UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE PANAM FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

DEPARTAMENTO DE MECNICA ESTRUCTURAL Y CONSTRUCCIN MATERIALES DE CONSTRUCCIN Y NORMAS DE ENSAYO

MDULO I CONCEPTOS BSICOS

CONTENIDO

1. Materiales de construccin, proceso constructivo y su implicacin en el diseo.

2. Clasificacin tradicional de los materiales.

3. Propiedades fundamentales de los materiales de construccin.

4. Caractersticas microscpicas y macroscpicas de los materiales.

5. Factores que modifican las propiedades de los materiales.

6. Tipos de Ensayos.

7. Aspectos generales del comportamiento mecnico.

1. Materiales de construccin, proceso constructivo y su implicacin en el diseo.

Los materiales de construccin, materiales de ingeniera o materiales estructurales son:

Productos naturales o manufacturados de acuerdo con normas preestablecidas deFabricacinManejoColocacin y disposicin de desechos

Que al ser seleccionados y diseados apropiadamente minimizan la posibilidad de falla de los mismos.

Esta definicin implica el uso de normas o especificaciones que no son improvisadas y que cubren todas las etapas que atraviesa el material desde su origen hasta el lugar donde ser utilizado. Inclusive se prev que puedan ser reciclados para no crear problemas ecolgicos.

Otra definicin aceptable es Productos perfeccionados que presentan caractersticas mecnicas adecuadas para obras civiles, tambin Todo aquel material aprobado por normas y ensayos con la intencin de aplicarlo en la construccin

EJEMPLOS DE MATERIALES utilizados en la construccin de edificios y mquinas

Metales y las aleaciones : Hierro, Acero, Cobre, Aluminio Madera: Caoba, Cedro Espino, Pinotea, Plywood Productos de Cemento: Bloques, baldosas, vigas y Columnas de Concreto Mezclas bituminosas: Sllalo todo, Asfalto, Alquitrn Productos de arcilla y porcelana Productos de vidrio Materiales de mampostera: Bloques, Piedra

MATERIALES DE CONSTRUCCIN Y NORMAS DE ENSAYOJuan Salado Plsticos: Pinturas, Epxicos, Silicona, Poliuretano

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2. Clasificacin Tradicional de los materiales

Los materiales en general se clasifican tradicionalmente en cuatro grupos bsicos, existen materiales moderno y de alta tecnologa que no son considerados aqu tales como los semiconductores y las nuevas cermicas.

MetalesGrupo de materiales formados por elementos metlicos puros o conaleaciones, sometidos a tratamientos mecnicos y trmicos con la intencin de mejorar sus propiedades. Metales como el hierro fundido, el acero, aluminio son usados ampliamente en las construcciones. Los metales muestran las siguientes caractersticas: Resistentes a tensin y compresin. Alta rigidez Se moldean con facilidad Soportan grandes deformaciones sin romperse (ductilidad) Tienen brillo metlico Buenos conductores de corriente elctrica y calor Alta resistencia al impacto

CermicosGrupo de materiales formados por la combinacin de elementos metlicos y no metlicos (C, N, O, P, S, Si) que dan como resultado compuestos en forma de xidos. El ladrillo, vidrio, porcelana, cemento, refractarios y abrasivos son ejemplos de materiales cermicos usados en la construccin. Los cermicos muestran las siguientes caractersticas: Resistentes a la compresin y a altas temperatura Se moldean con facilidad en el estado plstico Son duros y frgiles en el estado slido Qumicamente estable

PolmerosGrupo de materiales que se obtienen de la naturaleza como productos orgnicos o se fabrican artificialmente al unir molculas orgnicas en largas cadenas. Los polmeros se forman con tomos de H, C, N, O, F, Si. Los polmeros incluyen el hule, plsticos, PVC, pinturas, madera, adhesivos y aditivos para el concreto. Los polmeros muestran las siguientes caractersticas: Alta ductilidad Muy livianos La tecnologa ha bajado los costos de produccin

CompuestosGrupo de materiales que se forman de la combinacin de dos o ms materialesmencionados en las clasificaciones anteriores. El concreto, el concreto reforzado, la madera contrachapada, Covintec y la fibra de vidrio son ejemplos de materiales compuestos.

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3. Propiedades fundamentales de los materiales de construccin

Una clasificacin parcial de las propiedades de los materiales de ingeniera se ofrece en la Tabla1.1.

El conocimiento completo del comportamiento de un material dado involucrara el estudio de todas sus propiedades bajo un muy amplio rango de condiciones, ms la realizacin de los ensayos exhaustivos necesarios para obtener informacin completa. Usualmente no sera necesaria o econmicamente viable.

TABLA 1.1 Clasificacin De Las Propiedades De Los Materiales De Ingeniera

CLASEPROPIEDADES

Fsicas Dimensiones y Forma Densidad y Gravedad Especfica Porosidad Contenido de humedad Macro y Micro estructura

Qumicas xidos o composiciones complejas Acidez o alcalinidad Resistencia a la corrosin Resistencia a la intemperie

Fisicoqumicas Accin hidroabsorbentes o hidrorepelentes Contraccin y dilatacin debida a cambios de humedad

Mecnicas Resistencia: tensin, compresin, cortante y flexin esttica, impacto, tenacidad Rigidez Elasticidad y plasticidad Ductilidad y fragilidad Dureza Resistencia al desgaste

Trmicas Calor especfico Expansin Conductividad

Elctricas yMagnticas Conductividad Permeabilidad magntica Accin galvnica

Acstica Transmisin del sonido Reflexin del sonido

pticas Color Transmisin de la luz Reflexin de la luz

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4. Caractersticas microscpicas y macroscpicas de los materiales

El estudiante de materiales de ingeniera debe percatarse de que las propiedades deseadas en un material pueden obtenerse durante el proceso de fabricacin alterando las caractersticas a nivel atmico, microscpico y macroscpico

A nivel atmico se trata de alterar los enlaces primarios (enlaces inico, covalente y metlicos), los enlaces secundarios o de Van Der Walls y los enlaces mixtos. Los tomos se unen para forman iones y molculas que se ordenan con un patrn de orden interno repetido en el espacio para constituir las microestructuras de los materiales slidos.

A nivel microscpico nos referimos al manejo de las microestructuras y su distribucin (fases) en el volumen del cuerpo. Los materiales slidos pueden presentar estructuras cristalinas, no cristalinas, Amorfas y Policristalinas. Este aspecto es de cuidado cuando se trata el tema de soldadura en que por efecto de la temperatura, aqulla puede adquirir diferentes microestructuras.

En el nivel macroscpico toma importancia los efectos de los diversos tratamientos durante el proceso de fabricacin, manejo, colocacin y de las acciones del medio ambiente, sobre las microestructuras. Las acciones del medio ambiente se relacionan con la oxidacin, la corrosin, la degradacin y el desgaste.

