Informe 2-Grupo 1 PDF

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Informe de Resistencia...

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD:

INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS

CARRERA:

INGENIERÍA CIVIL REDISEÑO

ASIGNATURA: PRÁCTICA #: TEMA: INTEGRANTES:

ENSAYO DE MATERIALES I 2 ELASTICIDAD Y PROPORCIONABILIDAD BUENO QUICHIMBO JHORDAN FERNANDO CABRERA IDROVO MATEO SEBASTIAN CHUMA IMBAQUINGO DILAN WLADIMIR LEMA AMAGUAYA NICOLE ESTEFANIA LOACHAMÍN CRIOLLO ERIKA JOHANNA TIPAN CALUGUILLIN ANDY ANTONIO SALAZAR CHAGLLA ANDRÉS SANTIAGO YANDUN AYALA CARLOS DARIO

GRUPO #:

1

SEMESTRE:

3RO

PARALELO

1

FECHA DE 20/07/2021 REALIZACIÓN: FECHA DE 21/07/2021 ENTREGA:

QUITO – ECUADOR TEMA........................................................................................................................................1 INTRODUCCION TEÓRICA...................................................................................................1 Elasticidad y Plasticidad......................................................................................................1 Elasticidad.............................................................................................................................1 Conceptos dentro de elasticidad......................................................................................1 Esfuerzo (�)....................................................................................................................1 Límite elástico................................................................................................................2 Deformación unitaria (ε ) ........................................................................................2 Módulo de elasticidad o módulo de Young.....................................................................2 Tipos de deformación por elasticidad.............................................................................2 Esfuerzo y deformación por tensión y compresión....................................................2 Esfuerzo y deformación por volumen..........................................................................2 Esfuerzo de deformación por corte..............................................................................2 Plasticidad.............................................................................................................................3 Materiales Elásticos y Plásticos...........................................................................................3 Materiales Elásticos..........................................................................................................3 Características de los Materiales Elásticos.................................................................3 Tipos de Materiales Elásticos.......................................................................................4 Modelos de materiales elásticos tipo Cauchy..........................................................4 Materiales hiperelásticos...........................................................................................4 Materiales Hipoelásticos...........................................................................................4 Ejemplos de materiales elásticos..................................................................................5 Materiales Plásticos..........................................................................................................5 Ventajas y Aplicaciones.................................................................................................5 Ejemplos de Materiales plásticos.................................................................................5 Termoplásticos...........................................................................................................5 Plásticos Termoestables.............................................................................................6 Plásticos Elastómeros................................................................................................7 Materiales elastoplásticos y caucho.................................................................................8 ¿Qué es un material elastoplástico?................................................................................8 Caucho...............................................................................................................................8 ¿Qué es material isotrópico?............................................................................................9 Diagrama de Esfuerzo - Deformación Específica....................................................................11 

Límite de proporcionalidad................................................................................12



Límite de elasticidad............................................................................................13



Punto de fluencia..................................................................................................13

OBJETIVOS............................................................................................................................20 Objetivos Generales............................................................................................................20 Objetivos específicos...........................................................................................................20 EQUIPOS, MATERIALES y HERRAMIENTAS...................................................................21 PROCEDIMIENTO.................................................................................................................21 TABLAS Y GRÁFICAS..........................................................................................................22 CÁLCULOS TÍPICOS.............................................................................................................25 CONCLUSIONES...................................................................................................................29 RECOMENDACIONES..........................................................................................................31 BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................................31 ANEXOS..................................................................................................................................33

