Acciones y deformaciones

1. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Firmitas
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

2. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Acciones.
• Fuerza (F). Magnitud física de carácter vectorial capaz de
deformar (estática) o poner en movimiento (dinámica) un
cuerpo. (KN)
• Momento (M). Magnitud física de carácter pseudovectorial
resultante del producto vectorial entre el vector de posición y
el vector fuerza. (KN·m)
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

3. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Tensión deformación. Tracción y compresión.
• Esfuerzo. Tensión que se produce al aplicar una acción sobre un
cuerpo. (N/mm2
)
• Tracción (σT). Esfuerzo resultante tras la aplicación de una carga
uniaxial a lo largo del eje de la probeta intentado alargar el
cuerpo.
• Compresión (σc). Esfuerzo resultante tras la aplicación de una
carga uniaxial a lo largo del eje de la probeta intentado acortar
el cuerpo.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

4. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Tensión deformación. Tracción y compresión.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

5. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Tensión deformación. Cortante.
• Cortante (τ). Esfuerzo resultante de la aplicación de cargas
paralelas a la sección transversal.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

6. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Tensión deformación. Flexión.
• Flexión (σF). Esfuerzo que se produce tras aplicar un momento
perpendicular al eje longitudinal.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

7. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Tensión deformación. Torsión.
• Torsión (Τ). Esfuerzo que se produce tras aplicar un momento
sobre el eje longitudinal.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

8. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación elástica. Modulo de Young
• Aquella cuya deformación es proporcional a la tensión según
la Ley de Hooke. Es recuperable
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM
Lineal No Lineal

9. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación elástica. Modulo de cizalladura.
• La tensión y deformación por cortante también son
proporcionales.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

10. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación elástica. Coeficiente de Poisson.
• Cociente entre las deformaciones laterales y axiales.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

11. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Unidades
1kp/cm2
≈ 0,1 MPa
1MPa = 1N/mm2
≈ 10 kp/cm2
1Pa = 1N/m2
1kN ≈ 100 Kg
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

12. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación elástica. Relación densidad-modulo de Young
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

13. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación elástica. Relación densidad-modulo de Young
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

14. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación elástica. Mecanismo atómico.
• Pequeños cambios en el espacio interatómico.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

15. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación elástica. Mecanismo atómico.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM
• Módulo de elasticidad teórico > aparente

16. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación plástica. Fluencia.
• No hay proporción tensión-deformación. No es recuperable.
• Fluencia. Punto en el que empieza la deformación plástica.
• Discontinuidad de fluencia. Típica de algunos aceros.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

17. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación plástica. Recuperación elástica.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

18. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación plástica. Limite elástico.
• Limite elástico (σ E). Punto en el se consigue un deformación
plástica determinada (usualmente 0,002).
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

19. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación plástica. Resistencia a la tracción y tensión de rotura.
• Resistencia de tracción (M). Tensión en el máximo de la curva.
• Tensión de rotura (F). Tensión a la que se produce la rotura.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

20. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación plástica. Mecanismo atómico.
• Rotura de enlaces atómicos y formación de nuevos enlaces.
• Deslizamiento. Deformación plástica mediante un gran
número de dislocaciones.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

21. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación plástica. Mecanismo atómico.
• Plano de deslizamiento. En función de la estructura FCC, BCC
o HC existen planos cristalográficos en los que las
dislocaciones se producen más fácilmente.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

22. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación plástica. Mecanismo atómico.
• Materiales policristalinos. Tienen mayor resistencia al tener
mayor resistencia a iniciar el deslizamiento.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

23. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación plástica. Mecanismo atómico.
• Monocristales
• 1º. Elástico
• 2º: Plástico
• I: Deslizamiento y
movimiento de
dislocaciones
• II: Endurecimiento
elástico por bloqueo
de las dislocaciones
• III: deslizamientos
cruzados
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

24. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Mecanismos de endurecimiento en metales. Deformación.
• La deformación provoca un aumento de la densidad de
dislocaciones, aumentando la resistencia al movimiento de
las mismas.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

25. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Mecanismos de endurecimiento en metales. Precipitación.
• Se da en aleaciones.
• Proceso:
• Solubilización. Calentamiento para producir mezcla
homogénea.
• Templado. Enfriamiento rápido para producir estructura
cristalina con huecos en la fase sólida.
• Envejecimiento. La fase líquida va cristalizando en forma
de pequeños granos.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

26. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Mecanismos de endurecimiento en metales. Precipitación.
• A menor tamaño de grano, más límites de grano y mayor
resistencia.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

27. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Mecanismos de endurecimiento en metales. Aleación.
• Los átomos de impurezas producen deformación en la red de
los átomos vecinos de solvente.
• Dificulta movimiento de dislocaciones.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

28. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación elástica y anaelástica.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM
• La deformación depende de la tensión y tiempo.
• Reversible.
• Debido a efectos termodinámicos y presencia de fases no
cristalinas.

29. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Deformación viscosa y viscoelástica.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM
• Líquidos. Incompresibles. Átomos en contacto directo.
• No hay resistencia a cortante por no haber enlaces primarios.
• Coeficiente de viscosidad (η).(N·s/mm2
)
• No recuperable.

30. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Micromecanismos de fractura. Tipos.
• Fractura. Separación de un cuerpo en 2 o más piezas en
respuesta a una tensión aplicada estática.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM
Deformación ¿f(tiempo)? ¿Recuperable? Fractura
ELÁSTICA
PLÁSTICA
VISCOSA
ANELÁSTICA
NO
NO
SI
SI
SI
NO
NO
SI
FRÁGIL
DÚCTIL
FLUENCIA
FATIGA

31. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Micromecanismos de fractura. Tipos.
• Ductilidad. Medida de la deformación plástica que puede ser
soportada hasta la fractura
• Tenacidad. Capacidad de un material de absorber energía
antes de la fractura
• Resiliencia. Capacidad de un material de absorber energía
antes el límite elástico
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

32. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Micromecanismos de fractura. Fractura dúctil.
• Estricción previa a la fractura
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

33. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Micromecanismos de fractura. Fractura dúctil.
• Fractura copa-cono
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

34. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Micromecanismos de fractura. Fractura frágil.
• Sin deformación plástica.
• Propagación rápida de la grieta perpendicular a la tensión.
• Superficie plana.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

35. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Micromecanismos de fractura. Fractura frágil de mat. ductiles.
• Teoría. Tensión rotura=Resistencia cohesiva del material.
• Rotura mucho antes de la tensión de rotura teórica.
• Teoría de Griffith. Concentración de tensiones.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

36. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Micromecanismos de fractura. Tenacidad de rotura.
• Resistencia del material a la fractura frágil cuando una grieta
esta presente.
• Y=1 o 1,1
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

37. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Micromecanismos de fractura. Fractura por fluencia.
• Creep. Si un material con deformación viscosa tiene
impedida esta, a lo largo del tiempo hay una perdida de
tensión por relajación.
• Se da en materiales poliméricos (madera, bituminosos y
plásticos)
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

38. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Micromecanismos de fractura. Fractura por fatiga.
• Rotura producida por
tensiones dinámicas y
fluctuantes.
• Rotura a tensión inferior a
la resistencia a la tracción.
• Limite de fatiga.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

39. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos mecánicos.
• Se imita la realidad mediante simulaciones
• Para ser fiables deben ser:
• Replicados con número de muestras según variabilidad de
resultados
• Repetitivos y reproducibles
• Normalizados
• Su resultado cuantitativo es:
• Convencional
• Difícilmente extrapolable a situaciones o condiciones
reales
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

40. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de tracción.
• Prensa universal, calibrador, extensómetros mecánicos,
captadores inductivos, bandas extensométricas, lectores
laser.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

41. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de tracción.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

42. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de tracción.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

43. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de tracción.
• Adherencia Sattec
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

44. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de compresión.
• En minerales y madera
• Probetas cúbicas o cilíndricas
• Cilindricas h=2~2’5×l
• Con caras refrentadas
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

45. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de flexión.
• En materiales no metálicos
• Pura: 4 puntos
• l/4
• l/3
• Simple: 3 ptos.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

46. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de flexión.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

47. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos a flexión.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

48. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos a flexión.
• La sección crítica es la central
• Al deformarse una sección plana,
permanece plana
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

49. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos a flexión.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM
• Hipótesis diagrama σ/ε lineal.
• Probetas 4x4x16 y L=10,66 cm.

50. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos a flexión.
• Otras hipótesis.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

51. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de tenacidad.
• Péndulo Charpy/ Izod:
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

52. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de tenacidad.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

53. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos no destructivos.
• Técnicas indirectas de estimación
• No inutilizan al material una vez ensayado
• Son rápidos, repetibles, y baratos
• Complementarios de ensayos destructivos
• Hay que calibrar la correlación entre las variables medida y
estimada
• Ejemplos: dureza, esclerometría, ultrasonidos, etc.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

54. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de dureza.
• Resistencia de un material a la deformación plástica
localizada.
• Por rayado
• Mohs
• Por desgaste
• Abrasión: pista de desgaste
• Erosión: caída de abrasivo
• Por penetración
• Estática: Brinell, Rockwell, Shore, etc.
• Dinámica: Rebote en esclerómetro Schmidt
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

55. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de dureza. Enasyos por rayado. Escala de Mohs
1. Talco
2. Yeso
3. Calcita
4. Fluorita
5. Apatito
6. Feldespato
7. Cuarzo
8. Topacio
9. Corindón
10. Diamante
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

56. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de dureza. Ensayos por desgaste. Pista de desgaste.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

57. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de dureza. Penetración estática.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

58. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de dureza. Penetración estática. Brinell y Vickers
• HBN<500
• d= 0,3-0,6D
• HVN>500
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

59. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de dureza. Penetración estática. Rockwell.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

60. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de dureza. Penetración estática. Rockwell.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

61. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de dureza. Penetración estática.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

62. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de dureza. Penetración estática. Relación con tensiones.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM
Aceros: σt(Mpa)=3,45-3,5xHB

63. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de dureza. Penetración estática. Shore.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

64. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de dureza. Penetración estática. Comparación.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

65. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de dureza. Penetración dinámica.
• Esclerómetro Schmidt.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

66. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de ultrasonidos.
• E=ρv2
10-9
(N/mm2
)
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

67. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Ensayos de ultrasonidos.
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM

68. UD. 3. PROPIEDADES MECANICAS
CURSO 2011-2012
Resumen
• Los análisis, ensayos y pruebas son una ayuda importante
• Hay que prepararlos con detalle
• definir lo que se quiere saber
• valorar su utilidad
• planificar el muestreo y los ensayos
• Su validez depende:
• de la representatividad de la muestra
• de las hipótesis implícitas
• Más allá de la comparación relativa, su extrapolación exige
prudencia
MATERIALES DE CONSTRUCCION. DCTA. ETSA. UPM