Leccion2

4.- Propiedades mecánicas.
4.1.- Introducción.
Muchos materiales, cuando prestan servicio, están sometidos a fuerzas o cargas, ejemplos de ello son los
revestimientos refractarios de los hornos, las aleaciones de aluminio con las cuales se construyen las alas de
los aviones, el acero de los ejes de los automóviles o las vigas y pilares de los edificios. En tales situaciones
es necesario conocerlas características del material y diseñar la pieza de tal manera que cualquier
deformación resultante no sea excesiva y no se produzca la rotura. El comportamiento mecánico o las
propiedades mecánicas de un material reflejan la relación entre la fuerza aplicada y la respuesta del material
(o sea, su deformación). Algunas de las propiedades mecánicas más importantes son la resistencia, la dureza,la ductilidad y la rigidez.
La respuesta de los materiales a las fuerzas aplicadas depende de
1.- Tipo de enlace.
2.- Disposición estructural de los átomos o moléculas.
3.-Tipo y número de imperfecciones, que están siempre presentes en los sólidos, excepto en raras
circunstancias.
Así, fijada la solicitación exterior es evidente que la deformación que se origina y, en consecuencia, la tensióncreada en el sólido elástico dependen de las fuerzas de atracción molecular, es decir, de la estructura cristalina del
material.
A pesar de la considerable complejidad de los materiales ingenieriles todos los materiales
sometidos a cargas se pueden clasificar en tres grupos principales de acuerdo con el mecanismo que ocurre
durante su deformación bajo las fuerzas aplicadas
(I).- MATERIALES ELASTICOS(Por ejemplo, los cristales iónicos y covalentes).
(II).- MATERIALES ELASTOPLASTICOS (Por ejemplo, los metales estructurales).
(III).- MATERIALES VISCOELASTICOS (Por ejemplo, los plásticos, los vidrios).
A su vez los tipos básicos de deformación de los materiales como respuesta a las fuerzas aplicadas son
tres
1.- ELASTICO.
2.- PLASTICO.
3.- VISCOSO
Los materiales refractarios en servicio estánsujetos a fuertes tensiones mecánicas debidas, en la mayor
parte de los casos, a las dilataciones de la mampostería refractaria (Fuerzas debidas a la expansión térmica),
como es el caso de los refractarios en el horno de cemento. La mayor o menor capacidad de un material para
absorber dichas tensiones, deformándose sin romperse, será una de las causas de buen comportamiento del
material refractario enlas instalaciones.
Los elementos de un cuerpo tienden a dilatarse o contraerse cuando se calientan o se enfrían
respectivamente, y las deformaciones que se presentan se denominan deformaciones unitarias
térmicas. Si los elementos se pueden deformar libremente, las deformaciones unitarias térmicas no
vienen acompañadas de tensiones, pero si se restringe la deformación, como ocurre en el caso dela
mampostería refractaria, aparecen tensiones térmicas.

Las deformaciones unitarias térmicas vienen dadas por:

ε=
donde:

L − L0
= α∆T
L0

α = Coeficiente de dilatación lineal del material.

∆ T= Cambio de temperatura.
L = Dimensión final.
Lo = Dimensión inicial.

Asumiendo que la mampostería refractaria esta totalmente restringida, es decir los elementos no pueden
variar sus dimensiones en lamagnitud:
∆ L = ε0L0 = αL0 ∆ T

su dimensión final será la misma que la inicial.
La tensión térmica, σt, como se muestra en la figura 4.1.1 , puede calcularse usando la curva tensióndeformación unitaria del material. Asumiendo un modulo de elasticidad igual a E e igual a la tangente a
la curva en el punto M (Intersección de la curva con la recta vertical ε = ε0 ), la tensión térmica viene
dadapor:
σ t = ε 0E ε0E = αE ∆ T

Figura 4.1.1.- Carga controlada por la deformación.
Las propiedades mecánicas de los materiales son muy sensibles a las operaciones y proceso de fabricación.
Los ingenieros de materiales y los metalúrgicos, por otro lado, dirigen sus esfuerzos a producir y conformar
materiales que puedan soportar las condiciones de servicio predichas por el análisis de tensiones. Esto...