16ENSAYO DE MATERIALES

TEORIA: M.V.G.C.

CAPITULO 2:

COMPORTAMIENTO MECANICO DE LOS MATERIALES

CAPITULO 2: COMPORTAMIENTO MECANICO DE LOS MATERIALES

2.1ESFUERZOS Y DEFORMACIONES

2.1.1Esfuerzo unitario.

Para llegar a esta definicin, supongamos un material cualquiera sujeto a una carga externa centrada (P).

El material se encuentra en equilibrio esttico. Si cortamos a este material en una seccin como la S-S, el material debe seguir en equilibrio esttico; para lo cual, cada unidad de rea contribuye por igual a equilibrar el material mediante fuerzas internas "fi".

Por consiguiente, se define como ESFUERZO UNITARIO a la intensidad de las fuerzas por unidad de rea, o componentes internas distribuidas que equilibran a la fuerza externa resistiendo un cambio en la forma de un cuerpo y se mide en unidades de fuerza para unidades de rea. Se expresa por la siguiente frmula:

= P/A

Ejemplo: P=20 000N; A=0.05m2; = 20 000/0.05 = 400 000 N/m2Existen tres clases de esfuerzos unitarios: esfuerzos de tensin (traccin), esfuerzos de compresin y esfuerzos de corte, cada uno de los cuales puede originarse debido a la accin externa de cargas de tensin, compresin, flexin, torsin o una combinacin de estas cargas.

Un esfuerzo unitario puede determinarse en cualquier plano, para lo que basta calcular la componente de la carga externa en ese plano y dividir para el rea del mismo.

Ejemplo: L = 10 = 10 = 20cm sen30( 0.5

P' = Pcos60( = 10000x0.5 =5000N;

= 5000/0.02 = 0.25MN/m2V = Psen60( = 10000x0.87 = 8660N;

= 8660/0.02 = 0.433MN/m22.1.2Deformacin.Se define como deformacin, al cambio en la forma de un cuerpo debido a la accin de cargas, a cambios trmicos, a cambios de humedad o a otras causas.

Si la deformacin se analiza en un solo plano, se supone un cambio lineal en sus dimensiones y se mide en unidades de longitud. Cuando la deformacin se produce por cargas flexionantes, esta puede medirse por una deflexin; y si las cargas producen torsin, la deformacin se mide en ngulo de giro. En la mayora de las estructuras, sujetas a varios tipos de cargas, puede haber una combinacin de estos tipos de deformaciones.

2.1.3Deformacin especfica.La deformacin especfica o deformacin unitaria es la relacin que expresa el cambio de longitud del material por cada unidad de longitud del material y se expresa por:

= (

L

Las unidades de la deformacin especfica se acostumbra a indicar acompaadas de potencias negativas de base 10. por ejemplo:

Si L = 100mm y ( = 5 mm

= 5/100 = 0,05mm/mm = 5x10-2 mm/mm

Para identificar a una deformacin especfica, necesariamente debern acompaarse las unidades, las mismas que por ningn motivo deben simplificarse. Por consiguiente, la deformacin especfica debe expresarse en una de las siguientes formas: m/m, cm/cm, mm/mm, etc., siendo equivalente cualquier transformacin de una unidad a otra. Por ejemplo:

5x10-2mm/mm = 5x10-2cm/cm = 5x10-2m/m, etc.

Si la deformacin se mide en un tramo de la longitud y no en toda su longitud, la deformacin especfica se calcular con el tramo en el que se midi las deformaciones, denominado "longitud de medida"; es decir:

Si ( = 4mm y LM = 100mm

= 4/100 = 4x10-2mm/mm

2.1.4Distribucin uniforme de esfuerzos y deformaciones.

Para que se produzca la distribucin uniforme de esfuerzos y deformaciones en un material, se debe cumplir las siguientes condiciones:

a)La carga externa debe actuar en el centro de gravedad de la seccin; es decir, debe ser una carga centrada o tambin denominada "carga axial".

b)El material debe ser de contextura uniforme, es decir, homogneo.

c)La seccin del elemento que recibe la carga debe ser uniforme en toda su longitud o tener cambios suaves y paulatinos de seccin; caso contrario, puede suceder lo siguiente:

1.Si la seccin disminuye bruscamente, se producirn mayoraciones de esfuerzos y deformaciones.

