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1. Ensayos Mecánicos para ver la Resistencia de Materiales 2. Ensayos destructivos para materiales 3. Normas ASTM 4. Materiales Dúctiles y Frágiles 5. Ley de Hooke 6. Curva de Tensión de Formación 7. Clasificación de los Materiales 8. Zona Elástica 9. Zona Plástica 10. Módulo de Elasticidad 11. Límite de proporcionabilidad 12. Límite Elástico 13. Límite de Fluencia 14. Resistencia a la Fricción 15. Módulo de Resiliencia 16. Módulo de Tenacidad 17. Resistencia a la Rotura 18. Estricción 19. Alargamiento de Rotura 20. Tensión de Trabajo 21. Coeficiente de Dilatación Lineal 22. Relación de Poisson 23. PEEK 24. Módulo Elástico 25. Escalas de Dureza 26. Tg en polímeros (temperatura de tracción vítrea)

1. Ensayos mecánicos para la resistencia de materiales Los ensayos mecánicos que se realiza sirven para comprobar cuál es la respuesta que ofrecen ciertos materiales al ser manipulados. Mediante distintos esfuerzos mecánicos se fuerza al límite el material. De esta forma podemos comprobar cuál es la resistencia que presentan. Conocer este tipo de información es vital para destinar unos materiales a un servicio u otro.

Existen 2 tipos de ensayos mecánicos: 1.1.

Ensayos destructivos:

Los ensayos de este tipo más importantes son: dureza, torsión, fatiga, compresión, choque, tracción, tensión, corte, flexión, etc. 1.2. Ensayos no destructivos: Existen numerosos tipos de ensayos no destructivos, es decir, que permiten verificar indirectamente la resistencia del material sin producir daño sobre él. 2. Ensayos destructivos Los ensayos destructivos se definen como aquellos ensayos que se realizan a un material mediante el uso de herramientas o máquinas las cuales producen una alteración irreversible de su composición química, mecánica o de su geometría dimensional, entre los más importantes tenemos.

2.1. Ensayo de impacto Es un método para determinar el comportamiento de un material sujetado para sobresaltar carga en doblamiento, tensión, o torsión. La cantidad por lo general moderada es la energía absorbida en la rotura del espécimen en un golpe solo, como en la Prueba de Impacto de Charpy, la Prueba de Impacto de Izod, y la Prueba de Impacto de Tensión. Las pruebas de impacto también son realizadas sujetando especímenes a múltiples golpes de intensidad creciente, como en la prueba de impacto de pelota de gota, y repetidas, la prueba de impacto de golpe. La resistencia de impacto y la dureza son determinadas en pruebas de impacto no destructivas.

figura 2.1-1: Ensayo de impacto 2.2. Ensayo de torsión Una prueba de torsión puede ser conducida sobre la mayor parte de materiales para determinar las propiedades torsionales del material. Estas propiedades incluyen, el módulo de elasticidad en esquila, la producción esquila, módulos de ruptura en esquila y la ductilidad.

figura 2.2-1: Ensayo de torsión 2.3.

Ensayo de compresión

Método para determinar el comportamiento de materiales en aplastantes cargas. El espécimen es comprimido, y la deformación en varias cargas es registrada. La tensión compresiva y la tensión son calculadas y trazadas como un diagrama de tensión que es usado para determinar el límite elástico, el límite proporcional, el punto de producción, la fuerza de producción (y para algunos materiales) la fuerza compresiva. Los siguientes materiales son típicamente sujetados a una prueba de compresión: compuestos de cerámica de plásticos, de metales concretos, cartón acanalado.

figura 2.3-1: Ensayo de compresión 2.4. Ensayo de dureza La dureza es la resistencia de un material a la mella permanente. Es importante reconocer que la dureza es una prueba empírica y por lo tanto la dureza no es una propiedad material. La dureza es el dependiente de método de prueba y cada resultado de prueba tiene que tener una etiqueta que identifica el método de prueba usado. La dureza, es usada extensivamente para caracterizar materiales y determinar si ellos son convenientes para su empleo intencionado.

