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Ley de HookeEn física, la ley de elasticidad de Hooke o ley de Hooke, originalmente formulada para casos del estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada F:

siendo δ el alargamiento, L la longitud original, E: módulo de Young, A la sección transversal de la pieza estirada. La ley se aplica a materiales elásticos hasta un límite denominado límite elástico.

Esta ley recibe su nombre de Robert Hooke, físico británico contemporáneo de Isaac Newton. Ante el temor de que alguien se apoderara de su descubrimiento, Hooke lo publicó en forma de un famoso anagrama, revelando su contenido un par de años más tarde. El anagrama significa Ut tensio sic vis ("como la extensión, así la fuerza").

Ley de Hooke para los resortes

La forma más común de representar matemáticamente la Ley de Hooke es mediante la ecuación del muelle o resorte, donde se relaciona la fuerza F ejercida sobre el resorte con la elongación o alargamiento δ producido:

donde k se llama constante elástica del resorte y es su elongación o variación que experimenta su longitud.

La energía de deformación o energía potencial elástica Uk asociada al estiramiento del resorte viene dada por la siguiente ecuación:

Es importante notar que la k antes definida depende de la longitud del muelle y de su constitución. Definiremos ahora una constante intrínseca del resorte independiente de la longitud de este y estableceremos así la ley diferencial constitutiva de un muelle. Multiplicando k por la longitud total, y llamando al producto o intrínseca, se tiene:

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Elasticidad Una varilla elástica vibrando, es un ejemplo de sistema donde la energía potencial elástica se transforma en energía cinética y viceversa.

En física e ingeniería, el término elasticidad designa la propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.

La elasticidad es estudiada por la teoría de la elasticidad, que a su vez es parte de la mecánica de sólidos deformables. La teoría de la elasticidad (TE) como la mecánica de sólidos (MS) deformables describe cómo un sólido (o fluido totalmente confinado) se mueve y deforma como respuesta a fuerzas exteriores. La diferencia entre la TE y la MS es que la primera sólo trata sólidos en que las deformaciones son termodinámicamente reversibles.

La propiedad elástica de los materiales está relacionada, como se ha mencionado, con la capacidad de un sólido de sufrir transformaciones termodinámicas reversibles. Cuando sobre un sólido deformable actúan fuerzas exteriores y éste se deforma se produce un trabajo de estas fuerzas que se almacena en el cuerpo en forma de energía potencial elástica y por tanto se producirá un aumento de la energía interna. El sólido se comportará elásticamente si este incremento de energía puede realizarse de forma reversible, en este caso decimos que el sólido es elástico.

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Plasticidad La plasticidad es la propiedad mecánica de un material anelástico, natural, artificial, biológico o de otro tipo, de deformarse permanentemente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango elástico, es decir, por encima de su límite elástico.

En los metales, la plasticidad se explica en términos de desplazamientos irreversibles de dislocaciones.

En los materiales elásticos, en particular en muchos metales dúctiles, un esfuerzo de tracción pequeño lleva aparejado un comportamiento elástico. Eso significa que pequeños incrementos en la tensión de tracción comporta pequeños incrementos en la deformación, si la carga se vuelve cero de nuevo el cuerpo recupera exactamente su forma original, es decir, se tiene una deformación completamente reversible. Sin embargo, se ha comprobado experimentalmente que existe un límite, llamado límite elástico, tal que si cierta función homogénea de las tensiones supera dicho límite entonces al desaparecer la carga quedan deformaciones remanentes y el cuerpo no vuelve exactamente a su forma. Es decir, aparecen deformaciones no-reversibles.

Este tipo de comportamiento elasto-plástico descrito más arriba es el que se encuentra en la mayoría de metales conocidos, y también en muchos otros materiales. El comportamiento perfectamente plástico es algo menos frecuente, e implica la aparición de deformaciones irreversibles por pequeña que sea la tensión, la arcilla de modelar y la plastilina se aproximan mucho a un comportamiento perfectamente plástico. Otros materiales además presentan plasticidad con endurecimiento y necesitan esfuerzos progresivamente más grandes para aumentar su deformación plástica total. E incluso los comportamientos anteriores pueden ir acompañados de efectos viscosos, que hacen que las tensiones sean mayores en casos de velocidades de deformación altas, dicho comportamiento se conoce con el nombre de visco-plasticidad.

