Propiedades físicas

Propiedades físicas

1. Continuamente se llevan a cabo diversos tipos de pruebas de rutina sobre perfiles de acero y sobre probetas que se tonan de perfiles con el objeto de determinar sus propiedades físicas y su uso adecuado en estructuras.

   • Prueba para determinar resistencia, rigidez y ductilidad
     • Prueba de tensión
       • La prueba de tensión puede utilizarse para determinar la resistencia, la rigidez. la ductilidad y la tenacidad del material. En esta prueba se sujeta un espécimen estándar, llamado probeta de acero entre las mordazas de una máquina de prueba y se tensan en forma axial (se someten a fuerzas de tensión) hasta que ocurre la fractura. Primero, la probeta es sometida a la máquina de tal manera que se reduce el área de su sección transversal en la parte central de su longitud para localizar la zona de fractura. Luego la muestra es marcada en el sentido longitudinal mediante dos puntos conocidos como puntos de calibración.
         • La distancia entre estos puntos (en general 2 pulg u 8 pulg) se denomina longitud calibrada. Luego se coloca la muestra en la máquina de prueba y se le aplica la fuerza de tensión T. Los resultados de tal prueba se registran en curvas esfuerzo-deformación.
         • •Esfuerzo se define como la carga dividida entre el área de la sección transversal original de la probeta al inicio de la prueba, o:
         • Deformación se define como el alargamiento de la probeta tomada sobre la longitud calibrada. Esto es;
         • El origen O es un punto sobre la curva de esfuerzo deformación en que para el esfuerzo cero, hay deformación cero (figura 2.6.2). La curva es lineal hasta un nivel de esfuerzo, llamado límite de proporcionalidad. Así, el esfuerzo es proporcional, de manera directa a la deformación aplicada por debajo del límite de proporcionalidad, y se dice que el material obedece a la ley de Hooke. A una carga ligeramente mayor, el material alcanza su nivel de fluencia.
           • El nivel de fluencia puede reconocerse en el diagrama esfuerzo-deformación por una meseta larga y plana denominada meseta de fluencia. Más allá de esta última, el diagrama esfuer-zo-deformación empieza a elevarse de nuevo, lo que indica que se necesita otra vez esfuerzo adicional para producir deformación adicional, fenómeno conocido como endurecimiento por deformación. Como la probeta se extiende y la deformación se endurece, el esfuerzo aumenta, en tanto que el área de sección transversal de la muestra disminuye en forma simultánea; el resultado neto es que la tasa de incremento de la carga disminuye.
             • En las primeras etapas de la prueba predomina el endurecimiento por deformación; sin embargo, este efecto disminuye con el incremento de la deformación, por lo que la curva esfuerzo deformación alcanza un máximo. Este esfuerzo máximo sobre el diagrama ingenieril esfuerzo-deformación se conoce como esfuerzo último de tensión (o simplemente como resistencia a la tensión o resistencia última) del material y se obtiene al dividir la máxime carga aplicada en una prueba de tensión entre el área de la sección transversal original, A,. Después de alcanzar el esfuerzo máximo, el alargamiento continua con disminución de la carga hasta la rotura o fractura de la probeta
               • Conforme avanza la prueba de tensión, el área de sección transversal real de la muestra disminuye, y a esfuerzos elevados se vuelve apreciable esta reducción del área. A lo largo del rango de endurecimiento por deformación, el observador de la prueba advierte que en algún punto dentro del cuerpo de la muestra, ésta empieza a disminuir visiblemente de diámetro (o ancho y/o espesor) y a estirarse de manera notable en longitud. A esto se le denomina estricción o cuello, y progresa con rapidez hasta que la muestra intempestivamente se rompe en la sección reducida.
                 • los enlaces vuelven a su longitud original y la muestra recupera su tamaño y forma iniciales. Con el incremento de magnitud de la fuerza, esto seguirá ocurriendo conforme el material se comporte de forma elástica. Sin em-bargo, evenmalmente se alcanzará un esfuerzo que ocasione deslizamiento plástico, lo que dé por resultado una deformación permanente del material. Al eliminar la fuerza se permite que la parte elástica de la deformación se recupere, pero permanece el alargamiento causado por el deslizamiento, lo que se conoce como deformación permanente.

2. Módulo de elasticidad E

   • El módulo de elasticidad o módulo de Young, es la pendiente del diagrama esfuerzo-deformación de la región elástica. Así;
     • donde f es el esfuerzo en ksi, e es la deformación en pulg/pulg y E es el módulo de Young en ksi. El módulo de elasticidad es una medida de la rigidez del material en el dominio elástico, y se relaciona con la fuerza de atracción entre átomos adyacentes de material sólido. Para los átomos de un material dado, como el hierro, esta fuerza tiene un valor definido
       • Módulo tangente, E,
         • La pendiente de la tangente sobre un punto de la curva esfuerzo-deforma-ción por arriba del límite proporcional se define como el módulo tangente y es designado con el símbolo E, Representa la rigidez del material en el intervalo inelástico.

3. Resistencia de fluencia

   • La curva esfuerzo-deformación para los aceros de alta resistencia con tratamiento térmico y otros aceros especiales es una curva continua bastante suave más allá de la porción elástica lineal inicial y no tiene un punto de fluencia bien definido Para tales materiales, la resistencia a la fluencia por lo regular, se define como el esfuerzo que deja al material con una deformación permanente establecida (por lo regular 0.002 pulg/pulg o 0.2%).
     • . La resistencia a la fluencia se establece mediante el método de la desviación, en el cual se dibuja una línea paralela a la tangente inicial de la curva esfuerzo-deformación, a través del punto de la abscisa correspondiente a la deformación permanente especificada o deformación de desviación, como se muestra en la figura. El esfuerzo correspondiente a la intersección de esta línea con la curva esfuerzo-deformación da la resistencia a la fluencia del material.
   • Esfuerzo de fluencia, Fy
     • Los esfuerzos característicos del acero estructural, como el límite proporcional, el esfuerzo de fluencia y el esfuerzo último para pruebas de compresión tienen aproximadamente los mismos valores que aquellos para la prueba de tensión.

4. Ductilidad

   • Ductilidad es la capacidad de un material para ser sometido a gran deformación sin quebrarse. Una medida de la ductilidad es el porcentaje de elongación de la longitud calibrada de la probeta durante la prueba de tensión.
     • Se ha mostrado en forma experimental que si una barra es alargada por tensión axial, hay una reducción simultánea de las dimensiones transversales. Para esfuerzos por debajo del límite proporcional, la razón de las deformaciones en direcciones transversal y longitudinal es una constante conocida como la razón de Poisson.
       • El signo menos indica una disminución de las dimensiones transversales cuando e, es positivo, como en el caso de la probeta de tensión. Para el acero, la razón de Poisson es alrededor de 0.3 en el rango elástico y de 0.5 en el rango plástico.

5. Módulo de elasticidad por cortante, G

   • El módulo de elasticidad por cortante o módulo de rigidez es la razón entre el esfuerzo cortante y la deformación unitaria cortante dentro del límite elástico y se designa como G. Para aceros estructurales, los valores medidos para G varían de 11 500 ksi a 12 000 ksi. Un valor conservador de 11 200 ksi se utiliza en los cálculos de diseño como módulo cortante para todos los aceros estructurales. Según la teoría de la elasticidad, se tiene:

Images and files in the map