MATERIALES DE CONSTRUCCIN Y NORMAS DE ENSAYOJuan SaladoLAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES SON SENSIBLES A LAS ACCIONES, INTENCIONADAS O NO, DURANTE EL PROCESO DE FABRICACIN, MANEJO, COLOCACIN Y POSTERIORMENTE POR LAS ACCIONES DEL MEDIO AMBIENTE.

5. Factores que modifican las propiedades de los materiales

Las propiedades mecnicas pueden definirse especficamente como aquellas caractersticas que tienen que ver con el comportamiento (ya sea elstico o inelstico) de un material bajo fuerzas aplicadas. Las propiedades mecnicas se expresan en trminos de cantidades que son funciones del esfuerzo o de la deformacin o ambas simultneamente.

El ensayo mecnico se ocupa de la determinacin de las medidas de las propiedades mecnicas. Las mediciones primarias involucradas son la carga y el cambio de longitud. Estas se convierten en trminos de esfuerzo y deformacin por medio de las dimensiones de la muestra.

Las propiedades mecnicas fundamentales son la resistencia, la rigidez, la elasticidad, la plasticidad y la capacidad enrgica.

La resistencia de un material se mide por el esfuerzo segn el cual se desarrolla alguna condicin limitativa especfica. Las principales condiciones limitativas o criterios de la falla son la determinacin de la accin elstica y la ruptura. La dureza, usualmente indicada por la resistencia a la penetracin o la abrasin en la superficie de un material, puede considerarse como un tipo o una medida particular de la resistencia.La rigidez tiene que ver con la magnitud de la deformacin que ocurre bajo la carga; dentro del rango del comportamiento elstico la rigidez se mide por el mdulo de elasticidad.La elasticidad (ms no el mdulo de elasticidad) se refiere a la capacidad de un material para no deformarse permanentemente al retirar el esfuerzo.La plasticidad es la capacidad para deformarse en el rango elstico o plstico sin que ocurra ruptura; la plasticidad puede expresarse de varias maneras; por ejemplo, en conexin con losensayos de tensin de los metales dctiles, nos referimos a ella como ductilidad. La capacidad energtica se mide segn el estado de deformacin elstica o inelstica.La Resilencia es la mxima energa elstica que puede almacenar la cual depende de la resistencia y la rigidez;La Tenacidad es la mxima energa requerida para romper un material.

Los criterios o requisitos principales que deben cumplir los materiales de construccin son.

Resistencia, Rigidez y Durabilidad

.. adecuadas para el servicio en cual fueron concebidas.

MATERIALES DE CONSTRUCCIN Y NORMAS DE ENSAYOJuan SaladoAdems, al seleccionar materiales para una construccin debe considerarse que estos materiales se puedan transformar, de manera consistente con las tolerancias de dimensiones, durante su uso sin perder sus propiedades y preferentemente que puedan ser reciclados para no crear problemas ecolgicos.

Estos requerimientos definen en gran parte las propiedades mecnicas que los materiales deben poseer y por lo tanto, tambin determinar a grandes rasgos la naturaleza de los ensayos efectuados en esos materiales.

La Resistencia es la capacidad del material para soportar y transmitir la carga aplicada sin fallar. La resistencia es de suma importancia; un requerimiento inicial de cualquier material de ingeniera es una resistencia adecuada. En su ms amplia aceptacin el trmino resistencia puede suponerse que se refiere a la resistencia a la falla de una pieza completa, una pequea parte de ella, o an la superficie del material.

La Rigidez tiene que ver con la magnitud de la deformacin que ocurre bajo la carga dentro del rango del comportamiento elstico. Para garantizar un grado aceptable de servicio el material rgido presentara poca deformacin al contrario de lo que hara un material flexible.

La Durabilidad est relacionada con la capacidad para mantener las propiedades a pesar del tiempo y el medioambiente. Un aspecto importante para la durabilidad es la determinacin de tolerancias lmite de los factores que causan el deterioro o degradacin de los materiales, tales como la humedad, la temperatura, la corrosin, la friccin, la fatiga y otros.

6. Tipos de Ensayos

El ensayo mecnico se ocupa de la determinacin de las medidas de las propiedades mecnicas. Las propiedades mecnicas pueden definirse especficamente como aquellas que tienen que ver con el comportamiento (ya sea elstico o inelstico) de un material bajo fuerzas aplicadas.

No debe deducirse que todas las propiedades mecnicas se determinan a la vez. Por razones de economa y la dificultad el nmero de los ensayos se reducen al mnimo. Para un problema particular solamente unos cuantos ensayos pertinentes necesitan hacerse ordinariamente, y para la labor de control frecuentemente es suficiente elegir un solo tipo de ensayo de la clase ms simple, porque puede ser un ndice significativo de la calidad requerida, Por ejemplo, en la produccin comercial de algunos productos de acero, los ensayos de dureza simples realizados a intervalos adecuados frecuentemente resultan suficientes para indicar si la calidad del acero est siendo mantenida o no dentro de los lmites especificados.

Para aproximar las condiciones en que un material debe comportarse en servicio, es necesario cierto nmero de procedimientos de ensayo de acuerdo con los principios de estadstica y muestreo.

La relacin con los procedimientos de ensayo se pueden clasificar los ensayos mecnicos segn:a. La manera en que se aplica la carga,b. La condicin ambiental durante el progreso del ensayo, como en los estudios de exposicin atmosfricac. La seleccin y preparacin de la muestra en el mismo momento del ensayo d. El modeloe. Sus propsitosf. Las condiciones de trabajog. La utilizacin de un material o una parte despus del ensayo

a. La manera en que la carga es aplicada

El mtodo de aplicacin de la carga es la base ms comn para designar o clasificar los ensayos mecnicos. Hay tres factores involucrados en la definicin de la manera en que la carga es aplicada: la clase de esfuerzo inducido, la velocidad a la cual la carga se aplica y el nmero de veces que la carga es aplicada.

Con respecto a los tipos de esfuerzos inducidos tenemos ensayos que producen condicin de esfuerzos bsicos o primarios y esfuerzos complejos.En el ensayo mecnico de muestras preparadas hay cinco tipos primarios de carga; segn lo dictado por la condicin de esfuerzo a inducir: tensin, comprensin, corte directo, torsin y flexin.