La plasticidad de los materiales está relacionada con cambios irreversibles en esos materiales. A diferencia del comportamiento elástico que es termodinámicamente reversible, un cuerpo que se deforma plásticamente experimenta cambios de entropía, como desplazamientos de las dislocaciones. En el comportamiento

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plástico parte de la energía mecánica se disipa internamente, en lugar de transformarse en energía potencial elástica.

DuctilidadLa ductilidad es una propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse,[1] permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material. A los materiales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles. Los materiales no dúctiles se clasifican de frágiles. Aunque los materiales dúctiles también pueden llegar a romperse bajo el esfuerzo adecuado, esta rotura sólo se produce tras producirse grandes deformaciones.

En otros términos, un material es dúctil cuando la relación entre el alargamiento longitudinal producido por una tracción y la disminución de la sección transversal es muy elevada.

En el ámbito de la metalurgia se entiende por metal dúctil aquel que sufre grandes deformaciones antes de romperse, siendo el opuesto al metal frágil, que se rompe sin apenas deformación.

No debe confundirse dúctil con blando, ya que la ductilidad es una propiedad que como tal se manifiesta una vez que el material está soportando una fuerza considerable; esto es, mientras la carga sea pequeña, la deformación también lo será, pero alcanzado cierto punto el material cede, deformándose en mucha mayor medida de lo que lo había hecho hasta entonces pero sin llegar a romperse.

En un ensayo de tracción, los materiales dúctiles presentan una fase de fluencia caracterizada por una gran deformación sin apenas incremento de la carga.

Desde un punto de vista tecnológico, al margen de consideraciones económicas, el empleo de materiales dúctiles presenta ventajas:

En la fabricación: ya que son aptos para los métodos de fabricación por deformación plástica.

En el uso: presentan deformaciones notorias antes de romperse. Por el contrario, el mayor problema que presentan los materiales frágiles es que se rompen sin previo aviso, mientras que los materiales dúctiles sufren primero una

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acusada deformación, conservando aún una cierta reserva de resistencia, por lo que después será necesario que la fuerza aplicada siga aumentando para que se provoque la rotura.

La ductilidad de un metal se valora de forma indirecta a través de la resilencia.

La ductibilidad es la propiedad de los metales para formar alambres o hilos de diferentes grosores. Los metales se caracterizan por su elevada ductibilidad, la que se explica porque los átomos de los metales se disponen de manera tal que es posible que se deslicen unos sobre otros y por eso se pueden estirar sin romperse.

La ductibilidad es algo muy útil en cobre, hierro, aluminio.

TenacidadEn ciencia de materiales, la tenacidad es la energía total que absorbe un material antes de alcanzar la rotura, por acumulación de dislocaciones. En mineralogía la tenacidad es la resistencia que opone un mineral u otro material a ser roto, molido, doblado, desgarrado o suprimido, siendo una medida de su cohesión.

Del latín tenacĭtas, la tenacidad es la cualidad de tenaz (que se opone con resistencia a deformarse o romperse, que se prende de una cosa o que es firme y pertinaz en un propósito).

Como propiedad física de los materiales, la tenacidad es la energía que absorbe un material antes de romperse. Por eso el concepto está asociado a la resistencia y supone una medida de la cohesión de las cosas.

La fragilidad, la flexibilidad y la elasticidad son algunas propiedades que suelen confundirse con la tenacidad, aunque no se trata de sinónimos sino que cada una de estas nociones hace referencia a particularidades específicas de los materiales.

En sentido simbólico (es decir, trascendiendo las propiedades físicas), la tenacidad es una actitud caracterizada por la resistencia ante las adversidades. Una persona tenaz es insistente y se mantiene firme en su conducta o comportamiento hasta alcanzar su objetivo.