TEMA ELASTICIDAD Y PROPORCIONALIDAD INTRODUCCION TEÓRICA Elasticidad y Plasticidad Las propiedades mecánicas de un material se definen de acuerdo a UPC (2011.) Como aquellas características de los materiales que lo relacionan con su capacidad de soportar cargas y que estas pasen a través del material sin afectarlo en el proceso. De lo expuesto se concluye que las propiedades mecánicas estudian a los materiales cuando se aplican cargar sobre estos, buscando la máxima carga que estos pueden soportar antes que presenten fallas. Elasticidad La elasticidad es una propiedad mecánica fundamental de los materiales, se refiere a la capacidad que tiene un material que una vez expuesto a una carga y sufra una deformación este pueda regresar a su estado inicial, Gutiérrez (1983). Se entiende que los materiales antes de presentar fallas al aplicar sobre ellos una carga hasta cierto punto cambian de forma debido a la carga aplicada. Durante la deformación elástica de un cuerpo este presenta ciertos comportamientos en su estructura atómica, según UPC (2011) la elasticidad esta también relacionada con las uniones entre sus átomos. Se deduce que los átomos pueden expandir la distancia que existe entre ellos pero a su vez lograr permanecer unidos y comprimir el espacio ganado en la aplicación de la carga una vez esta se retire, tal como se observa en la figura 1.

Imagen 1. Fuente UPC (s.f.) Conceptos dentro de elasticidad Esfuerzo (�) El concepto de esfuerzo según, Izquierdo (2013) Es la medición de fuerza que se aplica por cada unidad de área representada por la ecuación 1. Se concluye entonces que los esfuerzos no miden la fuerza que se aplica en un solo punto, si no aquella que se aplica sobre una superficie compuesto de una infinidad de estos. σ=

FT N = (1) A T m2

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Límite elástico El límite elástico, es el punto en el plano esfuerzo vs deformación hasta donde un material elástico pude recuperar su estado original UPC, (2011). Se concluye entonces que los materiales elásticos no pueden deformarse indefinidamente, pues una vez se les aplique una fuerza que genere un esfuerzo mayor al soportado, estos empezaran a perder su forma original. Deformación unitaria (ε ) La deformación unitaria, es defina como una constante adimensional que se obtiene en la relación entre la variación de longitud que sufre un cuerpo después de una deformación y la longitud inicial del cuerpo, esta se representa con la ecuación 2, Izquierdo (2013). Se deduce entonces que esta constante que representa el valor que cada unidad del cuerpo inicial se deformo después de la aplicación de la carga. ε=

∆l (2) l0

Módulo de elasticidad o módulo de Young El módulo de Young o módulo de elasticidad, es definido por Izquierdo (2013) como la propiedad de un material a oponerse a la deformación que representa la pendiente de la recta en la región lineal del de la deformación elástica. Entonces concluimos que el módulo de Young o módulo de elasticidad es un valor numérico que indica que tan fuertemente están unidos los átomos de un material, mientras más fuertes estos estén unidos mayor será la oposición a deformarse. Módulos de elasticidad de diversos materiales en Anexo 1.

Tipos de deformación por elasticidad Esfuerzo y deformación por tensión y compresión La deformación por tensión y compresión es definida por Izquierdo (2013) como la deformación que sufre un cuerpo cuando se le aplican fuerzas perpendiculares a su área transversal. Se entiende que el cuerpo sufre una deformación homogénea en la sección transversal del material en el que se aplicó en el esfuerzo diferenciándose así de la deformación elástica por corte. Ver anexo 2. Esfuerzo y deformación por volumen El esfuerzo y deformación por volumen es el estudio del cambio de volumen de un objeto debido a las fuerzas aplicadas, este se diferencia del resto de tipos ya que se aplica al estudio se sólidos, líquidos y gases, Izquierdo (2013) .Se concluye que este tipo de deformación elástica se realiza mucho en los gases ya que estos tienen la capacidad de variar su volumen dependiente de la temperatura. Esfuerzo de deformación por corte El esfuerzo de deformación por corte, según Izquierdo (2013) se da cuando se aplica una fuerza tangencial a una superficie de un cuerpo y este sufre una deformación que es inversamente proporcional a la distancia que se encuentre de la fuerza aplicada. De lo

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inferido se concluye que un el esfuerzo de deformación por corte no deforma cierta sección del objeto en el que se aplica la fuerza. Ver anexo 3. Plasticidad La plasticidad se define de acuerdo a UPC (2011) como el resultado de la aplicación de una carga sobre un material en donde a diferencia de la deformación elástica este no retorna a su estado inicial pues ha superado su límite elástico. De acuerdo a lo mencionado se deduce que los materiales que sufren una deformación de plasticidad, su resultado es permanente en ellos pues han sufrido una deformación a nivel molecular, tal y como se observa en la Figura 2.