En los ensayos de tensin y comprensin, se aplica una carga axial a una muestra a modo de obtener una distribucin uniforme del esfuerzo sobre la seccin transversal crtica. En los ensayos de corte directo se intenta obtener una distribucin uniforme del esfuerzo pero esta condicin ideal nunca es satisfecha en la prctica debido a la manera en que los esfuerzos cortantes se desarrollan dentro del cuerpo bajo cargas de corte directo, y debido a los esfuerzos incidentales establecidos por los dispositivos de sujecin. El corte puro puede desarrollarse en barras cilndricas sometidas a torsin aunque la intensidad del esfuerzo cortante vara desde cero al centro hasta un mximo en la periferia de la seccin transversal. Los ensayos de torsin poseen una ventaja sobre las de corte directo en cuanto a que las deformaciones pueden determinarse por la medicin del ngulo de torsin. En los ensayos de flexin, tanto la tensin como la comprensin quedan involucradas (y tambin el corte, si se induce otra flexin diferente a la flexin pura).

En ciertos ensayos especiales, una condicin de esfuerzo complejo puede inducirse mediante la superposicin de los tipos de carga primario; por ejemplo, un ensayo de comprensin triaxial involucra comprensin en tres dimensiones, o puede hacerse un ensayo en el cual, digamos, la torsin se combine con la tensin en algunos casos, un esfuerzo directo primario puede estar combinado con efectos flexionantes secundarios como cuando ocurre pandeo en una columna.

Una condicin de esfuerzo complejo tambin ocurre cuando la intensidad del esfuerzo vara de un punto a otro en una pieza de material como el resultado de la aplicacin localizada en la carga o cambio abrupto en forma de pieza. Esta condicin de esfuerzo es una condicin inherente y significativa en ensayos tales como los de dureza contra la indentacin y las de impacto en barras ranuradas.

Puede sealarse de paso sin embargo, que por lo que respecta a los ensayos rutinarios, los ensayos de esta clase involucran solamente la observacin de fenmenos simples (por ejemplo, deformacin resultante) y no la determinacin de la distribucin del esfuerzo.

Con respecto al ritmo segn el cual la carga se aplica, los ensayos pueden clasificarse en dos grupos.El ensayo esttico. La carga es aplicada durante un periodo de tiempo relativamente corto, pero con lentitud suficiente para que pueda considerarse que la rigidez del ensayotenga un efecto prcticamente despreciable sobre los resultados. Estos ensayos pueden realizarse durante perodos que varan desde varios minutos hasta algunas horas. Con mucho la mayora de los ensayos encaja en esta categora.

Si la carga es aplicada muy rpidamente de modo que el efecto de la inercia y el elemento tiempo quedan involucrados, los ensayos son denominados dinmicos; en el caso especial en que la carga se aplica sbitamente como al inferior un golpe, el ensayo es llamado de impacto si la carga es sometida durante un largo perodo, digamos meses o an aos, el ensayo es llamado de larga duracin. Los ensayos de Creep constituyen un caso especial de larga duracin

Con respecto al nmero de veces que la carga es aplicada, los ensayos pueden clasificarse en dos grupos.En el primer grupo el cual incluye el mayor nmero de ensayos realizados, una sola aplicacin de la carga (monotnica) constituye el ensayo.En el segundo grupo, la carga de ensayo se repite muchas veces, millones si es necesario, la categora de ensayos ms importante de este grupo son las pruebas de fatiga.

Obviamente, de las combinaciones de condiciones de cargas definidas por las diversas clasificaciones, previamente mencionadas deriva un gran nmero de clases particulares de ensayos.

b. Condiciones ambientales del Ensayo.

Dependiendo de la temperatura a la cual los ensayos se realicen, se pueden reconocer tres clases de ensayos.

En la primera clase, la cual comprende la mayora de los ensayos, estn aquellos realizados a temperaturas atmosfricas o locales normales.En la segunda clase estn los ensayos efectuados para determinar las propiedades de los materiales, tal como la fragilidad del acero a temperaturas muy bajas.En la tercera clase estn los experimentos y ensayos realizados a temperaturas elevadas, como en el desarrollo de los cohetes, los motores de retroimpulso, las turbinas a gas, etc.

Las propiedades mecnicas de algunos materiales resultan afectadas por las condiciones de humedad.

Por ejemplo, la resistencia de materiales como el concreto, el ladrillo, la piedra y la madera, resultan marcadamente influidas por la humedad del material.Los ensayos normales sobre concreto se realizan en el material seco mientras que los ladrillos se efectan en muestras hmedas.Los ensayos de madera pueden hacerse en muestras en condicin verde o en condicin atmosfrica seca, pera el contenido de humedad en el momento del ensayo siempre se determina.

Los ensayos de larga duracin de estos materiales pueden requerir el uso de condiciones de humedad controlada. Estas condiciones de humedad se requieren en un ensayo normal para que los resultados de los ensayos obtenidos por operadores diferentes sean comprobables o repetibles.

Para propsitos especiales pueden realizarse ensayos que involucren el uso de atmsferas corrosivas, rocos de sal o baos que contengan sustancias designadas para garantizar reacciones neutrales o corrosivas.

c. Segn la seleccin y preparacin de Muestras.

Al planear o especificar los detalles de un ensayo, se debe considerar la composicin de la muestra en relacin a la condicin fsica o naturaleza del material, en particular el modo de sujecin, agarre, apoyo o cimentacin de la muestra debe recibir atencin, as como la estabilidad de la muestra o de sus partes.

En las investigaciones se busca, el procedimiento para encontrar el efecto de variables dadas, manteniendo constantes todas las condiciones con excepcin de aquellas en procesos de investigacin. Al disear, realizar o resear los ensayos, las condiciones de ensayo significativas deben especificarse, controlarse o conocerse.

Las muestras deben seleccionarse y prepararse con el propsito de arrojar una indicacin confiable de las propiedades de los materiales o las partes que representan. Existen dos problemas involucrados en la seleccin de muestras:

La determinacin del nmero de muestras o la frecuencia de los ensayos necesarios, y El establecimiento de procedimientos fsicos para obtener muestras.

En cuanto al primer problema, la teora del muestreo prev una gua, aunque en muchos casos el nmero de muestras o ensayos a utilizar se basa en la costumbre o la experiencia. Aunque para un ensayo rutinario y la inspeccin el procedimiento de muestreo es usualmente prescrito en una especificacin de manera definitiva, resulta, no obstante, deseable que el inspector o el laboratorista posea suficientes conocimientos generales de la produccin de un material en particular para que sepa que constituye una muestra realmente representativa.

En lo referente al segundo problema, la ASTM ha preparado especificaciones de muestreo normales para un nmero de materiales de ingeniera, por ejemplo, el cemento, C 183; la cal, C50; el ladrillo, C 67; el azulejo, C112; las unidades de mampostera de concreto C140; los agregados para concreto, D75; la madera, D143; y el hule D15.

Muchas especificaciones para materiales particulares contienen requerimientos de muestreo. Algunas consideraciones involucradas en la seleccin de muestras se resumen a continuacin.

