Propiedades Mecánicas de los Materiales: Tipos, Medición y Ensayos

Propiedades Mecánicas de los Materiales

Introducción

Las propiedades mecánicas de un material describen su comportamiento cuando se le aplican fuerzas externas. Estas propiedades son cruciales para seleccionar el material adecuado para una aplicación específica, ya que determinan su resistencia, rigidez, ductilidad y otras características importantes.

Tipos de Esfuerzos

Existen diferentes tipos de esfuerzos que pueden actuar sobre un material:

Esfuerzo de Compresión

Es la fuerza que tiende a reducir el volumen de un material o a acortar su longitud en una dirección específica.

Esfuerzo de Tracción

Es la fuerza que tiende a alargar un material, resistiendo su elongación.

Esfuerzo de Flexión

Es una combinación de esfuerzos de tracción y compresión que se producen en un material cuando se somete a una fuerza transversal, provocando su flexión.

Torsión

Se produce cuando una carga lateral actúa sobre una estructura cuyos centros de masa y resistencia no coinciden, generando un giro o torsión en el material.

Corte o Cizalle

Es la deformación que ocurre cuando dos fuerzas paralelas y opuestas actúan sobre un material, provocando un deslizamiento entre sus capas. Un ejemplo de esto son las "escalerillas" en un muro, que reducen el efecto de corte.

Deformación, Dureza y Tenacidad

Además de los esfuerzos, otras propiedades mecánicas importantes son:

• Deformación: Es el cambio en la forma o tamaño de un material cuando se le aplica un esfuerzo.
• Dureza: Es la resistencia de un material a la penetración o rayado.
• Tenacidad: Es la capacidad de un material para absorber energía antes de fracturarse.

Esfuerzo y Deformación

1. Esfuerzo y Deformación Elástica

El esfuerzo normal (σ) se define como la fuerza perpendicular por unidad de área, mientras que la deformación lineal (ε) es el cambio en la longitud original dividido por la longitud original. En la región elástica, la deformación es proporcional al esfuerzo y desaparece cuando se retira la fuerza. La relación entre el esfuerzo y la deformación en esta región se conoce como módulo de Young o módulo de elasticidad.

2. Esfuerzo y Deformación Plástica

Cuando el esfuerzo supera un cierto límite, el material puede sufrir una deformación plástica, que es permanente y no se recupera al retirar la fuerza. El límite elástico es el punto en el que comienza la deformación plástica. El esfuerzo último (EU) o resistencia a la tracción (RT) es el esfuerzo máximo que puede soportar el material antes de fracturarse. En los materiales dúctiles, la deformación puede continuar más allá del esfuerzo último, produciéndose un estrechamiento local llamado estrangulamiento. El esfuerzo de ruptura (RR) es el esfuerzo en el punto de fractura.

Ductilidad

La ductilidad es una medida de la capacidad de un material para deformarse plásticamente antes de fracturarse. Se puede expresar como alargamiento (AL) o reducción de área (RA).

Alargamiento (AL)

AL = (L_f - L_i) x 100
L_i

Reducción de Área (RA)

RA = (A_o - A_f) x 100
A_o

Donde:

• L_i y A_o son la longitud y el área iniciales.
• L_f y A_f son la longitud y el área finales.

Los materiales dúctiles tienen valores altos de alargamiento y reducción de área, mientras que los materiales frágiles tienen valores cercanos a cero.