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La tenacidad es actuar con pasión y confianza. Una persona puede fracasar muchas veces pero, si está dispuesta a aprender de sus errores y a seguir intentando, es muy probable que alcance su meta. Esa perseverancia está vinculada a la tenacidad.

Una idea que permite comprender qué es la tenacidad es aquella que señala que quien triunfa nunca abandona. Dicho otra forma, aquellos sujetos que abandonan su lucha son los que pierden, mientras que lo único que puede perderse es aquello que se abandona.

La tenacidad, por lo tanto, es un valor imprescindible para alcanzar el éxito en cualquier ámbito de la vida.

FragilidadLa fragilidad intuitivamente se relaciona con la cualidad de los objetos y materiales de romperse con facilidad. Aunque técnicamente la fragilidad se define más propiamente como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación, a diferencia de los materiales dúctiles que se rompen tras sufrir acusadas deformaciones plásticas.

La rotura frágil tiene la peculiaridad de absorber relativamente poca energía, a diferencia de la rotura dúctil, ya que la energía absorbida por unidad de volumen viene dada por:

Si un material se rompe prácticamente sin deformación las componentes del tensor deformación resultan pequeñas y la suma anterior resulta en una cantidad relativamente pequeña.

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Esta propiedad expresa falta de plasticidad, y por tanto, de tenacidad. Los materiales frágiles se rompen en el límite elástico, es decir su rotura se produce espontáneamente al rebasar la carga correspondiente al límite elástico

RigidezEn ingeniería, la rigidez es la capacidad de un objeto sólido o elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones o desplazamientos.

Los coeficientes de rigidez son magnitudes físicas que cuantifican la rigidez de un elemento resistente bajo diversas configuraciones de carga. Normalmente las rigideces se calculan como la razón entre una fuerza aplicada y el desplazamiento obtenido por la aplicación de esa fuerza.

Para barras o vigas se habla así de rigidez axial, rigidez flexional, rigidez torsional o rigidez frente a esfuerzos cortantes, etc.

Rigidez axialLa rigidez axial de un prisma o barra recta, como por ejemplo una viga o un pilar es una medida de su capacidad para resistir intentos de alargamiento o acortamiento por la aplicación de cargas según su eje. En este caso la rigidez depende sólo del área de la sección transversal (A), el módulo de Young del material de la barra (E) y la longitud de la siguiente manera:

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Rigidez flexionalLa rigidez flexional de una barra recta es la relación entre el momento flector aplicado en uno de sus extremos y el ángulo girado por ese extremo al deformarse cuando la barra está empotrada en el otro extremo. Para barras rectas de sección uniforme existen dos coeficientes de rigidez según el momento flector esté dirigido según una u otra dirección principal de inercia. Esta rigidez viene dada:

Donde Iz, Iy son los segundos momentos de área de la sección transversal de la barra.

Rigidez frente a cortanteLa rigidez frente a cortante es la relación entre los desplazamientos verticales de un extremo de un viga y el esfuerzo cortante aplicado en los extremos para provocar dicho desplazamiento. En barras rectas de sección uniforme existen dos coeficientes de rigidez según cada una de las direcciones principales:

Esfuerzo NominalEl esfuerzo nominal es el que se encuentra utilizando un área inicial en la muestra de cálculos para encontrar una fuerza axial, también se denomina esfuerzo Convencional o Ingenieril. Tiene las unidades de fuerza por unidad de área y se denota por la letra griega “σ” (sigma), en general los esfuerzos nominales que actúan sobre una superficie plana pueden ser uniformes en toda el área o bien variar en la intensidad de un punto a otro, si suponemos que a lo largo de una sección transversal están distribuidos uniformemente sobre el área.

