Ingeniería de Materiales y Diseño Estructural: Conceptos Clave

Estructuras

Definición de Estructura

Una estructura puede definirse como un conjunto de elementos resistentes capaz de mantener su forma y sus cualidades a lo largo del tiempo, bajo la acción de cargas a las que ha de estar sometida.

La resistencia de materiales nos permite determinar el material más adecuado, la forma y dimensiones más convenientes para los elementos de una construcción, con el fin de que puedan resistir la acción de fuerzas exteriores que actúan sobre ellos.

Conceptos Clave en Estructuras

• Resistencia Mecánica: Son las fuerzas internas máximas o tensiones que es capaz de desarrollar un cuerpo. Es la capacidad de oponerse a la rotura. Dependerá de las dimensiones del mismo y del material del que esté hecho.
• Rigidez: Es la capacidad de oponerse a las deformaciones.
• Ductilidad: Capacidad de deformarse antes de romperse.

El momento de inercia es el parámetro que evalúa la influencia de la forma en la resistencia del elemento.

Sistema de Fuerzas

Un Sistema de Fuerzas es un conjunto de fuerzas que actúan en un sistema.

Clasificación de Fuerzas

Las fuerzas que actúan se pueden clasificar en:

• Fuerzas Exteriores: Son debidas a la acción de otros cuerpos sobre el sólido rígido considerado. Las fuerzas exteriores se pueden clasificar en:
  • Fuerzas activas
  • Fuerzas reactivas
• Fuerzas Internas: Las fuerzas exteriores que aplicamos sobre los cuerpos provocan en ellos fuerzas internas o tensiones que se oponen a las exteriores.

Materiales

Propiedades Mecánicas

• Límite Elástico (Re): Es el valor máximo de carga para el cual las deformaciones sufridas son reversibles al desaparecer la carga.
• Fluencia o Cedencia: Zona de transición entre la zona elástica y la plástica donde se produce un alargamiento muy rápido sin que varíe la tensión aplicada.
• Resistencia a la Rotura: Carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicial de la probeta.
• Punto de Rotura: Punto donde se rompe la probeta.
• Dureza: Resistencia de un cuerpo a ser deformado, penetrado o rallado por otro. Indica la resistencia al desgaste y la facilidad de mecanizarlo.
• Tenacidad: Resistencia que opone un material a la rotura, doblado, etc. (energía requerida para producir la rotura). Se rompen tras grandes deformaciones.
• Fragilidad: Propiedad contraria a la tenacidad. No absorbe fuerzas de deformación y se rompe con pequeñas deformaciones (ej. vidrio).
• Elasticidad: Propiedad de recuperar la forma cuando dejan de actuar sobre él las fuerzas que lo deforman.
• Plasticidad: Propiedad contraria a la elasticidad. No recupera la forma original. Se deforma sin romperse.
• Maleabilidad: Capacidad de laminación sin fractura.

Tratamientos Térmicos

La finalidad de los tratamientos térmicos es mejorar las propiedades de los metales y sus aleaciones. Las fases de los tratamientos térmicos incluyen:

• Temple: Se utiliza para aumentar la dureza, la resistencia mecánica y el límite elástico. Se logra con el rápido enfriamiento del acero.
• Revenido: Se utiliza como complemento al temple, para reducir la dureza y eliminar tensiones internas.
• Recocido: Para recuperar propiedades que el material ha perdido en su proceso de fabricación. Se logra enfriando el acero muy lentamente.
• Normalización: Se utiliza en piezas que han estado soldadas, laminadas o forjadas con el objetivo de eliminar tensiones.

Materiales Comunes en Ingeniería

Acero

El acero es el material más empleado en la construcción de carrocerías. Ofrece muchas ventajas:

• Abunda en la naturaleza.
• El proceso de fabricación es relativamente fácil y económico.
• Posee excelentes propiedades mecánicas.
• Gracias a su plasticidad, permite obtener piezas con formas complicadas.
• Fácil de reparar.
• Fácil reciclaje.

Aluminio

El aluminio es otro de los materiales utilizados para la fabricación de carrocerías.

• Es ligero; su peso específico es aproximadamente una tercera parte del peso específico del acero.
• Resulta más caro, pero es más maleable que el acero.
• Elevada relación resistencia-peso.
• Posee gran resistencia a la corrosión.
• Gran capacidad de absorción de energía.
• Es reciclable.
• Se utiliza para fabricar paneles de la carrocería e incluso carrocerías completas.