figura 2.4-1: Ensayo de dureza 2.5. Ensayo de fatiga Un método para determinar el comportamiento de materiales en fluctuación de cargas. Una carga especificada tacaña (que puede ser el cero) y una carga alternadora es aplicada a un espécimen y el número de ciclos requeridos para producir el fracaso (la vida de fatiga) es registrado. Generalmente, la prueba es repetida con especímenes idénticos y varias cargas fluctuantes. Las cargas pueden ser aplicadas axialmente, en la torsión, o en la flexión. Dependiendo la amplitud de la carga tacaña y cíclica, la tensión neta en el espécimen puede estar en una dirección por el ciclo que carga, o puede invertir la dirección.

figura 2.5-1: Ensayo de fatiga

2.6. Ensayo de tensión Una prueba extensible, también sabida como la prueba de tensión, es probablemente el tipo más fundamental de prueba mecánica que usted puede realizar sobre el material. Pruebas extensibles son simples, relativamente baratas, y totalmente estandarizadas. Por ponerse algo, usted muy rápidamente determinará como el material reaccionará a fuerzas siendo aplicadas en la tensión. Como el material está siendo tirado, usted encontrará su fuerza con cuanto esto alargará.

figura 2.6-1: Ensayo de tensión 2.7. Ensayo de corte La finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga. Para conocer una de estas resistencias en laboratorio se usa el aparato de corte directo, siendo el más típico una caja de sección cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades. Dentro de ella se coloca la muestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos, se aplica una carga vertical de confinamiento (Pv) y luego una carga horizontal (Ph) creciente que origina el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando el corte.

figura 2.7-1: Ensayo de corte

2.8. Ensayo de flexión El ensayo de flexión se usa para determinar las propiedades de los materiales frágiles en tensión. Se pueden observar un módulo de elasticidad y una resistencia a la flexión (Similar a la resistencia a la tensión). El ensayo de flexión se basa en la aplicación de una fuerza al centro de una barra soportada en cada extremo, para determinar la resistencia del material hacia una carga estática o aplicada lentamente. Normalmente se usa para materiales frágiles

Módulo de elasticidad: Modulo de Young o la pendiente de la parte lineal de la curva esfuerzo-deformación en la región elástica. Es una medida de la rigidez de un material; depende de la fuerza de los enlaces interatómicos y de la composición, y no depende mucho de la microestructura. Resistencia a la flexión: Esfuerzo necesario para romper un espécimen en un ensayo de flexión. También se le conoce como modulo de ruptura.

figura 2.8-1: Ensayo de flexión 3. Normas ASTM para ensayo de materiales 3.1.

ENSAYOS DE COMPRESION ASTM E9

Estos métodos de ensayo cubren los aparatos, los especímenes y el procedimiento de prueba de la compresión axial con carga de materiales metálicos a temperatura ambiente. 3.2.

ENSAYO DE DUREZA ASTM E10

La ASTM define E10 como Método de prueba estándar para la dureza Materiales Metálicos. La prueba de dureza Brinell es una prueba de dureza que puede proporcionar información útil sobre los materiales metálicos. 3.3.

ENSAYO DE IMPACTO ASTM E23

Según la ASTM El ensayo de impacto E23 se refiere específicamente al comportamiento de los metales cuando son sometidos a una sola aplicación de una fuerza resultante de multi estrés asociado con una muesca, junto con altas tasas de carga y en alguno casos con temperaturas altas o bajas. La ASTM E23 describe dos pruebas más comunes de este tipo las cuales son la entalladura en V prueba de Charpy y la prueba Izod. 3.4. ENSAYO DE DUREZA (ASTM E384) La ASTM define la prueba de dureza E384 como pruebas de dureza que se han encontrado para la evaluación de materiales, control de calidad de los procesos de fabricación e investigación y desarrollo. 3.5. ENSAYO DE FATIGA ASTM E468 y ASTM E466 La ASTM establece que esta práctica abarca la información deseable y mínimos que deben comunicarse entre el ordenante y el usuario de los datos derivados axial amplitud

constante de la fuerza, flexión, torsión o pruebas de fatiga de materiales metálicos a prueba en el aire a temperatura ambiente. 3.6.