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También se define como el esfuerzo calculado sobre la base de la sección transversal neta de una probeta sin tener en cuenta el efecto de discontinuidades geométricas, como agujeros, ranuras, filetes, etc.Cuando una barra es estirada por una fuerza P, los esfuerzos están a TENSION, pero si se invierte la dirección de la fuerza P, tenemos esfuerzos a COMPRESION,

Esfuerzo Real o VerdaderoEste esfuerzo se puede calcular empleando el área real de la barra en la sección transversal donde ocurre la Falla, Como el área real en un ensayo de Tensión siempre es menor que el área inicial, el esfuerzo Real siempre es mayor que el Esfuerzo Nominal.Al Esfuerzo Real también se le conoce como el esfuerzo nominal al ocurrir lafalla y se obtiene dividiendo la carga entre el área real que disminuye conforme se aplica esta.

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Este esfuerzo es improbable sobre la sección crítica o de falla, ya que el laminado del metal causa eldesarrollo de una compleja distribución de esfuerzos.En muchos ensayos de Esfuerzos, es de mejor aceptación el cálculo del Esfuerzo Real, ya que dentro de el se implica el calculo verdadero de la falla.

Deformación δ:

Se Refiere a los cambios en las dimensiones de un miembro estructural cuando se encuentra sometido a cargas externas, Estas deformaciones son analizadas en elementos estructurales cargados axialmente, por lo que entre las cargas estudiadas están las de Tensión y Compresión.

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La deformación también es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica.

Entre ejemplos de deformación podríamos mencionar los siguientes ejemplos:

- Los miembros de una armadura- Las bielas de los motores de los automóviles- Los rayos de las ruedas de una bicicleta

Deformación Unitaria ε:La magnitud más simple para medir la deformación es lo que en ingeniería se llama deformación axial o deformación unitaria se define como el cambio de longitud por unidad de longitud:

ε= δL

Donde δ es la deformación y L es la longitud del material inicialmente. Si la barra donde se aplica la deformación esta a tensión, la deformación unitaria se denomina DEFORMACION UNITARIA POR TENSION, que represente un alargamiento o estiramiento del material. Si la barra esta en compresión, la deformación unitaria es una DEFORMACION UNITARIA POR

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COMPRESION, por lo consiguiente la barra se acorta. En general la deformación unitaria por tensión se considera positiva y la deformación unitaria por compresión se considera negativa. Además de esta también existe la DEFORMACION UNITARIA NORMAL, que es quien esta asociada con los esfuerzos normales.

Como la deformación Unitaria Normal es la razón de dos magnitudes, es una magnitud adimensional, es decir no tiene unidades. Por lo tanto la deformación unitaria se expresa simplemente como un número, independientemente de cualquier sistema de unidades.

Los valores de la deformación unitaria suelen ser muy pequeños, debido a que las barras hechas de material estructural solo experimentan cambios pequeños de longitud cuando se someten a cargas.

Deformación PermanenteModo de deformación en que el material no regresa a su forma original después de retirar la carga aplicada. Esto sucede porque en la deformación plástica el material experimenta cambios termodinámicos irreversibles y adquiere mayor energía potencial elástico.

La deformación plástica es lo contrario a la deformación reversible. Cuando un material está en tensión, sus dimensiones varían. Por ejemplo, la tracción causará un aumento de longitud. El cambio dimensional provocado por las tensiones se denomina deformación.

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En el comportamiento elástico, la deformación producida en un material al someterle a tensión cesa totalmente, recuperándose el estado inicial al cesar la tensión actuante. Muchos materiales poseen un límite elástico determinado y cuando se someten a tensión se deforman elásticamente hasta ese límite. Más allá de este punto la deformación originada no es directamente proporcional a la tensión aplicada, y también ocurre que esta deformación no es totalmente recuperable. Si cesa la tensión, el material quedará en estado de deformación permanente o plástica Una teoría para explicar la deformación permanente en los metales fue la teoría de deslizamiento en bloque; cuando aumenta la tensión en el material, tiene lugar a la deformación permanente por el movimiento de grandes bloques de átomos con deslizamiento relativo de unos en relación a otros a lo largo de determinados planos dentro del cristal.

Actualmente las teorías de deformación permanente (también conocida como Plástica), se basan en la existencia de pequeñas imperfecciones o defectos en los cristales las cuales se denominas dislocaciones.