2.Si se tiene un cambio brusco en la seccin, se producir lo que se denomina "concentracin de esfuerzos".

3.Perforaciones o agujeros en los materiales o elementos, disminuyen la seccin, mayorando los esfuerzos y deformaciones, porque como es lgico, a menor seccin, mayor esfuerzo y mayor la deformacin.

2.1.5Deformacin permanente.

Es la deformacin restante que queda en un cuerpo previamente cargado, luego de haberse retirado la carga.

2.1.6Estriccin.Se denomina estriccin, a la relacin entre la disminucin de rea de la seccin transversal en la fractura, respecto al rea original, expresada en porcentaje.

e = (Ao - Af)100 Ao

Con esta expresin se puede determinar la ductilidad o fragilidad de un material.

2.2DIAGRAMA ESFUERZO UNITARIO-&-DEFORMACION ESPECIFICA

Este diagrama sirve para obtener las propiedades mecnicas de los materiales bajo la accin de cargas. En un sistema de coordenadas, los valores de los esfuerzos se representan en el eje de las ordenadas y las deformaciones especficas en el eje de las abscisas. En algunos casos se requiere obtener diagramas Carga-&-Deformacin, los mismos que resultan ser proporcionales a los indicados y que eventualmente sirven para determinar ciertas propiedades mecnicas de los materiales.

El procedimiento usual para obtener el diagrama base consiste en tomar los datos de un ensayo previamente bien planificado, del que se obtengan los datos de carga y deformacin y en un nmero suficiente que permita dibujar un diagrama representativo.

Por cada incremento de carga se determina la respectiva deformacin, o viceversa.

El ensayo que servir de base para la obtencin del diagrama puede planificarse y llevarse de dos maneras:

1.Controlado por la carga;

2. Controlado por la deformacin.

Si a grandes incrementos de carga, las deformaciones son pequeas, el ensayo debe controlarse con la carga; caso contrario, con la deformacin. En algunas ocasiones, puede controlarse de las dos maneras para un mismo ensayo.

Para planificar el ensayo y obtener el suficiente nmero de puntos que permita dibujar un buen diagrama, se deber conocer en forma aproximada la carga de falla o la mxima deformacin del material en estudio, o llevar a la falla una muestra idntica del mismo material.

2.3PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES

2.3.1Concepto.

Las propiedades mecnicas se definen como aquellas que determinan el comportamiento elstico e inelstico de un material bajo la accin de fuerzas actuantes.

Las propiedades mecnicas de un material se determinan mediante el ensayo mecnico del material y se expresan en funcion de esfuerzos y deformaciones.

2.3.2Elasticidad.

Es la propiedad por la cual, las deformaciones causadas en un material desaparecen cuando deja de actuar la carga o fuerza que lo modific.

2.3.3Material elstico.Es aquel material que recobra completamente su forma y dimensiones originales, una vez que deja de actuar la carga que lo deform.

El comportamiento elstico, ocasionalmente va asociado a la no absorcin de energa y a la proporcionalidad lineal entre esfuerzo unitario y deformacin especfica, sin constituir criterios necesarios sobre la propiedad de la elasticidad, por lo que un material puede ser elstico sin cumplir la proporcionalidad, o puede ser elstico con absorcin de energa, como sucede con el caucho o hule blando.

Algunos materiales son elsticos hasta cierto nivel de esfuerzo, pasado el cual, el comportamiento es inelstico, como el caso del acero y otros metales.

2.3.4Medidas de resistencia elstica.

a)Lmite proporcional (p): Es el mayor valor de esfuerzo unitario que un material es capaz de desarrollar sin desviarse de la proporcionalidad entre esfuerzo unitario y deformacin especfica.

b)Ley de Hooke : Esta Ley establece la proporcionalidad entre esfuerzo unitario y deformacin especfica, que se traduce en el diagrama base como una recta que parte del origen de coordenadas y que obedece a la siguiente ecuacin:

= ExLa constante de proporcionalidad se denomina MODULO DE YOUNG O MODULO DE ELASTICIDAD, definido como una medida de "rigidez" o resistencia elstica a la deformacin del material y que se determina por la relacin entre esfuerzo unitario para deformacin especfica (pendiente de la recta). A mayor pendiente, mayor rigidez y mayor mdulo, y viceversa:

E = /c)Lmite de elasticidad (E): Se define como el mayor valor de esfuerzo unitario que un material es capaz de desarrollar sin que se produzca deformacin permanente, una vez que se retira la carga.