ENSAYO DE TENSION ASTM E8 y ASTM E8M

La ASTM define E8, E8M-09 como Métodos de Prueba Estándar para Pruebas de Tensión de Materiales Metálicos . Estas pruebas de tensión proporcionan información sobre la resistencia y la ductilidad de los materiales en tracción uniaxial

4. Materiales dúctiles y frágiles Las propiedades mecánicas de los materiales que se usan para construcciones y elaboración de todo tipo de artefactos, se pueden analizar mediante pruebas y experimentos de laboratorio. La ductilidad y fragilidad son ejemplos de estas propiedades que indican la resistencia de un material.

figura 4-1: Materiales dúctiles y frágiles

4.1.

Materiales Dúctiles

Este tipo de materiales posee la propiedad conocida como ductilidad, que se refiere a la deformación que puede presentar un material antes de romperse debido a una carga que se le aplica, ya sea de tensión, compresión o torsión. Esto significa que este tipo de materiales presenta una gran resistencia a la rotura pero sí llega a romperse con el esfuerzo adecuado después de deformarse visiblemente. Los materiales dúctiles son elegidos por los ingenieros para el diseño debido a su gran resistencia y a que pueden darse cuenta fácilmente cuando éstos absorben demasiada carga, ya que su deformación resulta muy notoria. Ejemplo de este tipo de materiales son las aleaciones metálicas o los materiales asfálticos y se caracterizan por su capacidad para fluir a temperaturas normales.

figura 4.1-1: Materiales dúctiles

4.2.

Materiales Frágiles

Al contrario que los materiales que presentan ductilidad, éstos tienen poca fluencia antes de romperse. Los materiales frágiles no tienen un esfuerzo de ruptura bien definido, pero también exhiben una resistencia más elevada a la compresión axial. Ejemplos de este tipo de materiales son el concreto y el hierro colado. En el concreto, su resistencia a la compresión es más grande que su resistencia a la tensión.

figura 4-1: Factores que influyen en la ductilidad o fragilidad de un material 5. Ley de Hooke El precepto teórico de esta ley es que el desplazamiento o la deformación sufrida por un objeto sometido a una fuerza, será directamente proporcional a la fuerza deformante o a la carga. Es decir, que a mayor fuerza, mayor deformación o desplazamiento.

Fuente: https://concepto.de/ley-de-hooke/#ixzz63a3fOGLJ Fórmula de la ley de Hooke La fórmula básica de la ley de Hooke es la siguiente: F = -k.x Donde: F es la fuerza deformante x es la longitud de la compresión o alargamiento k es la constante de proporcionalidad bautizada como constante de resorte, generalmente expresada en Newtons sobre metros (N/m). 6. Curva Esfuerzo-Deformación La relación entre el estado de esfuerzos s, inducido en un material por la aplicación de una fuerza, y la deformación e que produce se puede representar gráficamente. Una curva típica de la relación entre s y e es la de la siguiente figura:

Entre el origen de coordenadas O y el punto P el material es elástico, y la relación entre el esfuerzo y la deformación es lineal y dada por la Ley de Hooke: σ =Me

donde M es el módulo de elasticidad y viene dado por la pendiente de la recta OP: M =tan a

7. Clasificación de los materiales Los materiales se clasifican generalmente en 5 grupos que son: metales, polímeros, cerámicos, semiconductores y compuestos. Esta clasificación es muy importante porque ayuda a generalizar y facilita la comprensión de ellos ya que se clasifican ya sea por sus propiedades o estructura. 7.1. Metales Considerados en su mayoría por su conformación por electrones, estos permiten la conformación estructural de un material resistente pero fácilmente moldeable ante el sometimiento de ciertos procesos, como los calóricos.

