El documento describe varias propiedades mecánicas de los materiales como la elasticidad, plasticidad, resistencia, dureza y ductilidad. También explica conceptos como esfuerzos de tracción y compresión, fuerza axial, momento flector y cortante. Finalmente, introduce factores de seguridad utilizados en el diseño de estructuras para garantizar su resistencia bajo cargas imprevistas.

1. Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”
Sede – Barcelona
Escuela Ingeniería Civil
Propiedades Mecánicas de los
Materiales
Bachiller:
Rebecca Capote, C.I. 19.531.349
Barcelona, junio 2016
Sección ‘‘CV’’

2. Introducción
En ingeniería y arquitectura la viga es un elemento constructivo lineal que trabaja
principalmente a flexión. En las vigas, la longitud predomina sobre las otras dos
dimensiones y suele ser horizontal.
El esfuerzo de flexión provoca tensiones de tracción y compresión, produciéndose las
máximas en el cordón inferior y en el cordón superior respectivamente, las cuales se
calculan relacionando el momento flector y el segundo momento de inercia. En las
zonas cercanas a los apoyos se producen esfuerzos cortantes o punzonamiento.
También pueden producirse tensiones por torsión. Estructuralmente el comportamiento
de una viga se estudia mediante un modelo de prisma mecánico.
Las vigas reales son sólidos deformables, en teoría de vigas se hacen ciertas
simplificaciones gracias a las que se pueden calcular aproximadamente las tensiones,
desplazamientos y esfuerzos en las vigas como si fueran elementos unidimensionales.
En la siguiente investigaciòn profundizaremos en el estudio de los esfuerzos y
propiedades de los materiales y se mostrarán ejemplo del cálculo de reacciones.
Propiedades Mecánicas
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.

3. Elasticidad
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.
Plasticidad
La plasticidad es la propiedad mecánica que tiene un material para deformarse
permanentemente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por
encima de su límite elástico.
Resistencia a la fluencia
Es la fuerza que se le aplica a un material para deformarlo sin que recupere su antigua
forma al parar de ejercerla.
Resistencia a la tracción o resistencia última
Indica la fuerza de máxima que se le puede aplicar a un material antes de que se
rompa.

4. Resistencia a la torsión
Fuerza torsora máxima que soporta un material antes de romperse.
Resistencia a la fatiga
Deformación de un material que puede llegar a la ruptura al aplicarle una determinada
fuerza repetidas veces.
Dureza
La dureza es la propiedad que tienen los materiales de resistir el rayado y el corte de
su superficie. Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa, que no
tiene mucha dureza, mientras que el vidrio cuando lo rayas no queda marca, por lo
tanto tiene gran dureza.
Fragilidad
La fragilidad intuitivamente se relaciona con la cualidad de los objetos y materiales de
romperse con facilidad. Aunque técnicamente la fragilidad se define más propiamente
como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación, a diferencia
de los materiales dúctiles que se rompen tras sufrir acusadas deformaciones plásticas.

5. Tenacidad
La tenacidad es una medida de la cantidad de energía que un material puede absorber
antes de fracturarse. Evalúa la habilidad de un material de soportar un impacto sin
fracturarse.
Resiliencia o resistencia al choque
Es la energía que absorbe un cuerpo antes de fracturarse.

6. Ductilidad
La 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. A los materiales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles.
Los materiales no dúctiles se clasifican de frágiles. Aunque los materiales dúctiles
también pueden llegar a romperse bajo el esfuerzo adecuado, esta rotura sólo se
produce tras producirse grandes deformaciones.

7. Maleabilidad
La maleabilidad es la propiedad de la materia, que junto a la ductilidad presentan los
cuerpos al ser elaborados por deformación. Se diferencia de aquella en que mientras la
ductilidad se refiere a la obtención de hilos, la maleabilidad permite la obtención de
delgadas láminas de material sin que éste se rompa. Es una cualidad que se encuentra
opuesta a la ductilidad puesto que en la mayoría de los casos no se encuentran ambas
cualidades en un mismo material.

8. Maquinabilidad
La maquinabilidad es una propiedad de los materiales que permite comparar la
facilidad con que pueden ser mecanizados por arranque de virutas.
Colabilidad
Es la capacidad de un metal fundido para producir piezas fundidas completas a partir
de un molde.
Esfuerzos Unitarios de Traccion y Compresion de los
Materiales
Las cargas que soportan las estructuras generan fuerzas internas en la propia
estructura (tensiones), que tienden a deformarlas y/o romperlas. A estas fuerzas
deformantes producidas por las cargas se las llaman esfuerzos.