Al ensayar material proveniente de placas metlicas, debe considerarse debidamente la direccin del rolado; algunas veces se realizan ensayos en muestras cortadas tanto paralela como perpendicularmente a la direccin de rolado. Los efectos direccionales son particularmente importantes en el hierro forjado, mas no tanto en el acero, aparentemente existe muy poco efecto direccional en el latn y el cobre rolados. La resistencia a la ductilidad del metal cortado de perfiles estructurales rolados parece estar influenciadas hasta cierto punto por el trabajo bajo los rollos; las partes ms delgadas tienden a ser ligeramente ms resistentes y menos dctiles.

En el caso de muestras moldeadas (mortero, concreto, hule, plstico, etc.), debe tenerse cuidado de que las condiciones de moldeo no causen efectos en la muestra; por ejemplo, la restriccin contra el encogimiento en los moldes puede inducir grietas en los materiales quebradizos. La atencin debe dirigirse al mantenimiento de condiciones de curado conocidas o normales (humedad y/o temperatura) si tienden a influir en los resultados de los ensayos.

En la seleccin de muestra de ladrillo, azulejo y otros productos de cermica, debe concederse consideracin a la variacin de grado de los defectos de horneo, y similares. Las muestras de piedra deben seleccionarse tomando en cuenta la homogeneidad del depsito y de la pieza, as como la direccin de las vetas.

Al preparar muestras de metal, si una muestra spera es afectada por corte, perforacin, o corte por soplete, la muestra terminada no debe contener parte alguna de metal daado. La superficie terminada de muestras cortadas debe quedar cuando menos de plg de distancia de las superficies cortadas con soplete. Debe tenerse cuidado de no doblar la pieza, porque el trabajo fro sobre el metal tiende a cambiar sus propiedades; en ensayos de muestras cortadas de secciones tubulares, el aplastamiento de las muestras est frecuentemente prohibido por esta razn.

El corte terminado en muestras metlicas maquinadas debe hacerse torneando, cepillando, o laminando y debe arrojar una superficie suficientemente fina para no influir en la falla. Si los extremos de una muestra deben doblarse, use cuerdas normales norteamericanas, o cuerdas ligeramente redondeadas, ms bien que cuerdas en V agudas. Las aristas vivas deben cortarse, particularmente si la muestra requiere tratamiento con calor.

Las muestras de concreto, mortero y varios otros tipos de materiales deben ser moldeados en el estado plstico. Deben concederse consideracin especial a cada tipo de material. Para las especificaciones para el moldeo del concreto vase ASTM C 31.

El aserrado, el desbastado o la trituracin de la piedra, el concreto y los materiales de cermica deben recibir atencin con respecto a la llaneza y a la cuadratura de las superficies en compresin y la adecuada lisura de las laterales. Los ejes de las muestras de piedra deben orientarse de tal manera que los planos de asentamiento no formen superficies de debilidad para la muestra de ensayo particular.

Las muestras de madera deben aserrarse, emparejarse o tornearse con el propsito de evitar cortes o entrantes bruscos o fibras rotas sobre superficies crticas.

El tamao de la muestra a usar, est, en general, gobernada por el de la pieza o del producto del cual se le tome y por la capacidad de la mquina de ensayo disponible para ensayarla. En muchos materiales el grado de homogeneidad o uniformidad estructural del material puede dictar el tamao de la muestra que puede usarse. Por ejemplo, el dimetro de las muestras de concreto debe ser tres o cuatro veces mayor que el de las mayores partculas del agregado.

Las dimensiones y la tolerancia para muestras estndar deben ser bien definidas para ceirse a ellas, stas se discuten en conexin con tipos particulares de ensayos.

Finalmente, debe concederse atencin al marcado e identificacin de las muestras, as como el mtodo para relacionar las muestras de ensayo con el lote o los lotes de material que representan.

d. Tipo de ensayos de acuerdo al modelo Ensayo en estructuras, miembros o partes de tamao natural. Ensayo en modelo de estructuras, miembros o partes. Ensayos en probetas cortadas de las partes acabadas. Ensayo en muestra de materiales naturales o transformados.

Debe advertirse de paso que el ensayo basndose en modelos, el inters por el cual ha crecido marcadamente en aos recientes frecuentemente demanda la satisfaccin de un nmero de exigentes requerimientos para lograr resultados vlidos.

e. Tipos de ensayos de acuerdo con sus propsitosEl ensayo comercial se preocupa, principalmente, ya sea por la verificacin de la aceptabilidad de los materiales bajo especificaciones de adquisicin o por el control de laproduccin o fabricacin. Generalmente, el tipo de ensayo ha sido especificado, aunque como una gua para la calidad de medicin pueda resultar completamente arbitraria; se utilizan los procedimientos normales y el objetivo consiste simplemente en determinar si las propiedades de un material o de una parte de l quedan dentro de los lmites requeridos. No se necesita un alto grado de refinamiento, aunque frecuentemente se especifican los lmites de exactitud.

Los propsitos comunes de la investigacin de materiales son:a. arriba a un nuevo entendimiento de los materiales conocidos, b. descubrir las propiedades de materiales nuevos, yc. elaborar normas de calidad o procedimientos de ensayo significativos.Adems, puede existir el objetivo especfico de elegir un material para un uso particular, determinar los principios para mejorar el diseo con un material dado, o estudiar el comportamiento de la parte o estructura despus de haberla hecho.

Aunque muchas investigaciones son de naturaleza ms o menos rutinarias, tambin hay muchas que demandan una gran variedad de ensayos y mediciones, requieren la apreciacin de todas las fases del problema general, y plantean exigencias extremas de habilidad del ingenio y de los recursos del experimentador si el xito ha de lograrse

La meta del llamado ensayo cientfico es la acumulacin de un acervo de informacin ordenado y confiable acerca de las propiedades fundamentales y tiles de los materiales, con la mira final de aportar datos para el anlisis exacto del comportamiento estructural

y el diseo eficiente. La labor de este tipo demanda, sobre todo, cuidado, paciencia y precisin. En un laboratorio estudiantil, los experimentos pueden servir para inculcar una mejor percepcin de los principios desarrollados en los textos sobre la mecnica de los materiales.

f. Tipo de ensayos de acuerdo a las condiciones de trabajoPor conveniencia, se pueden diferenciar entre los ensayos de campo y los ensayos de laboratorio. Debido a las condiciones de trabajos difciles o azarosos, la interferencia, las limitaciones de tiempo, y las condiciones climticas variables, los ensayos realizados en el campo usualmente carecen de la precisin de ensayos similares realizados en laboratorios; sin embargo, el desempeo del trabajo de laboratorio no garantiza necesariamente la precisin. Cierto tipo de ensayos, por ejemplo, el anlisis de criba de la grava puede ser realizado con la misma exactitud por un inspector en la obra que por un tcnico en el laboratorio. Por otra parte, algunos ensayos no pueden realizarse en el laboratorio, de modo que la cuestin del campo contra el laboratorio no es pertinente.

g. Tipo de ensayos con respecto a la utilizacin de un material o una parte despus del ensayoLos ensayos pueden clasificarse como destructivos y no destructivos. Los ensayos para determinar la resistencia ltima naturalmente implican la destruccin de la muestra. Como no pueden ensayarse as un lote completo surgen los problemas para obtener una indicacin confiable de la resistencia del lote mediante el uso de un nmero de muestras suficientes, as como de mantener dentro del lmite razonable el costo de material para muestreo.

