Comportamiento de Materiales: Elasticidad y Plasticidad en Ingeniería

Comportamiento Elástico y Plástico de Materiales

En la primera imagen se observa que el material sigue un comportamiento elástico hasta la tensión de rotura. A partir de aquí, el material se considera perfectamente plástico porque, aunque la tensión en el material no aumente, la deformación va a seguir creciendo. Sin embargo, una vez que se descargue en esta línea, se recuperaría la deformación elástica, aunque la deformación plástica sería irreversible.

Por otra parte, el material puede experimentar endurecimiento cuando alcanza el punto de fluencia. Esto significa que la deformación solo puede aumentar si también lo hace la tensión. Si se descargase en esta línea, el material recuperaría la deformación elástica, pero la plástica sería irreversible. Si se vuelve a cargar, la deformación es menor que la primera vez que se hizo el recorrido 1-2-3. Cada vez es mayor el rango de tensiones en el que se consigue un comportamiento elástico.

Criterios de Plastificación

Un criterio de plastificación es aquel que permite distinguir entre los comportamientos elásticos y plásticos. Se le denomina también superficie de plastificación porque, en problemas tridimensionales y expresado en el espacio de las tensiones, delimita los dominios en función de los invariantes del tensor de tensiones. Por tanto, se tendrá que:

• Dominio interno: dominio elástico.
• Frontera: comportamiento plástico.
• Dominio externo: situación imposible.

Como criterios de plastificación habituales, existen:

• Para los materiales frágiles, usualmente adoptados en mecánica de suelos, están los criterios de Rankine, de Mohr-Coulomb o de Drucker-Prager.
• Para los materiales dúctiles, adoptados usualmente en mecánica del sólido deformable, se formulan con los criterios de Tresca o de Von Mises.

Diferencias entre Análisis Elástico y Plástico

El análisis elástico corresponde a un estado o estados tensionales en los que alguna de las tensiones normales o tangenciales de la sección superan el límite elástico de la sección. En cambio, el análisis plástico corresponde a un estado o estados tensionales que agotan completamente a la sección.

Por ejemplo, si analizamos una viga biapoyada sometida a una carga uniforme:

Se puede observar que el límite elástico se ha superado en los extremos de la sección central.

Por otra parte, el análisis plástico permite explicar el comportamiento de una estructura hasta el colapso y permite el mejor aprovechamiento del material, puesto que el momento de plastificación es mayor que el momento elástico. Proporciona una estimación más precisa del margen real de seguridad.