Una de las propiedades más básicas de los materiales empleados en la construcción de edificios, máquinas o robots es su constante elástica (o módulo de Young). Básicamente, se trata de la constante de proporcionalidad entre fuerzas aplicadas y deformaciones en la misma dirección, como si cualquier material se tratase de un "muelle".
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| Ley de Hooke (Créditos) |
En casi todos los cálculos habituales se asume que el material es lineal por lo que si se duplica la carga, se duplica la deformación. Pero ningún material es perfectamente lineal, sino que sólo lo parece hasta llegar a cierta tensión a partir de la cuál entra en fase plástica (las deformaciones son permanentes), si se trata de materiales dúctiles, o directamente se rompe si es un material frágil (como el hormigón).
Por tanto es importante ensayar cada material a tracción para caracterizar las distintas fases de su comportamiento en deformaciones. Precisamente eso es lo que muestra el vídeo que os traigo hoy, realizado para la asignatura Resistencia de Materiales de mi universidad. Espero que os guste:
El eje horizontal de la gráfica muestra el alargamiento en centímetros (cm) y el eje vertical la fuerza de tracción aplicada, en kilo Newtons (kN). Materiales como el hierro o el acero tienen siempre una curva aproximadamente similar a la obtenida (con diferencias cuantitativas según composición, calidad, temperatura, velocidad de cargado, etc.), donde las fases principales son las siguientes:
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| Distintas zonas de la deformación de un material dúctil (Créditos) |
- Zona elástica: Aquí es donde se cumple la proporcionalidad entre tensión y deformación. La pendiente de la recta es precisamente el módulo de Young del material.
- Fluencia: En esta fase el material se alarga sin necesidad de tirar mucho más fuerte, ya que se producen reestructuraciones (permanentes) en su configuración interna.
- Endurecimiento por deformación.
- Estricción: en un momento dado aparecerá un punto débil en la barra y la sección del material se irá reduciendo (haciéndose más estrecha). Es por eso que hace falta menos fuerza (la gráfica de fuerza baja) para seguir deformando el material: la tensión interna es cada vez mayor pero se aplica sobre una sección cada vez menor. Finalmente, la barra termina rompiéndose completamente y la fuerza cae a cero finalizando el ensayo.
Cuando se diseña la estructura de una máquina se dimensionan éstas para que nunca se entre el régimen de deformación plástico. En construcción, lo más fácil es diseñar edificios para que aguanten sismos aunque sea llegando a entrar en el régimen plástico, ya que se asume que después tendrán que ser demolidos.
Fuente:
Ciencia Explicada