Para productos terminados resulta deseable utilizar ensayos no destructivos si es posible. Algunos ensayos de dureza son de este tipo, por ejemplo, los ensayos de escleroscopio pueden usarse para determinar la dureza superficial del material para tiros de acero pulido termotratados.

Los ensayos de compresin aplicados a las partes fabricadas o elementos estructurales, son del tipo no destructivos por ejemplo, un ensayo de comprobacin del gancho de una pluma indica la aplicacin de una carga un poco mayor que la carga de trabajo pero menor que la carga perjudicial, para garantizar que ningn defecto nocivo los cuales pudieran causar el colapso durante el servicio, est presente. Los ensayos no destructivos son de particular inters, para el inspector en la obra.

7. Aspectos generales del comportamiento Mecnico.

En esta seccin repasaremos algunos conceptos bsicos de resistencia de materiales que ayudaran a la comprensin y aplicacin de los temas de materiales de construccin, entre ellos mencionaremos:a. Esfuerzo y Deformacinb. Relaciones Esfuerzo y Deformacin c. Rigidezd. Elasticidade. Medidas de la Resistencia Elstica f. Medida de la Resistencia Ultimag. Plasticidad

a. Esfuerzo y Deformacin.

Al ensayar los materiales, las cargas se aplican y miden por medio de mquinas de ensayo. El esfuerzo se define como la intensidad de las fuerzas o componentes internas distribuidas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo. El esfuerzo se mide en trminos de fuerza por rea unitaria.

Existen tres clases bsicas de esfuerzos: tensin, compresin y corte. Se acostumbra computar los esfuerzos sobre la base de las dimensiones del corte transversal de una pieza antes de la aplicacin de la carga, usualmente llamadas dimensiones originales.

El trmino deformacin se usa para indicar el cambio en la forma de un cuerpo; puede deberse al esfuerzo, al cambio trmico, al cambio de humedad o a otras causas. En conjuncin con el esfuerzo directo, la deformacin usualmente se supone como un cambio lineal y se mide en unidades de longitud.

La deformacin unitaria se define como en cambio por unidad de longitud en una dimensin lineal de un cuerpo, el cual va acompaado por un cambio de esfuerzo. Una deformacin unitaria debida al esfuerzo es una razn, o un nmero no dimensional, y es, por lo tanto, la misma si se le miden en pulgadas por pulgadas de longitud, o en centmetros por centmetro, etc.

La deformacin por corte se mide paralelamente a la dimensin de la fuerza cortante, pero la deformacin unitaria o distorsin por corte se computa como la deformacin por corte con respecto a la dimensin perpendicular a la direccin de la fuerza; la distorsin por corte es, por lo tanto, un ngulo expresado en radianes. La figura 2.1 ilustra estas definiciones de la deformacin

Deformacin permanente es la deformacin o deformacin unitaria restante en un cuerpo previamente esforzado despus del retiro de la carga. Las deformaciones se miden por medio de un deformmetro un trmino utilizado para denotar cualquier instrumento medidor de deformacin, tales como un extensmetro; un compresmetro, o un deflexmetro. Una

deformacin media se deduce mediante la consideracin del tramo calibrado, esto es, el largo por el cual el deformmetro mide la deformacin.

Si un cuerpo es sometido a esfuerzo de tensin o compresin en una sola direccin, no slo ocurre deformacin en esa direccin (deformacin axial) sino tambin deformaciones unitarias en direcciones perpendiculares a ella (deformacin lateral). Dentro del rango de la accin elstica la compresin entre las deformaciones lateral y axial en condiciones de carga monoaxial es denominada relacin de Poisson. La extensin axial causa contraccin lateral, y viceversa. Para la mayora de los materiales estructurales, la relacin de Poisson posee valores que caen entre un tercio y un sexto; de ah que, con dispositivos de medicin ordinarios, la precisin de las medidas de deformacin lateral no sea tan alta como la de las medidas correspondientes a la deformacin axial. La relacin de Poisson difcilmente se determina en el ensayo comercial rutinario.

b. Relaciones de Esfuerzo Deformacin.

La relacin entre el esfuerzo y la deformacin comnmente se muestra por medio de un diagrama de esfuerzo y deformacin, el cual es un diagrama trazado con valores de esfuerzo como ordenadas y valores de deformacin como abscisas.

El procedimiento usual para obtener un diagrama de esfuerzo y deformacin consiste en tomar los datos de una serie de lecturas de carga contra datos correspondientes de las lecturas de un deformmetro. En algunos casos los diagramas de esfuerzo y deformacin se obtienen directamente por medio de un aditamento autogrfico de la mquina de ensayo.

Al planear un ensayo que requiera datos de esfuerzo o deformacin, es necesario elegir el incremento de carga o el de la lectura del deformmetro a usar entre lecturas sucesivas. En la

figura 2.2, la cual muestra un diagrama idealizado de esfuerzo y deformacin, se ilustran dos mtodos de tabular las lecturas de esfuerzo y deformacin.

La figura 2.2a ilustra el mtodo que emplea incrementos iguales de carga. Puede verse en la figura que mediante este mtodo se pueden carecer de suficientes datos para localizar adecuadamente la curva entre los punto A y B aquella porcin particular de la curva entre los puntos A y B (la rodilla de la curva) es una parte para la cual es frecuente y especialmente deseable localizar varios puntos en el diagrama.

En ocasiones se usan incrementos de cargas ms pequeas tanto en la etapa de aplicacin de carga que corresponde a la rodilla del diagrama de esfuerzo y deformacin y en la etapa inicial de aplicacin de carga. Sin embargo, este procedimiento no siempre es satisfactorio, ya que puede involucrar un nmero de lecturas considerablemente mayor que el realmente necesario, y en un ensayo de un material desconocido existe la posibilidad de que la carga a base de pequeos incrementos no se haya iniciado a tiempo.

