímero frente a distintos procesos mecánicos. Entre estas
propiedades se encuentran:
-La resistencia; que se relaciona con la firmeza de un polímero
frente a la presión ejercida sobre ellos sin sufrir cambios en su
estructura. Un ejemplo de un polímero resistente es el
policarbonato.

11. -La dureza: que es la capacidad de un polímero de
oposición a romperse. Un polímero con elevada dureza es
el polietileno.
-La elongación: es la capacidad de un polímero de
estirarse sin romperse cuando se ejerce una presión
externa. Los polímeros que poseen esta propiedad
también se denominan elastómeros, como por ejemplo, el
polibutadieno.

12. La deformación es el cambio en el tamaño o forma de un
cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o
más fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia
de dilatación térmica.
Deformación elástica, reversible o no permanente, el
cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que le
provoca la deformación. En este tipo de deformación, el
sólido, al variar su estado tensional y aumentar su energía
interna en forma de energía potencial elástica, solo pasa
por cambios termodinámicos reversibles.

13. Deformación plástica, irreversible o permanente.
Modo de deformación en que el material no regresa a su
norma original después de retirar la carga aplicada. Esto
sucede porque, en la deformación plástica, el material
experimenta cambios termodinámicos irreversibles al
adquirir mayor energía potencial elástica.
La deformación plástica es lo contrario a la
deformación reversible.

14. Es la capacidad de una sustancia sólida para resistir
deformación o abrasión de su superficie. Se aplican
varias interpretaciones al término en función de su uso.
En mineralogía, la dureza se define como la resistencia
al rayado de la superficie lisa de un mineral.
Una superficie blanda se raya con más facilidad que una
dura; de esta forma un mineral duro, como el diamante,
rayará uno blando, como el grafito, mientras que la
situación inversa nunca se producirá.

15. La dureza relativa de los minerales se determina gracias
a la escala de dureza de Mohs, nombre del
mineralogista alemán Friedrich Mohs que la ideó.
En esta escala, diez minerales comunes están
clasificados en orden de creciente dureza recibiendo un
índice:
 Talco, 1.
 Yeso, 2.
 Calcita, 3.
 Fluorita, 4.
 Apatito, 5.

16.  Ortosa (feldespato) 6.
 Cuarzo 7.
 Topacio 8.
 Corindón 9.
 Diamante 10.
La dureza de una muestra se obtiene determinando qué
mineral de la escala de Mohs lo raya.
Así, la galena, que tiene una dureza de 2,5, puede rayar el yeso
y es rayado por la calcita.
La dureza de un mineral determina en gran medida su
durabilidad.

17. La relajación de esfuerzos, así como la fluencia lenta
(“creep”), son respuestas del material que dependen del
tiempo y en las que la deformación resultante está
influenciada por los así denominados “efecto viscosos”.
En el caso particular de la relajación, el material
experimenta variaciones del esfuerzo en función del
tiempo, una vez sometido a cierto nivel de esfuerzo
inicial y manteniendo constante la longitud

18. Este comportamiento es de interés en la industria del
pretensado, ya que al aplicar la carga a los componentes
estructurales, bien sea que estos se encuentren en forma de
torones o varillas y previo al vaciado del concreto, los mismos
sufrirán una disminución de dicha precarga con el paso del
tiempo, quedando comprometida la eficiencia del conjunto
concreto-acero y en consecuencia, acortando el tiempo de vida
útil de la estructura o incrementando los costos por concepto
de la utilización de una mayor cantidad de acero para
compensar los efectos de la relajación.