Limite ProporcionalEl mayor esfuerzo en el que el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación. Es el mayor esfuerzo en el que la curva en un

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diagrama carga-deformación en una línea recta. El límite proporcional es igual al límite elástico para muchos metales.

Limite ElásticoEl límite elástico, también denominado límite de elasticidad y límite de fluencia, es la tensión máxima que un material elástico puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes. Si se aplican tensiones superiores a este límite, el material experimenta deformaciones permanentes y no recupera su forma original al retirar

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las cargas. En general, un material sometido a tensiones inferiores a su límite de elasticidad es deformado temporalmente de acuerdo con la ley de Hooke.

Los materiales sometidos a tensiones superiores a su límite de elasticidad tienen un comportamiento plástico. Si las tensiones ejercidas continúan aumentando el material alcanza su punto de fractura. El límite elástico marca, por tanto, el paso del campo elástico a la zona de fluencia. Más formalmente, esto comporta que en una situación de tensión uniaxial, el límite elástico es la tensión admisible a partir de la cual se entra en la superficie de fluencia del material

Limite de FluenciaEl límite de fluencia es el punto a partir del cual el material se deforma plásticamente. Hasta esa tensión el material se comporta

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elásticamente, siguiendo la ley de Hooke, y por tanto se puede definir el módulo de Young.

También denominado límite elástico aparente, indica la tensión que soporta una probeta del ensayo de tracción en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada.

Limite Elástico Aparente de Johnson

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Los materiales metálicos usados en la ingeniería se clasifican generalmente en dúctiles y frágiles. Un material dúctil es el que tiene un alargamiento a tracción relativamente grande hasta llegar al punto de rotura (por ejemplo, el acero estructural o el aluminio), mientras que un material frágil tiene una deformación relativamente pequeña hasta el mismo punto. Frecuentemente se toma como línea divisoria entre las dos clases de materiales un alargamiento arbitrario de 0.05 cm/cm. La fundición y el hormigón son ejemplos de materiales frágiles.

En ingeniería se necesita saber cómo responden los materiales sólidos a fuerzas externas como la tensión, la compresión, la torsión, la flexión o la cizalladura. Los materiales sólidos responden a dichas fuerzas con una deformación elástica (en la que el material vuelve a su tamaño y forma originales cuando se elimina la fuerza externa), una deformación permanente o una fractura. Los efectos de una fuerza externa dependientes del tiempo son la plasto deformación y la fatiga.

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Limite Elástico Proporcional

Esfuerzo a partir del cual la proporcionalidad entre la fatiga y la deformación deun material se pierde. También llamado límite de las deformaciones elásticas

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Punto Cedente

En el cual ocurre un considerable alargamiento sin un aumento de la carga. (Es decir el material cede). Esto es típico solo del acero estructural.

La Ley de Hooke, que dice que: "Dentro del límite elástico, la deformación que sufre un material elástico es proporcional al esfuerzo al que es sometido"

Por debajo del límite elástico, el esfuerzo, y la deformación que sufre un material sometido a dicho esfuerzo son proporcionales, y si la carga es retirada, el material no sufrirá deformación, pues está en la zona de comportamiento elástico.

Una vez rebasado el límite elástico y pasando el punto de cedente, el material se vuelve plástico, por lo que puede deformarse sin que haya un incremento en la carga aplicada.

En pocas palabras, el punto cedente es la tensión a la cual el material comienza a deformarse permanentemente.

Módulo de Young

El módulo de Young o módulo elástico longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza. Este comportamiento fue observado y estudiado por el científico inglés Thomas Young.

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Para un material elástico lineal e isótropo, el módulo de Young tiene el mismo valor para una tracción que para una compresión, siendo una constante independiente del esfuerzo siempre que no exceda de un valor máximo denominado límite elástico, y es siempre mayor que cero: si se tracciona una barra, aumenta de longitud.

Tanto el módulo de Young como el límite elástico son distintos para los diversos materiales. El módulo de elasticidad es una constante elástica que, al igual que el límite elástico, puede encontrarse empíricamente mediante ensayo de tracción del material. Además de este módulo de elasticidad longitudinal, puede definirse el módulo de elasticidad transversal de un material.

