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19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 71 CAPITULO VII19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 727.1. EFECTOS DE OTRAS VARIABLES SOBRE LAS PROPIEDADES MECANICAS (TEMPERATURA Y DEL TIEMPO)

El tiempo, la temperatura , la deformacin y el tipo de carga, son factores que influyen en la relacin de esfuerzo deformacin.

La dependencia funcional entre los cuatro parmetros f (, , temp. y tiempo), no es univoca.

En funcin de los tipos de carga exterior que se aplican se distinguen cargas:

De lenta variacin (cargas estticas)De variacin rpida (cargas dinamicas)De variacin ultrarrpida

CARGA DE LENTA VARIACIN (CARGAS ESTTICAS)

La velocidad de la variacin de estas cargas en funcin del tiempo es tan pequea; que la energa cintica que reciben las partculas del cuerpo deformado constituye una parte insignificante del trabajo de las fuerzas exteriores.

Es decir, el trabajo de las fuerzas exteriores se transforme exclusivamente en energa potencial elstica y en energa trmica irreversible relacionada con las deformaciones plsticas del slido

19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 73En ensayo de los materiales en las condiciones denominadas normales tiene lugar bajo la accin de cargas estticas ,

Si efectuamos los ensayos de traccin a distintas temperaturas , mantenindonos dentro de las velocidades normales de deformacin

Podr, dentro de ciertos limites, obtener la dependencia entre las caractersticas mecnicas y la temperatura.

Esta dependencia esta determinada por la variacin trmica de las ligaduras dentro de los cristales y entre ellos y, en algunos casos, por los cambios estructurales del propio material

19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 74Para una carga muerta (constante ) suele suponerse que la rapidez de la deformacin es cero ( a menos que ocurra la fluencia). Esto Es:

Esta consideracin se toma en cuenta cuando los materiales de ingeniera que se utilizan a temperaturas moderadas

Una alta rapidez de la carga durante el ensayo de laboratorio resulta en un aumento en el limite de proporcionalidad y la resistencia ultima a la tensin del material

19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 75Hay materiales que presentan caractersticas visco elsticas ( dependientes del tiempo) significativas, de manera que aun bajo carga constante (esfuerzo constante) la deformacin puede cambiar con el tiempo.

Este comportamiento se llama flujo (plstico), . Es decir:

El flujo es ms notable a temperatura elevadas

Materiales como el plomo y muchos plsticos, presentan un flujo considerable a temperatura ambiente

Si se efecta el ensayo de traccin a distintas temperaturas, a velocidades normales de deformacin (d/dt=0,01 entre 3 1/ min) se pondr dentro de ciertos lmites obtener la dependencia entre las caractersticas mecnicas y la temperatura. Ver figura

Esta dependencia esta determinada por la variacin trmica de las ligaduras dentro de los cristales y entre ellos y, en algunos casos, por los cambios estructurales del propio material.

19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 76En la figura est representada la dependencia entre la temperatura, el mdulo de elasticidad E, el lmite de fluencia (tf), el lmite de rotura (rt) y el alargamiento correspondiente a la rotura , para el caso del acero suave cuando la temperatura vara de O a 5oo C.

En la figura se observa que E no vara por debajo de 200 C.

Los valores de rt y sobre todo varan mucho ms. Tiene lugar lo que se llama fragilizacin, del acero, es decir, que el alargamiento en el momento de la rotura disminuye. Despus, al aumentar la temperatura, se restablecen las propiedades plsticas del acero, mientras que las propiedades de resistencia disminuyen rpidamente

Influencia de la temperatura sobre lascaractersticas de la curva esfuerzo-deformacinde un polmero semicristalino19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 77El fenmeno de fragilizacin a temperaturas altas es propio principalmente del acero suave.

Los aceros aleados y las aleaciones de metales no ferrosos al aumentar la temperatura, manifiestan generalmente un crecimiento montono del y una disminucin, montono tambin de tf y rt En la figura estn representadas las respectivas curvas para el acero al cromo-manganeso

En las solicitaciones estticas, a partir de ciertas temperaturas, aumenta bruscamente la influencia del factor tiempo. Para unos materiales esto ocurre a temperaturas bajas, para otros, a temperaturas ms altas. La influencia del factor tiempo se observa tambin a temperaturas normales. Sin embargo, en el caso de los metales se puede prescindir de esta influencia.