La figura 2.2 b ilustra el mtodo que emplea incrementos de deformaciones iguales. Segn este mtodo, la localizacin de varios puntos cerca de la rodilla de la curva, y as la forma del diagrama en esta regin se determina ms definitivamente por el mtodo de incremento de cargas iguales.

El uso de incrementos de carga en lugar de incrementos de deformacin ha sido prctica comn porque, en trminos generales, es ms simple tabular los incrementos de carga que los de lecturas del deformmetro. Se estima la carga necesaria para esforzar la muestra hasta un valor correspondiente a la rodilla de la curva, y una fraccin (frecuentemente un dcimo) de este valor se toma como el incremento a emplear.

c. Rigidez.

La rigidez tiene que ver con la deformabilidad relativa de un material bajo carga. Se le mide por la razn esfuerzo con respeto a la deformacin unitaria. Mientras mayor sea el esfuerzo requerido para producir una deformacin dada, ms rgido se considera que es el material.

Bajo un esfuerzo simple dentro del rango proporcional, la razn entre el esfuerzo y la deformacin correspondiente se denominada mdulo de elasticidad (E). Este trmino es un tanto equivoco, ya que se refiere a la rigidez dentro del rango elstico ms bien que la elasticidad.

Correspondiendo a los tres tipos fundamentales de esfuerzo, existen tres mdulos de elasticidad, el mdulo en tensin, compresin y cortante. Bajo el esfuerzo de tensin esta medida de rigidez es, frecuentemente, llamada mdulo de Young, en honor del fsico ingles que primeramente la defini. Bajo corte simple la rigidez es algunas veces llamada mdulo de rigidez. En trminos del diagrama de esfuerzo y deformacin, el mdulo de elasticidad es la pendiente del diagrama de esfuerzo y deformacin en el rango de la proporcionalidad del esfuerzo y la deformacin.

Como muchos materiales son imperfectamente elsticos, pueden ser necesarias las definiciones especiales del mdulo de elasticidad. La Fig. 2.8 muestra un diagrama de esfuerzo y deformacin que est continuamente curvado, un tipo de diagrama como el obtenido para el concreto o el hierro fundido.

La pendiente de una lnea (OA) trazada tangente a la curva en el origen es el mdulo tangente inicial. La pendiente de la curva en, digamos el punto B, es el mdulo tangente con un esfuerzo de b lb/plg2. La razn entre cualquier esfuerzo dado y la deformacin correspondiente, la cual equivale a la pendiente de la lnea OC, es el mdulo secante de elasticidad en el esfuerzo c lb/plg2. Algunas frmulas para columnas, especialmente aquellas para columnas largas que fallan por pandeo involucran el mdulo de elasticidad. En tales casos el mdulo tangente en el esfuerzo que causa la falla del material es el valor crtico.

El mdulo de elasticidad se expresa en unidades de fuerza por rea unitaria, como libras por pulgada cuadrada, kips por pulgada cuadrada, kilogramos por centmetro cuadrado. El mdulo bajo esfuerzo axial es del orden de varios millones de libras por pulgada cuadrada para la mayora de los metales. Se vuelve menor a temperaturas ms altas; para acero de baja aleacin es de30,000,000 lb/plg2 a temperaturas normales y se reduce a mas o menos 12,000,000 lb/plg2 a

1,200 F. El mdulo en corte para metales es aproximadamente dos quintos del mdulo bajo esfuerzo axial.

d. Elasticidad.

La elasticidad es aquella propiedad de un material por virtud de la cual las deformaciones causadas por el esfuerzo desaparecen al removrsele. Algunas sustancias, tales como los gases, poseen nicamente elasticidad volumtrica, pero los slidos pueden poseer, adems, elasticidad de forma. Un cuerpo perfectamente elstico se concibe como uno que recobra completamente su forma y sus dimensiones originales al retirarse el esfuerzo. No se conocen materiales que sean perfectamente elsticos a travs del rango de esfuerzos completo hasta la ruptura, aunque algunos materiales, como el acero, parecen ser elsticos en un rango considerable de esfuerzos.

Algunos materiales, como el hierro fundido, el concreto, y ciertos metales no ferrosos, son imperfectamente elsticos an bajo esfuerzos relativamente reducidos, pero la magnitud de la deformacin permanente bajo carga de corta duracin es pequea, de modo que para propsitos prcticos el material puede ser considerado elstico hasta magnitudes de esfuerzo razonables.

Si una carga de tensin dentro del rango elstico es aplicada, las deformaciones axiales elsticas resultan de la separacin de los tomos o molculas en la direccin de la carga. Al mismo tiempo se acercan ms unos a otros en direccin transversal. Para un material relativamente isotrpico tal como el acero, las caractersticas de esfuerzo y deformacin son muy similares en cualquier direccin de la carga (debido al arreglo errtico de los muchos cristales de que est compuesto el material), pero para los materiales anistropos, tales como la madera, estas propiedades varan segn la direccin de la carga.

De acuerdo con el concepto del comportamiento elstico, segn la definicin anterior, una medida cuantitativa de la elasticidad de un material podra lgicamente expresarse como el grado al cual el material puede deformarse dentro del lmite de la accin elstica. Sin embargo, como los ingenieros, por lo general, piensan en trminos de esfuerzo ms bien que deformacin, un ndice prctico de la elasticidad es el esfuerzo que marca el lmite (efectivo) del comportamiento elstico.

e. Medidas de Resistencia Elstica.

En los ensayos de materiales bajo carga monoaxial, varios criterios de la resistencia o la falla elsticas han sido utilizados: stos son el lmite elstico, el lmite proporcional y la resistencia a la deformacin o cedencia.

El lmite elstico se define como el mayor esfuerzo que un material es capaz de desarrollar sin que ocurra la deformacin permanente al retirar el esfuerzo.

El lmite proporcional se define como el mayor esfuerzo que un material es capaz de desarrollar sin desviarse de la proporcionalidad rectilnea entre el esfuerzo y la deformacin.

Se ha observado que la mayora de los materiales exhiben esta relacin lineal entre el esfuerzo y la deformacin dentro del rango elstico, y constituye una cuestin de experiencia que, mediante los mtodos ordinarios de ensayo, los valores del lmite elstico para los metales encontrados por medio de las observaciones de la deformacin permanente no difieren notablemente de los valores del lmite proporcional. Las operaciones involucradas en la determinacin del lmite proporcional son relativamente simples; por lo tanto, el lmite proporcional es frecuentemente usado como la medida del lmite elstico, y los trminos han sido, con frecuencia, mal usados, confundindose. El lmite proporcional es, ocasionalmente, llamado el lmite proporcional elstico.