Diagrama tensión - deformación. El módulo de Young viene representado por la tangente a la curva en cada punto. Para materiales como el acero resulta aproximadamente constante dentro del límite elástico.

Módulo de Rigidez o cizalladuraEl módulo de cizalladura o de rigidez (también llamado módulo de elasticidad transversal) es una constante elástica que

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caracteriza el cambio de forma que experimenta un material elástico cuando se aplican esfuerzos cortantes.

Este módulo recibe una gran variedad de nombres, entre los que cabe destacar los siguientes: Módulo de rigidez, módulo de corte, módulo de cortadura, módulo elástico tangencial, módulo de elasticidad transversal,...

Para un material elástico lineal e isótropo, el módulo de elasticidad transversal tiene el mismo valor para todas las direcciones del espacio.

Definición

fig. 1 Esquema para la medición del esfuerzo cortante.

Experimentalmente el módulo elástico transversal (o módulo cortitilatante) puede medirse de varios modos, conceptualmente la forma más sencilla es considerar un cubo como el de la fig. 1 y someterlo a una fuerza cortante, para pequeñas deformaciones se puede calcular la razón entre la tensión y la distorsión angular:

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Módulo de Resilencia:

En particular cuando el esfuerzo alcanza limite de proporcionalidad, a la densidad de la energía de deformación unitaria calculada, esto es en la región elástica del diagrama de Esfuerzo – Deformación, es equivalente al área triangular y representa físicamente la capacidad del material de absorber energía sin ningún daño permanente en el material.

El trabajo realizado en un volumen unidad de material, cuando se aumenta una fuerza de tracción simple gradualmente desde cero hasta un valor tal que se alcance el límite de proporcionalidad del material, se define como modulo de resilencia. Puede calcularse por el área bajo la curva tension-deformacion desde el origen hasta el límite de proporcionalidad; las unidades en que se mide son kg/cm3. Así, pues, la resilencia de un material es su capacidad de absorber energía en la zona elástica.

También se define como la cantidad de energía acumulada en un cuerpo cuando se somete a una tensión hasta su límite proporcional.

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Módulo de Tenacidad:

Representa el área total dentro de un diagrama Esfuerzo – Deformación, en el cual se indica la densidad de energía de deformación unitaria del material precisamente antes de que se rompa, Esta propiedad resulta importante cuando se diseñan miembros que pueden sobrecargarse accidentalmente. Los materiales con un módulo de tenacidad elevado distorsionarán mucho debido a una sobrecarga. Sin embargo pueden ser preferibles aquellos con un valor bajo, puesto que los materiales que tienen Tenacidad baja, pueden fracturarse de manera repentina sin indicio alguna de una falla próxima. La aleación de los metales pueden cambiar su Resilencia y tenacidad.

El trabajo realizado en un volumen unidad de material cuando se aumenta una fuerza de tracción simple gradualmente desde cero hasta el valor que produce la rotura, se define como modulo de tenacidad. Puede calcularse por el área total bajo la curva tension-deformacion desde el origen hasta la rotura. La tenacidad de un material es su capacidad de absorber energía en la zona plástica del material.

Módulo o Relación de Poisson:

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Siempre que un cuerpo se somete a la acción de una fuerza, se deformará en la dirección de la fuerza. Este concepto y los métodos para calcular la deformación se discutieron con anterioridad. Sin embargo, siempre que se producen deformaciones en la dirección de la fuerza aplicada, también se producen deformaciones laterales. La Fig. 1a y b muestra la deformación total de un cuerpo durante la carga.

Figura 1 a y b

Las deformaciones laterales que se producen tienen una relación constante con las deformaciones axiales. Mientras que el material se mantenga dentro del rango elástico de esfuerzos, esta relación es constante:

 

El término se llama módulo de Poisson, en honor de S.D. Poisson, quien expresó este concepto en 1828. En general, el valor de para la mayoría de los materiales está comprendido entre 0.25 y 0.35. El módulo de Poisson para el acero estructural es aproximadamente 0.25. Aunque las deformaciones laterales se producen en todos los cuerpos sometidos a esfuerzos, generalmente no afectan los esfuerzos longitudinales. La única excepción se presenta cuando se impide que se efectúe libremente el movimiento lateral. Este no es el caso en la mayoría de los diseños.