19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 78Cuando se trata de algunos materiales de procedencia orgnica, incluso en el caso de bajas temperaturas, la duracin del proceso de carga y de ensayo influye seriamente sobre las magnitudes de las caractersticas que se determinan.

La variacin de las deformaciones y las tensiones, que surgen en la pieza solicitada por carga, en funcin del tiempo, se denomina fluencia plstica.

Un caso particular de la fluencia plstica lo constituye el crecimiento de las deformaciones irreversibles para tensiones constantes. Este fenmeno se denomina TIEMPO DE EFEFCTOOtra revelacin particular de las propiedades de la fluencia plstica es la RELAJACIN: A veces la deformacin se mantiene constante, pero el esfuerzo vara (generalmente disminuye) con el tiempo.

La relajacin es tambin ms acentuada a altas temperaturas

En los metales la resistencia ultima, la resistencia de fluencia y la rigidez disminuyen sensiblemente a temperaturas crecientes, en tanto que el porcentaje de alargamiento ( ductubilidad) aumenta al elevarse la temperatura . Sucede lo contrario cuando disminuye la temperatura

19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 79Lo ms fcil de estudiar experimentalmente es el tiempo de efecto. (crecimiento de las deformaciones irreversibles para tensiones constantes)

Si cargamos la probeta con una fuerza constante (fig. a) y seguimos la variacin de su longitud, a temperatura fija, se podr obtener entonces el diagrama del tiempo de efecto (fig. b) que da la dependencia entre la deformacin y el tiempo, para distintos valores de la tensin .

El crecimiento de las deformaciones es al principio muy rpido. Despus, el proceso se estabiliza y las deformaciones crecen ya con velocidad constante. Al transcurrir el tiempo en la probeta, como en los ensayos comunes, aparece el cuello

(b)(a)(c)19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 710Momentos antes de la rotura tiene lugar un rpido crecimiento de las deformaciones locales como resultado de la disminucin del rea de la seccin.

Para temperaturas ms altas, la variacin de la deformacin en funcin del tiempo transcurre de manera ms rpida.

Para un material dado se puede, por los mtodos de la teora de la fluencia plstica, transformar el diagrama del tiempo de efecto en diagrama de relajacin.

Este diagrama se obtiene experimentalmente pero para ello se necesita una maquina mas compleja , puesto que surge la necesidad de medir las variaciones de la fuerza de traccin manteniendo constante el alargamiento de la probeta

El aspecto de los diagramas de relajacin que muestran la dependencia entre la tensin y el tiempo est dado en la siguiente figura

19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 711Las caractersticas mecnicas principales del material en la fluencia plstica son:

el lmite de resistencia prolongada y el limite de fluencia plstica.

Se entiende por limite de resistencia prolongada :

la razn entre la carga que origina la rotura de la probeta traccionada, despus de un tiempo determinado, y el rea inicial de la seccin.

El lmite de resistencia prolongada depende del tiempo transcurrido dado despus del cual ocurre la rotura.

Este tiempo se escoge igual al tiempo de servicio de la pieza y vara de unas decenas de horas hasta cientos de miles de horas.

De acuerdo a este amplio intervalo de variacin del tiempo vara el lmite de resistencia prolongada. Al aumentar el tiempo, el lmite, claro est, disminuye..19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 712Se entiende por lmite de fluencia plstica :

la tensin que origina, en un tiempo determinado, plstica de magnitud fijada.

Para determinar el lmite de fluencia plstica es necesario fijar previamente :

el intervalo de tiempo (determinado por el perodo de duracin de la pieza) y el Intervalo de las deformaciones admisibles (que se establece en funcin de las condiciones de explotacin de la pieza).

El lmite de resistencia prolongada y el lmite de fluencia plstica dependen considerablemente de la temperatura. Al aumentar esta ltima, estos lmites, disminuyen

CARGAS DE VARIACIN RPIDA (CARGAS DINAMICAS)

Para la valoracin de las (estticas dinmicas) cargas existen dos criterios. :

se considera de variacin rpida la carga que origina velocidades apreciables de las partculas del slido deformado, velocidades tan grandes, que la energa cintica total de las masas en movimiento constituye una parte significante del trabajo total de las fuerzas exteriores.

la velocidad de variacin de la carga se puede relacionar con la velocidad con que transcurren las deformaciones plsticas

19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 713La carga puede considerarse de variacin rpida si durante el tiempo de carga del slido, las deformaciones plsticas no tienen tiempo de desarrollarse completamente. Esto influye sensiblemente sobre el carcter de las dependencias observadas entre las deformaciones y las tensiones.