Es de inters sealar, en conexin con esto, que el concepto proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformacin es conocida como Ley de Hooke, debido a la histrica generalizacin por Robert Hooke de los resultados de sus observaciones sobre el comportamiento de los resortes (1678). Aunque la ley de Hooke es una descripcin de la accin de los materiales sobre slo un limitado rango de esfuerzos, y aunque en muchos casos constituye nicamente una aproximacin del comportamiento real aun a esfuerzos bajos, desde el punto de vista ms amplio ha servido como una generalizacin justa y prctica en la mayora de los casos, y una en la cual descansan nuestros mtodos de anlisis y esfuerzos.

La accin plstica o la deformacin plstica es el lmite de utilidad de muchos materiales, especialmente los metales, en miembros estructurales sometidos a carga aproximadamente esttica a temperaturas ordinarias. Este lmite puede, en trminos generales, denominarse resistencia a la deformacin o esfuerzo de cedencia la cual es la medida de resistencia elstica prctica y usada ms comnmente. Se acepta entonces algn grado especfico de deformacin plstica del material, sobre cuyo valor el material puede considerarse daado y bajo el cual los efectos perjudiciales pueden considerarse despreciables. .

Para muchos materiales, el esfuerzo al cual una deformacin significativa puede decirse que haya ocurrido no resulta fcilmente aparente de las relaciones entre esfuerzo y deformacin; de ah que varios criterios o indicadores arbitrarios de la resistencia a la deformacin estn en uso.

Resistencia a la Deformacin por el Mtodo de Desviacin.

La figura 2.3a muestra un diagrama de esfuerzo y deformacin hipottico para un material cargado hasta un esfuerzo (RD) un poco arriba del lmite proporcional (LP) y luego descargado. La distancia CA representa una desviacin o un desplazamiento de la ley de Hooke en el esfuerzo (RD). La deformacin permanente despus del retiro de la carga se indica como la deformacin a en el diagrama. Constituye un hecho observado que con ciertos materiales la relacin entre esfuerzo y deformacin durante el retiro de la carga, desde un esfuerzo ligeramente arriba del lmite proporcional es constante y se aproxima estrechamente a la relacin entre esfuerzo y deformacin dentro del rango elstico. Esto es, la lnea AB de la figura 2.3a, es prcticamente paralela a la lnea OC, y el desplazamiento OC, y el desplazamiento CA se aproxima a la deformacin permanente a. El desplazamiento as se aproxima a la deformacin inelstica en un esfuerzo dado. Este concepto es la base para la determinacin de la resistencia a la deformacin por medio del mtodo de desviacin, de acuerdo con la definicin de la resistencia a la deformacin dada por la ASTM, a saber, el esfuerzo al cual un material exhibe una deformacin permanente limitante especificada (ASTM E 6).

En la figura 2.3b, OX representa una porcin del diagrama de esfuerzo y deformacin para un material que no exhiba una marcada deformacin a ningn esfuerzo en particular, pero se deforma gradualmente despus de que el lmite proporcional haya sido excedido. Este puede considerarse en caso general. El punto B est marcado sobre el eje de deformacin, a una distancia a, del desplazamiento especificado, desde la interseccin O de la curva de esfuerzo y deformacin. La lnea BA se traza paralela a la porcin inicial de la lnea recta del diagrama de esfuerzo y deformacin para interceptar la curva en A, determinando as la resistencia a la deformacin (RD), tal como se define por el mtodo de desviacin.

La precisin de la determinacin de la resistencia a la cedencia se torna menos exacta a medida que la magnitud de la desviacin decrece. Por lo tanto, no se debe especificar un valor de desviacin demasiado bajo.

La magnitud de la desviacin a se elige como algn valor mensurable que considere por experiencia que sea de significacin prctica para definir un lmite del rango elstico. Los valores de a de uso comn para metales son 0.001 y 0.002 (0.1 y 0.2% de deformacin por pulgada de largo de calibrador). Al consignar los valores de resistencia a la cedencia obtenidos por el mtodo de desviacin, el valor de deformacin especificado y utilizado debe estipularse. Por ejemplo, la resistencia a la cedencia (desviacin = 0.1%) = 52 000 lb/plg2 indica que a un esfuerzo de 52 000 lb/plg2 la deformacin permanente (aproximada) de un material ensayado era 0.1% por pulgada de largo del largo del calibrador.

Los valores de desviacin sugeridos para usarse con hierro fundido son 0.002 a 0.005; para usarse con madera paralela al grano, 0.005; y para usarse con concreto, 0.001 o 0.002. El trmino esfuerzo de prueba encontrado en las especificaciones britnicas es muy similar al trmino resistencia a la cedencia segn el mtodo de desviacin. El lmite elstico y el lmite proporcional pueden considerarse como valores especiales de la resistencia a la cedencia, para los cuales la cedencia limitante es cero.

Los materiales dctiles como el acero suave exhiben un punto de cedencia definido, el cual se define como el esfuerzo al cual ocurre un marcado aumento de deformacin sin aumento de esfuerzo. Slo los materiales que exhiben este fenmeno poseen un punto de cedencia dentro de esta acepcin del trmino, y el trmino punto de cedencia no debe usarse en conexincon un material cuyo diagrama de esfuerzo y deformacin sobre el lmite proporcional es una lnea de curvatura gradual con esfuerzo continuamente creciente.

El mtodo de desviacin pueden usarse para determinar el punto de cedencia para materiales que posean diagramas de esfuerzo y deformacin de rodilla pronunciada, segn se muestra en la figura 2.3c, mediante la eleccin de un valor de deformacin permanente apropiado y especificado, pero la marcada cedencia caracterstica, de este rango crtico de esfuerzos, permite el uso de mtodos ms simples que no involucran mediciones de deformacin.

f. Medidas de Resistencia ltima.

El trmino resistencia ltima est relacionado con el esfuerzo mximo que un material puede desarrollar. Las resistencias ltimas se computan con base en la mxima carga soportada por una pieza de ensayo y las dimensiones seccinales originales; estas pueden ser denominadas las resistencias nominales. Las resistencias ltimas usualmente se estipulan en trminos de la clase de esfuerzos que producen la cedencia

La resistencia a la tensin es el mximo esfuerzo de tensin que un material es capaz de desarrollar y, en la prctica, es el mximo esfuerzo desarrollado por una muestra del material durante el curso de carga hasta la ruptura. La figura 2.4a muestra, diagramticamente, las relaciones entre esfuerzo y deformacin para un metal dctil cargado hasta la ruptura por tensin. La lnea gruesa, del diagrama trazado en la forma acostumbrada, se basa en el rea seccional original. La resistencia ltima (RU) es el esfuerzo en el punto ms alto (A) de este diagrama. Ms all de este punto, a medida que la muestra se contrae marcadamente o

estrangula hasta la ruptura final, la carga decrece como resultado de la decreciente rea resistente, y, si el ensayo se realiza cuidadosamente, puede obtenerse el esfuerzo nominal al ocurrir la falla (B). El esfuerzo al sobrevenir la falla es ocasionalmente denominado esfuerzo de ruptura.