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Falla por Deslizamiento

En aquellas partes de vigas adyacentes a los datos de apoyo que transmiten las cargas concéntricas o las reacciones las vigas, pueden establecer esfuerzos compresivos altos, y en las vigas I o canales el esfuerzo local en aquella parte del alma más cercana a un lado de apoyo puede tornarse excesivo.

Si este esfuerzo local excede la resistencia contra el punto de cedencia del material en la unión del alma y el patín, la viga puede fallar primariamente debido a la cedencia de la parte sobrefatigada.

La falla por deslizamiento ocurre a lo largo de una superficie particular en la que la relación del esfuerzo tangencial al normal (oblicuidad) alcance un cierto valor máximo. Esta teoría no fija la hipótesis de variación lineal entre el esfuerzo tangencial y normal para definir la oblicuidad de la superficie crítica; dicha ley de variación queda representada en general por una curva.

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Falla por Separación

La viga puede fallar por cedencia de las fibras extremas. Cuando el punto de cedencia es alcanzado en las fibras extremas, la deflexión de la viga aumenta más rápidamente con respecto a un incremento de carga; y si la viga tiene una sección gruesa y fuerte o está firmemente empotrada de tal modo que no pueda torcerse o flambearse, la falla se verifica con un pandeo gradual que finalmente se torna tan grande que la utilidad de la viga como miembro sustentante queda destruida,

La falla de las vigas de material quebradizo como el hierro fundido y el concreto simple siempre ocurre por ruptura súbita. Sin embargo cuando simple siempre ocurre por ruptura súbita. Sin embargo cuando se acerca al momento de la falla, el eje neutro se desplaza hacia el canto en la compresión y tiende así a reforzar la viga, la falla finalmente ocurre en las fibras tensadas porque la resistencia a la tensión de estos materiales es únicamente una fracción de la resistencia y a la compresión es de aproximadamente 25% para el hierro fundido y 10% para el concreto

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Falla por Flambeo

En una viga de largo claro, las fibras en compresión actúan de manera similar a aquellas en compresión de una columna, y la falla puede tener lugar por flambeo. El flambeo, el cual generalmente ocurre en dirección lateral, puede deberse ya sea a la causa primaria o secundaria de la falla. En una viga en la cual el esfuerzo flexionante excesivo sea la causa primaria de la falla y en la cual la viga no esté firmemente sostenida contra el flambeo lateral, el sobreesfuerzo puede ser rápidamente seguido por el colapso de la viga debido al flambeo lateral, ya que la estabilidad lateral de la viga es considerablemente disminuida si sus fibras extremas son esforzadas hasta el punto de cedencia. El flambeo lateral puede ser una causa primaria de la falla de la viga, caso en el cual el esfuerzo en las fibras no alcanza la resistencia hasta el punto de cedencia del material antes de que el flambeo ocurra. El flambeo frecuentemente limita la resistencia de las vigas angostas.

La falla de los miembros de alma delgada, como una vigueta, puede ocurrir debido a los esfuerzos excesivos en el alma o por el flambeo del alma bajo los esfuerzos compresivos diagonales que siempre acompañan a los esfuerzos cortantes. Si el esfuerzo cortante en el alma alcanza un valor tan alto como en de la resistencia has el punto de cedencia del material en corte, la falla de la viga puede esperarse y la manera de la falla probablemente derivará de alguna acción de flambeo o torsión secundaria. El esfuerzo compresivo ordinario que siempre acompaña al cortante puede alcanzar un valor tan alto que el flambeo del alma de la viga constituya una causa primaria de la falla. El peligro de la falla en el alma como una causa primaria de la falla de la viga existente, en general, solamente para las vigas cortas con alma delgada.

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APUNTES DE CLASE

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