Imagen 2. Fuente: UPC, (2014).

Materiales Elásticos y Plásticos Materiales Elásticos Un material elástico de acuerdo a [ CITATION Rob19 \l 2058 ] es aquel que tiene la habilidad de resistir a una influencia o fuerza distorsionadora o deformadora, para luego retornar a su forma y tamaño original cuando la misma fuerza es retirada, siendo la elasticidad lineal es utilizada ampliamente en el diseño y análisis de estructuras como las vigas, las placas y láminas. Concluyendo que los materiales elásticos tienen una gran importancia para la sociedad, ya que muchos de ellos son utilizados para elaborar ropa, neumáticos y demás repuestos automotores. Características de los Materiales Elásticos 

Si un material elástico es deformado por una fuerza externa, este experimenta una resistencia interna a la deformación y la restaura a su estado original si la fuerza ya no es aplicada



La mayoría de solidos presentan un comportamiento elástico, pero dependiendo del mismo podrá resistir más a la deformación.



Para que un material sea considerado elástico debe de estirarse hasta 300% su largo original.



El límite de elasticidad de un material marca el fin de su comportamiento elástico y comienza uno plástico.



El límite de elasticidad depende del sólido. Por ejemplo, una barra de metal puede ser extendida elásticamente hasta 1% de su largo original.

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Tipos de Materiales Elásticos Modelos de materiales elásticos tipo Cauchy Un material elástico Cauchy o material elástico simple de acuerdo a [ CITATION Rob19 \l 2058 ] es aquel en el que la tensión de cada punto es determinada solo por el estado actual de deformación con respecto a una configuración de referencia, pues, estos materiales no dependen de la ruta de deformación, la historia de deformación, o el tiempo que tarda en lograr esa deformación. Los materiales elásticos simples son abstracciones matemáticas, y ningún material real encaja en esta definición a la perfección, sin embargo, muchos materiales elásticos de interés practico como el hierro, el plástico, la madera y el concreto, pueden ser asumidos como materiales elásticos para propósitos de análisis de tensión[ CITATION Rob19 \l 2058 ]. La tensión estos materiales depende solo del estado de deformación, el trabajo realizado por la tensión, el cual depende del camino de deformación, determinando que estos materiales tienen una estructura no conservativa y la tensión no puede ser derivada de una función potencial escala[ CITATION Rob19 \l 2058 ]. Dicho esto, los materiales conservativos son definidos como hiperelásticos. Materiales hiperelásticos Los materiales hiperelásticos según [ CITATION Rob19 \l 2058 ] son un tipo de ecuación constitutiva para materiales idealmente elásticos, para los que la relación entre la tensión es derivada de una función densidad de energía de deformación, siendo uno de los ejemplos más comunes el caucho, cuya relación estrés-tensión puede ser definida como no lineal, elástica, isotrópica, incomprensible y generalmente independiente de su proporción de tensión. La hiperelasticidad suministra una manera de modelar el comportamiento estrés-tensión de dichos materiales, los cuales son utilizados para representar un comportamiento de gran deformación empleados para modelar comportamientos mecánicos y elastómeros llenos, los cuales a menudo conforman el ideal hiperelástico. Materiales Hipoelásticos Los materiales Hipoelásticos conforme a [ CITATION Rob19 \l 2058 ] tienen una ecuación constitutiva independiente de la medida de tensión finita excepto en el caso lineal, ya que, excepto en casos de circunstancias particulares, no pueden ser derivados de una función de densidad de energía de deformación. Definiendo a un material hipoelástico como uno que es modelado utilizando una ecuación constitutiva que satisface dos criterios: 

El tensor tensión ō al tiempo t depende solo del orden en el que el cuerpo ha ocupado sus configuraciones pasadas, pero no en el lapso en el que estas configuraciones pasadas fueron atravesadas.



