En esta entrada, voy a tratar las cinco solicitaciones mecánicas que se puede someter a un material, el tipo de fallo que puede tener éste mismo y material más característico de cada una de las solicitaciones.
En primer lugar empezaré hablando de que es una solicitación mecánica. Se puede traducir como la reacción que se produce en una sección de un sólido en consecuencia de establecer una fuerza externa sobre el mismo. Cuando la solicitación, es decir, la fuerza que se ejerce, es mayor a la resistencia del sólido, éste se deforma. Dependiendo de la dirección en el que se efectúa la fuerza los esfuerzos se clasifican en: tracción, compresión, flexión, cizalladura y torsión.
Tracción:
Se denomina tracción al esfuerzo interno a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo. 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.
Son muchos los materiales que se ven sometidos a tracción, en especial, los que se utilizan en obras de arquitectura o de ingeniería como las rocas, la madera, el hormigón y el acero.
Para reconocer los fallos de los materiales existe un ensayo de tracción. Se somete una probeta normalizada a unos esfuerzos, esta probeta deberá ser del material al cual nosotros queramos someter al ensayo, dependiendo del material la probeta sera mayor o menor y deberá tener unos cuidados antes de ser sometidas al ensayo. Sera sometida a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente.
Una vez hecho el ensayo, podemos reconocer dos tipos de fallos, fractura dúctil y fractura frágil.
Fractura dúctil: la fractura dúctil ocurre después de una intensa deformación plástica y se caracteriza por una lenta propagación de la grieta.
Fractura frágil: la fractura frágil se produce a lo largo de planos cristalográficos llamados planos de fractura y tiene una rápida propagación de la grieta.
Compresión:
El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que actúa sobre esta o existen dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección.
Para observar los fallos de este esfuerzo, se usan métodos similares también a lo dicho anteriormente. Se coloca una de probeta de tracción en una maquina de ensayos de tracción y compresión, y se aplican gradualmente en los extremos fuerzas de tracción. Se mide el alargamiento total en la longitud patrón para cualquier incremento predeterminado de la carga axial por medio de un aparato de medición mecánico y hallar, a partir de estos valores, el alargamiento por unidad de longitud llamado deformación normal.
El fallo más característico que se ve en la compresión es el pandeo.
Pandeo: el pandeo es un fenómeno de inestabilidad elástica que puede darse en elementos comprimidos esbeltos, y que se manifiesta por la aparición de desplazamientos importantes transversales a la dirección principal de compresión.En ingeniería estructural el fenómeno aparece principalmente en pilares y columnas, y se traduce en la aparición de una flexión adicional en el pilar cuando se halla sometido a la acción de esfuerzos axiales de cierta importancia.
Flexión:
En ingeniería se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñadas para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas.
El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento flector.
Las vigas o arcos son elementos estructurales pensados para trabajar predominantemente en flexión. Geométricamente son prismas mecánicos cuya rigidez depende, entre otras cosas, del momento de inercia de la sección transversal de las vigas.
El tipo de fallo más habitual de este material, que es el hormigón y en forma de viga es el corte, habitualmente recto y regular.
Cizallamiento:
El cizallamiento, es una constante elástica que caracteriza el cambio de forma que experimenta un material elástico (lineal e isótropo) cuando se aplican esfuerzos cortantes. Este módulo recibe una gran variedad de nombres, entre los que cabe destacar los siguientes: módulo de rigidez transversal, módulo de corte, módulo de cortadura, módulo elástico tangencial, etc.
Para un material elástico lineal e isótropo, el módulo de elasticidad transversal es una constante con el mismo valor para todas las direcciones del espacio. En materiales anisótropos se pueden definir varios módulos de elasticidad transversal, y en los materiales elásticos no lineales dicho módulo no es una constante sino que es una función dependiente del grado de deformación.
Los materiales más característicos de este esfuerzo son las soldaduras y los tornillos:
Soldaduras: es un proceso en el cual se unen dos piezas tras aplicar calor, si se produce una mala fijación del cordón, se ocasionara un corte también puede producirse por someter la pieza a mas presión de la que aguanta la soldadura.
Tornillos: los tornillos sufren mucho tipo de fuerzas y una de ellas son inversas en el momento de apriete y debido a estas fuerzas puede producirse el cizallamiento, también afecta el estado del tornillo, ya que si está deteriorado, tiene más probabilidades de que se sufra el cizallamiento.
En cuanto al ensayo de esta solicitación se realiza un test de corte. Este test se hace con materiales hechos de metal o materiales compuestos por más de un metal, a eso el nombre de materiales compuestos. Este ensayo mide la fuerza interna de un material para ver cuanto soporta el material antes de romperse.
Torsión:
En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.
La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él.
En este caso no voy a especificar material más común en esta solicitación ya que se deberá tener en cuenta la forma, puesto que es una condición inalterable. Así, las piezas de gran espesor y macizas serán mas factibles de torsionar que una pieza pequeña de pequeño espesor, las cuales no son apropiadas para este tipo de solicitación y se debe tratar de evitar su utilización. En cuanto a materiales, los tornillos repiten en esta entrada, ya que sufren gran estrés torsional dada su función de apretar.
En esta solicitación diferenciamos dos tipos de torsiones:
Torsión uniforme: para que se cumpla una torsión uniforme tiene que haber un único esfuerzo constante en toda la pieza y que los extremos de la pieza tengan un movimiento libre respecto al eje longitudinal (alabeo).
Torsión no uniforme: si no se cumple lo anteriormente dicho, ya es una torsión no uniforme.
El ensayo de torsión consiste en aplicar un par torsor a una probeta por medio de un dispositivo de carga y medir el ángulo de torsión resultante en el extremo de la probeta. Este ensayo se realiza en el rango de comportamiento linealmente elástico del material.
Los resultados del ensayo de torsión resultan útiles para el cálculo de elementos de máquina sometidos a torsión tales como ejes de transmisión, tornillos, resortes de torsión y cigüeñales.
Las probetas utilizadas en el ensayo son de sección circular. El esfuerzo cortante producido en la sección transversal de la probeta (t ) y el ángulo de torsión (q ) están dados por las siguientes relaciones:
Bueno hasta aquí llega la actualización sobre las solicitaciones mecánicas, espero que se haya mejorado y que se hayan aclarado mejor las cosas, hasta la próxima ;).