9. Tracción
Una estructura está sometida a un esfuerzo de tracción cuando se aplican dos fuerzas
o cargas de sentido opuesto, que tienden a deformar la estructura por alargamiento.
Lógicamente, se considera que las tensiones que tiene cualquier sección perpendicular
a dichas fuerzas son normales a esa sección, y poseen sentidos opuestos a las fuerzas
que intentan alargar el cuerpo.
Un cuerpo sometido a un esfuerzo de tracción sufre deformaciones positivas
(estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la tracción. Sin embargo el
estiramiento en ciertas direcciones generalmente va acompañado de acortamientos en
las direcciones transversales; así si en un prisma mecánico la tracción produce un
alargamiento sobre el eje "X" que produce a su vez un encogimiento sobre los ejes "Y"
y "Z".

10. Compresión
Una estructura está sometida a un esfuerzo de compresión cuando sufre dos fuerzas o
cargas de sentido opuesto que tienden a deformar la estructura por aplastamiento.
Fuerza Axial
Una fuerza axial es una fuerza que actúa directamente sobre el centro axial de un
objeto en la dirección del eje longitudinal. Estas fuerzas pueden ser de compresión o de
tensión, dependiendo de la dirección de la fuerza. Cuándo una fuerza axial actúa a lo
largo del eje longitudinal y este eje pasa por el centro geométrico del objeto, será
además una fuerza concéntrica; en caso contrario será un fuerza excéntrica. Las
fuerzas perpendiculares al eje longitudinal del objeto se denominan normalmente como
fuerzas verticales.
Una de las partes importantes al analizar una fuerza axial es el concepto de centro
geométrico y de centro axial. El centro geométrico es un punto dentro del espacio
delimitado por la forma del objeto y que es el centro perfecto de su masa, en otras
palabras, desde este punto encontraremos la misma cantidad de masa del objeto en
cualquier dirección. En un objeto simple y simétrico, como un cilindro, es fácil encontrar
exactamente el centro geométrico realizando unas simples medidas de sus lados. En un

11. objeto complejo, por ejemplo una bicicleta, encontrar el centro geométrico es mucho
más complicado; para encontrarlo existen series de ecuaciones matemáticas realmente
complejas.
Fuerza Cortante y Momento Flector en Vigas
Isostáticas
La fuerza cortante es la suma algebraica de todas las fuerzas externas perpendiculares
al eje de la viga (o elemento estructural) que actúan a un lado de la sección
considerada. La fuerza cortante es positiva cuando la parte situada a la izquierda de la
sección tiende a subir con respecto a la parte derecha.
Es la suma algebraica de los momentos producidos por todas las fuerzas externas a un
mismo lado de la sección respecto a un punto de dicha sección. El momento flector es
positivo cuando considerada la sección a la izquierda tiene una rotación en sentido
horario.

12. Momento Flector

13. Fuerza Cortante
Ley de Hooke y Módulo de Elasticidad
La relación entre el estado de esfuerzos, inducido en un material por la aplicación de
una fuerza, y la deformación que produce se expresa por la relación:
donde s es el tensor de esfuerzos, e el tensor de deformaciones y M el módulo de
elasticidad. Esta relación es la “Ley de Hooke” y se cumple para materiales elásticos,
homogéneos e isotrópicos, en los que la deformación es pequeña con respecto a las
dimensiones originales del cuerpo.
Físicamente, un módulo de elasticidad nos informa de cómo va a responder un cuerpo
(deformación) ante una fuerza (esfuerzo) que está actuando sobre él. Según el tipo de
deformación, tendremos diferentes módulos de elasticidad.
Ø Constante del resorte (K).
Se tiene un resorte al que se le aplica una fuerza de tensión , de manera que el
resorte se alarga una distancia .

14. Según la Ley de Hooke, la fuerza aplicada debe ser proporcional a la deformación
producida y la constante de proporcionalidad es K, la cual es específica para cada
resorte. Esta constante dependerá no sólo del tipo de material del que está hecho el
resorte (acero, aluminio, hierro, etc.) sino del diámetro del alambre e incluso de la
distancia entre dos vueltas consecutivas de la hélice que forma el resorte y el diámetro
de la misma.
La Ley de Hooke para el resorte se escribe:
Deformaciones y el Diagrama Esfuerzo -
Deformación
La curva usual Esfuerzo - Deformación (llamada también convencional, tecnológica, de
ingeniería o nominal), expresa tanto el esfuerzo como la deformación en términos de
las dimensiones originales de la probeta, un procedimiento muy útil cuando se está
interesado en determinar los datos de resistencia y ductilidad para propósito de diseño
en ingeniería.
Para conocer las propiedades de los materiales, se efectúan ensayos para medir su
comportamiento en distintas situaciones. Estos ensayos se clasifican en destructivos y