Hay una función-tensor con valor G de manera que ō = G (ō, L) en el que ō es el lapso del tensor tensión del material y L sea el tensor gradiente de velocidad espacial.

Ejemplos de materiales elásticos Página 4 de 39

1- Goma natural

2- Polibutadieno

3- Caucho butílico (PIB)

4- Caucho nitrílico

5- Fluoroelastómero

6- Vinilo stretch

7- Elastómeros

8- Elastómero termoplástico

9- Caucho etileno-propileno (EPR)

10- Goma de silicona

11- Resilina

12- Neopreno

13- Caucho estireno-butadieno (SBR)

14- Cloropreno

15- Caucho etileno-propileno-dieno (EPDM)

16- Elastina

17- Cauchos butilos halogenizados (CIIR, BIIR)

18- Nylon

19- Caucho isopreno

20- Terpeno

Materiales Plásticos El termino plástico de acuerdo a [CITATION Lar15 \l 2058 ] en su significado más general, se aplica a las sustancias de similares estructuras que carecen de un punto fijo de evaporación, y poseen un intervalo de temperaturas, propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones, dentro de estas aplicaciones esta la industria y la construcción. Ventajas y Aplicaciones Comparado con los metales, los materiales plásticos presentan un gran número de ventajas pese a que también tienen desventajas. Principalmente, los materiales plásticos son ideales en aquellas aplicaciones donde se exijan propiedades mecánicas y una reducción de peso, haciendo que los mismos sean cada vez más aplicados en sectores industriales y de construcción.

Ejemplos de Materiales plásticos Termoplásticos Los materiales termoplásticos están constituidos por cadenas unidas entre si débilmente, siendo estos un material el cual se permite calentar y enfriar un gran número de veces indefinidas, además de cuando estos están a altas temperaturas se hacen muy fáciles moldear.

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NOMBRE

PROPIEDADES

APLICACIONES

Amplio rango de dureza Impermeable

Tubos, desagües, puertas, ventanas

Duro

Transparente pigmentable

Juguetes, pilotos coche

Expandido (porexpán)

Esponjoso y blando

Aislamiento térmico y acústico, envasado , embalaje (“corcho blanco “),

Transparente

Faros, pilotos de automóvil, ventanas, carteles luminosos, gafas de protección, relojes...

Teflón (fluoro carbonato)

Deslizante. Antideslizante.

Utensilios de cocina (sartenes, paletas...), superficies de encimeras...

Nailon (PA poliamida)

Flexible y resistente a la tracción, traslucido, brillante

Hilo de pescar ,levas, engranajes ,tejidos, medias

Celofán

Transparente (con o sin color). Flexible y resistente. Brillante y adherente.

Embalaje, envasado, empaquetado.

Polipropileno(PP)

Translucido, flexible resistente.

Tapas de envases, bolsas, carcasas

Policloruro de vinilo (PVC)

Poliestireno (PS)

Metacrilato (plexiglás)

Poliéster (PET)

Botellas de agua, envases champú, limpieza

Tabla Materiales Termoplásticos [CITATION Lar15 \l 2058 ]. Plásticos Termoestables Están formados por cadenas enlazadas fuertemente en distintas direcciones, los cuales, al someterlos al calor, se vuelven rígidos, por lo que solo se pueden calentarse una vez y no se deforman, es decir, que por lo general presentan un superficie dura y extremadamente resistente, y son más frágiles que los termoplásticos.

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Nombre

Poliuretano (PUR)

Propiedades

Aplicaciones

Esponjosa y flexible. Blando macizo. Elástico y adherente

Espuma para colchones y asientos, esponjosas, aislamientos térmicos y acústicos, juntas, correas de transmisión de movimientos, ruedas de fricción, pegamentos y barnices.

Mangos y asas de utensilios de Con fibras de vidrio son cocina, ruedas dentadas, carcasas resistentes al choque. Con de electrodomésticos, Resinas fenólicas (PH): amianto, son termorresistentes. aspiradores, aparatos de Baquelitas Color negro ...