7.2.

Conductividad

Es decir, es la condición atómica que les permite el traspaso de luz por medio de su cuerpo, desde un agente emisor de la energía hasta un cuerpo receptor, de aquí el término conductor, ya que no funcionan ni como fuente ni destino. Cerámicas Si bien es cierto que algunos materiales se encuentran en la naturaleza por medio de la extracción de los mismos, algunos ameritan la unión de ciertas partículas para su obtención.

Tal es el caso, de la cerámica, esta es un derivado de la conjunción de elementos de silicatos, como la arcilla, sílice y feldespato. 7.3. Polímeros Estos resultan de enlaces químicos en la que se presenta la redundancia o bien unión de dos elementos igual carga, de aquí que formen biomoleculas de gran tamaño que sean definidas como macromoléculas.

7.4. Materiales Compuestos Estos presentan hoy en día un gran desafío para la química, física y la propia ingeniería ya que deben su génesis a la conformación, unión, fragmentación y sintetización de diversos materiales. Cabe señalar que lo más peculiar de la obtención de estos es que puede resultar tanto de procesos físicos como químicos. 7.5. Materiales Estructurales El acero es un material que se usa frecuentemente en estructuras de construcción Estos son aquellos que vienen conformados por la realización o bien por el sometimiento a procesos mecánicos que implican la dominación del material al punto de que el mismo se una al otro, pero sin que por ello pierda su propia constitución.

7.6. Materiales Funcionales Esta categoría de materiales es bastante compleja, ya que debe su existencia a su creación química, los mismos derivan de una composición formada por propiedades químicas, magnéticas y electrónicas; todo lo cual también aluce a que la variedad de los mismos sea escasa, representando un alto costo monetario su adquisición. 8. Zona elástica Se caracteriza porque al cesar las tensiones aplicadas, los materiales recuperan su longitud inicial. Podemos observar dos subzonas: 8.1. Zona de proporcionalidad (OA) En la gráfica es una línea recta, es decir, el alargamiento unitario (ε) es proporcional a la tensión ejercida (σ). En las aplicaciones industriales siempre se trabaja en esta zona, ya que no se producen deformaciones permanentes y además se puede aplicar la ley de Hooke.

8.2. Zona no proporcional (AB) Es una pequeña zona a continuación, dónde el material se comporta de forma elástica, pero no existe una relación proporcional entre tensión y deformación.

9. Zona plástica En esta zona se ha rebasado la tensión del límite elástico y, aunque dejemos de aplicar tensiones de tracción, el material ya no recupera su longitud original y la longitud final será mayor que la inicial "lo". En la zona plástica (BE) también se pueden distinguir tres subzonas: 9.1. Zona de deformación plástica uniforme o zona de límite de rotura (CD) Se consiguen grandes alargamientos con un pequeño incremento de la tensión. En el punto D encontramos el límite de rotura y la tensión en ese punto se llama tensión de rotura (σr). A partir de este punto, la probeta se considera rota, aunque físicamente no lo esté. 9.2.

Zona de rotura o zona de estricción o zona de deformación plástica localizada (DE) 9.3. Las deformaciones son localizadas y, aunque disminuya la tensión, el material se deforma hasta la rotura. La sección de la probeta se reduce drásticamente.

10. Módulo de elasticidad El módulo de elasticidad (E), también llamado módulo de Young, es un parámetro característico de cada material que indica la relación existente (en la zona de comportamiento elástico de dicho material) entre los incrementos de tensión aplicados (ds) en el ensayo de tracción y los incrementos de deformación longitudinal unitaria (de) producidos.

E=

dσ dε...