La lnea intermitente de la figura 2.4a representa la relacin entre el esfuerzo verdadero y la deformacin convencional como la que podra obtenerse si la carga en cualquiera etapa de aplicacin de carga se dividiera por el rea seccional real, la cual decrece bajo la carga tensiva. El esfuerzo as obtenido es ocasionalmente llamado esfuerzo verdadero, aunque es improbable que sea el esfuerzo real sobre la carga crtica en el rango C D en el diagrama, porque el laminado del metal indudablemente causa el desarrollo de una compleja distribucin de esfuerzo. El as llamado esfuerzo verdadero no se determina en el ensayo rutinario. La forma caracterstica del diagrama de esfuerzo y deformacin para un metal no dctil ensayado en tensin tambin se muestra en la figura 2.4 a. Para un material de este tipo la resistencia a la ruptura coincide con la resistencia ltima (RU).

La resistencia a la compresin es el mximo esfuerzo de compresin que un material es capaz de desarrollar. Con un material (quebradizo) que falla en compresin por ruptura, la resistencia a la compresin posee un valor definido. En el caso de los materiales que no fallan en compresin por una fractura desmoronante (materiales dctiles, maleables, o semiviscosos), el valor obtenido para la resistencia a la compresin es un valor arbitrario que depende del grado de distorsin considerado como falla efectiva del material.

La figura 2.4b muestra diagramas caractersticos de esfuerzo y deformacin para materiales dctiles y no dctiles en compresin, mostrando nuevamente la lnea intermitente la relacin entre el esfuerzo verdadero y deformacin convencional; en comprensin es ms bajo que el diagrama de esfuerzo y deformacin convencional debido al aumento de seccin de la muestra mientras se encuentra bajo carga compresiva.

La dureza, la cual es una medida de la resistencia a indexacin superficial o a la abrasin, puede, en trminos generales, considerarse como una funcin del esfuerzo requerido para producir algn tipo especificado de deformacin superficial. En un tipo de ensayo (el de Brinell) se computa un valor de esfuerzo por rea unitaria de penetracin, cuando el penetrador esfrico se oprime contra el material bajo una carga dada. Sin embargo, para la mayora de los ensayos de dureza en vista de que las condiciones de esfuerzo son complicadas y no pueden evaluarse, la dureza se expresa simplemente en trminos de algn valor arbitrario, tal como la lectura de la bscula del instrumento particular usado.

Bajo cargas repetidas, la falla puede ocurrir debido a la deformacin. La capacidad de un material para resistir la aplicacin de esfuerzos repetidos es denominada su resistencia. El lmite de resistencia o resistencia a la fatiga es el esfuerzo mximo que puede aplicarse un grande o infinito nmero de veces sin causar la falla. Para los aceros ordinarios el lmite de resistencia bajo flexin alternada es de aproximadamente la mitad de la resistencia a la tensin. La determinacin del lmite de resistencia requiere el uso de aparatos y procedimientos especiales.

g. Plasticidad.

La plasticidad es aquella propiedad que permite al material sobrellevar deformacin permanente sin que sobrevenga la ruptura. Las evidencias de la accin plstica en los materiales estructurales se llaman deformacin, flujo plstico y creep.

Las deformaciones plsticas son causadas por deslizamientos inducidos por esfuerzos cortantes como se muestra en la figura 2.5. Tales deformaciones pueden ocurrir en todos los materiales sometidos a grandes esfuerzos, an a temperaturas normales, aunque tambin, las deformaciones plsticas pueden ocurrir en materiales sometidos a esfuerzos relativamente bajos siempre y cuando se deje transcurrir tiempo suficiente y se provean altas temperaturas favorables. Muchos metales demuestran un efecto de endurecimiento por deformacin al sobrellevar deformaciones plsticas, ya que despus de que han ocurrido deslizamientos menores por corte no causan deformaciones plsticas adicionales hasta que se aplican esfuerzos

mayores. No parece operarse ningn cambio apreciable de volumen como resultado de las deformaciones plsticas.

Como el deslizamiento no involucra ningn cambio apreciable en el esparcimiento de los tomos, no existe en ellos la tendencia a retornar a su posicin original despus de haberse retirado el esfuerzo cortante. Esto indica que las deformaciones plsticas son irreversibles y explica porque son permanentes.

En la figura 2.3a se demostr que el diagrama de esfuerzo y deformacin durante la descarga es comnmente una lnea recta. Eso tambin se explica por el carcter irreversible de las deformaciones plsticas. Los ensayos muestran que el esfuerzo deformante es aumentado por una carga previa dentro del rango plstico y es una indicacin del efecto endurecimiento por deformacin mencionado anteriormente. Esto resulta del hecho de que cualesquiera deformaciones plsticas producidas por carga tensiva (o compresiva) previa permanecen inalteradas hasta que se aplica una carga mayor de tipo similar.

Cuando un material es esforzado dentro del rango plstico, algunos cristales individuales sobrellevarn una deformacin permanente mientras que los cristales adyacentes ms favorablemente orientados, pueden tan slo deformarse en forma elstica. Esto resultar en algunos esfuerzos residuales en los, cristales individuales del altamente esforzado material.

La plasticidad es de importancia en las operaciones de formacin, conformacin y extrusin. Algunos metales se conforman en fro, por ejemplo, la laminacin profunda de lminas delgadas. Muchos metales son conformados en caliente, por ejemplo, la laminacin de perfiles de acero estructural y el forjado de ciertas partes para mquinas. Los metales como el hierro fundido se moldean en estado de fusin. La madera se flexiona mejor mientras est seca y caliente. Los

materiales maleables son aquellos que pueden martillarse para formar lminas delgadas sin fracturarlas; la maleabilidad depende tanto de la suavidad como de la plasticidad del metal.

De importancia particular en conexin con el ensayo mecnico es una manifestacin de la plasticidad, la ductilidad. La ductilidad es aquella propiedad de un material le permite ser estirado a un grado considerable antes de romperse y simultneamente sostener una carga apreciable. El acero suave es un material dctil. Se dice que un material no dctil es quebradizo, esto es, se quiebra o rompe con poco o ningn alargamiento. El hierro fundido y el concreto son materiales quebradizos. Usualmente la resistencia a la tensin de los materiales quebradizos asciende a solamente una fraccin de su resistencia a la compresin. Las medidas de ductilidad usuales son el porcentaje de elongacin y la reduccin del rea en el ensayo de tensin. La ductilidad tambin ocasionalmente se determina por medio de un ensayo de doblado en fro.