El primer criterio de clasificacin de las cargas de variacin rpida se emplea fundamentalmente para el anlisis de las oscilaciones de los cuerpos elsticos, el segundo, al estudiar las propiedades mecnicas de los materiales durante los procesos de deformacin rpida.

Puesto que en el caso de solicitaciones rpidas, las deformaciones plsticas no tienen tiempo para desarrollarse plenamente, al aumentar la velocidad de deformacin, el material se hace ms frgil, disminuyendo as la magnitud de . Ver figura

19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 714LA INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DE DEFORMACIONES

Es ms apreciable cuando se trata de temperaturas altas. En el metal calentado, incluso cuando se trata de un aumento relativamente pequeo de la velocidad de solicitacin, se observa la tendencia que tienen rt, y , la primera a aumentar y la segunda a disminuir.

CARGAS QUE VARIAN DE MANERA ULTRARAPIDA EN FUNCION DEL TIEMPO

Las velocidad es de variacin de estas cargas es tan grande que el trabajo de las fuerzas exteriores se transforma casi plenamente en energa cintica de las partculas que se encuentran en movimiento, mientras que la energia de las deformaciones plsticas elsticas resultan relativamente pequeas

las cargas de variacin ultrarrpida aparecen durante al choque de los cuerpos que se mueven con velocidades del orden de varias cientos de metros por segundo.

15Ensayo de Tensin: Capitulo 719/06/20147.3.- COEFICNET DE SEGURIDAD

Mediante loas ensayos de traccin y compresin se obtienen los datos fundamentales sobre las propiedades sobre las propiedades mecnicas del material

Se vera el empleo de los resultados obtenidos en los ensayos en los clculos prcticos de la resistencia de las construcciones

El calculo de la resistencia se realiza por la tensin mxima que surge en cierto punto de la estructura solicitada, a esta se le denomina tensin mxima de trabajo,. Esta no debe superar cierto valor, propio del material dada y de las condiciones de trabajo de la construccin

L = cierto valor limite de la tensin para el material dado n = Un numero mayor que la unidad (coeficiente de seguridad)19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 716Generalmente ocurre que las dimensiones de la estructura son conocidas y estn determinadas, digamos partiendo de criterios de mantenimiento o de tecnologa. En estos casos el calculo tiene carcter comprobatorio. Se determina la magnitud de la tensin mxima y se halla el coeficiente de seguridad efectiva.

Si este coeficiente satisface al constructor, se considera que el calculo comprobatorio dio un resultado positiva

Cuando la estructura se encuentra en la etapa de diseo y ciertas dimensiones caractersticas deben determinarse directamente de la condicin de resistencia, la magnitud de n se fija previamente. La dimensin que se busca se determina de la condicin:

max ()Siendo: () = L / n esta magnitud se denomina tensin admisible

19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 717No queda ms que resolver el problema de qu tensin considerar como lmite (L) y cmo fijar el valor de n.

Para evitar que en la estructura a parezcan deformaciones residuales considerables, entenderemos por L en el caso de materiales plsticos, el lmite de fluencia.

Entonces la mxima tensin de trabajo constituir la n-sima parte de ft (ver figura). El coeficiente en este caso se designa por nt y se denomina coeficiente de seguridad referido al limite de fluencia.

En el caso de materiales frgiles y en algunos casos cuando se trata de materiales de plasticidad moderada por L se entiende el lmite de resistencia rt . Entonces obtendremos

nt = coeficiente de seguridad referido al lmite de resistencia. coe19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 718Si se realiza el clculo partiendo de las cargas lmites, entonces se podr de la misma forma introducir el concepto de seguridad (reserva) referido a la carga lmite

siendo PL, y Ptrab la carga lmite y la carga de trabajo respectivamente.

En el caso de que se calcule por rigidez

Siendo L y trab los desplazamientos lmite y el de trabajo, respectivamente.

19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 719FIN19/06/2014Ensayo de Tensin: Capitulo 720