15. no destructivos. Dentro de los ensayos destructivos, el más importante es el ensayo de
tracción.
La curva Esfuerzo real - Deformación real (denominada frecuentemente, curva de
fluencia, ya que proporciona el esfuerzo necesario para que el metal fluya
plásticamente hacia cualquier deformación dada), muestra realmente lo que sucede en
el material. Por ejemplo en el caso de un material dúctil sometido a tensión este se
hace inestable y sufre estricción localizada durante la última fase del ensayo y la carga
requerida para la deformación disminuye debido a la disminución del área transversal,
además la tensión media basada en la sección inicial disminuye también produciéndose
como consecuencia un descenso de la curva Esfuerzo - Deformación después del punto
de carga máxima. Pero lo que sucede en realidad es que el material continúa
endureciéndose por deformación hasta producirse la fractura, de modo que la tensión
requerida debería aumentar para producir mayor deformación. A este efecto se opone
la disminución gradual del área de la sección transversal de la probeta mientras se
produce el alargamiento. La estricción comienza al alcanzarse la carga máxima.

16. Diagrama esfuerzo-deformación obtenido a partir del ensayo normal a la tensión de
una manera dúctil. El punto P indica el límite de proporcionalidad; E, el límite elástico Y,
la resistencia de fluencia convencional determinada por corrimiento paralelo (offset)
según la deformación seleccionada OA; U; la resistencia última o máxima, y F, el
esfuerzo de fractura o ruptura.
El punto P recibe el nombre de límite de proporcionalidad (o límite elástico
proporcional). Éste es el punto en que la curva comienza primero a desviarse de una
línea recta. El punto E se denomina límite de elasticidad (o límite elástico verdadero).
No se presentará ninguna deformación permanente en la probeta si la carga se suprime
en este punto. Entre P y E el diagrama no tiene la forma de una recta perfecta aunque
el material sea elástico. Por lo tanto, la ley de Hooke, que expresa que el esfuerzo es
directamente proporcional a la deformación, se aplica sólo hasta el límite elástico de
proporcionalidad.
Factores de Seguridad en el Diseño de Estructuras
y Equipos.
El coeficiente de seguridad (también conocido como factor de seguridad) es el cociente
entre el valor calculado de la capacidad máxima de un sistema y el valor del
requerimiento esperado real a que se verá sometido. Por este motivo es un número
mayor que uno, que indica la capacidad en exceso que tiene el sistema por sobre sus
requerimientos.
En este sentido, en ingeniería, arquitectura y otras ciencias aplicadas, es común, y en
algunos casos imprescindible, que los cálculos de dimensionado de elementos o
componentes de maquinaria, estructuras constructivas, instalaciones o dispositivos en
general, incluyan un coeficiente de seguridad que garantice que bajo desviaciones
aleatorias de los requerimientos previstos, exista un margen extra de prestaciones por
encima de las mínimas estrictamente necesarias.
Los coeficientes de seguridad se aplican en todos los campos de la ingeniería, tanto
eléctrica, como mecánica o civil, etc.

17. En construcción las normativas europeas como eurocódigo y diversas normativas
nacionales, preconizan métodos de cálculo que involucran tanto factores de mayoración
de la carga, como factores de minoración de la resistencia, siendo el coeficiente de
seguridad global un valor dependiente de los factores parciales de mayoración y
minoración mencionados.
Usualmente se emplea el método de los estados límites para proyectar y justificar
mediante cálculo una determinada edificación. Este método consiste en determinar
posibles modos de fallo de un edificio, y fijar un valor probable (valor característico) de
cierta magnitud que controla alguno de los posibles modos de fallo funcional o
estructural. Por otra parte se determina el valor máximo de la misma magnitud que
puede admitir la estructura proyectada, calculado a partir de sus características
geométricas y las propiedades de los materiales con que está construido. La relación
entre el valor probable y el valor máximo admisible está relacionado con el coeficiente
de seguridad.
Esto se puede ilustrar si se considera un ejemplo concreto, como por ejemplo el valor
de la presión del viento sobre una fachada de un edificio pW. Esta magnitud es una
variable aleatoria que para cada instante de tiempo tendrá un valor diferente, cuando
no sople viento será cero o un valor muy pequeño, y cuando existan fuertes vientos
alcanzará un valor más grande. La presión del viento podrá caracterizarse mediante una
distribución de probabilidad.

18. Resolución de Problemas Vigas Isostáticas y
Diagramas de Fuerza Cortante Y Momento Flector
Càlculo de Reacciones

20. Viga articulada en un extremo y con una deslizadera en el otro

25. Conclusión
Analizar una estructura es fundamental para conocer el comportamiento de esta
frente a las diferentes solicitaciones tanto estáticas como dinámicas. Frente a estas
solicitaciones las estructuras sufren pequeñas deformaciones internas, tanto en los
nudos como en la viga misma, siempre que los apoyos o la viga misma permita alguna
deformación. El conocer estos comportamientos permite saber si la deformación será
resistida por la estructura y así no falle.