El lmite de elasticidad es un valor de esfuerzo que puede determinarse por medio de orquillamiento de valores en la zona del lmite de elasticidad, en varios procesos de carga y descarga.

d)Lmite de fluencia o resistencia a la cedencia (F): Es el valor de esfuerzo que causa un incremento sensible de deformacin plstica, sin que este esfuerzo vare o se incremente en forma notoria. El esfuerzo de fluencia indica en forma definitiva, que se est produciendo un efecto inelstico.

El lmite de fluencia en algunos materiales tales como la madera y el hormign, no obedecen estrictamente a esta definicin, en razn de que su diagrama base es una lnea de curvatura gradual con esfuerzo continuamente creciente.

Algunas veces, la fluencia va acompaada de un decrecimiento del esfuerzo, obtenindose un menor valor del esfuerzo de fluencia, debido a la concentracin de esfuerzos; por esta

razn, enalgunos metales como en el acero laminado al calor, se distinguen tres puntos de fluencia:

1. Punto de cedencia inicial:

Es el valor de esfuerzo con el que se produce por primera vez un incremento notable de la deformacin, sin aumento sensible de esfuerzo.

2. Punto de cedencia superior:

Es el primer valor de esfuerzo con el que la pendiente de la curva se hace cero.

3. Punto de cedencia inferior:

Es el segundo valor de esfuerrzo con el que la pendiente de la curva se hace cero.

En Ingeniera, las diferencias entre los puntos de cedencia, no son importantes, puesto que en todo caso, siempre ocurrir primero la cedencia inicial.

2.3.5Medidas de resistencia ltima.a)Resistencia ltima del material(M): Es el mximo valor de esfuerzo unitario que puede resistir el material, determinado con la seccin original. Corresponde al punto ms alto del diagrama base.

A partir de este punto comienza el estrangulamiento de una seccin en la cual seconcentran los esfuerzos y deformaciones, dando como resultado el decrecimiento del rea resistente, y por consiguiente la disminucin de la carga.

b)Resistencia de ruptura (R): Es el valor de esfuerzo nominal con el cual el material falla. En la mayora de los metales dctiles, el valor de esfuerzo de ruptura es menor al esfuerzo ltimo, porque al producirse el estrangulamiento y la disminucin de seccin, necesariamente se requiere de menor carga para que ocurra la falla por ruptura. En la mayora de materiales frgiles, la resistencia a la rotura coincide con la resistencia ltima.

2.3.6Determinacin del mdulo de elasticidadSiendo el mdulo de elasticidad una medida de "rigidez" en cada uno de los materiales, es necesario saber como se determina esta constante a partir del diagrama base. Cuando el material tiene un comportamiento segn la Ley de Hoocke, hay un solo criterio para determinar el mdulo de elasticidad; o sea, aplicando la relacin ya conocida:

E = tg = /Cuando el material no cumple la Ley de Hoocke, se conocen otros criterios para determinar el mdulo de elasticidad, siendo lo ms conveniente conocer la ecuacin de la curva, cosa muy dificil de conseguir, porque en general no obedecen a funciones contnuas. Ante tal situacin, se han propuesto los siguientes criterios:

a) Mtodo de la tangente al origen: Consiste en trazar una tangente al origen del diagrama base y determinar su pendiente tomando incrementos de esfuerzo y ralacionando con las correspondientes deformaciones especficas.

Et = tg = t/tb) Mtodo de la secante:

Consiste en determinar la pendiente de una secante a la curva que pase por el origen de coordenadas y un punto en la curva que corresponda al esfuerzo de trabajo del material.

Es = tg = s/sc) Mtodo de la tangente a cualquier punto:

Consiste en determinar la pendiente en cualquier punto de la curva dentro de la zona elstica, determinando pequeos incrementos de esfuerzo para los correspondientes incrementos de deformacin especfica a partir del punto de tangencia.

Eo = (/(2.3.7Determinacin del lmite de fluencia.

Se conocen dos criterios para determinar el lmite de fluencia de los materiales a partir del diagrama base:

a)Si el punto de fluencia es facilmente detectable durante el ensayo o en el diagrama. Es el caso de ciertos metales como el acero dctil.

b)Si el punto de fluencia no se puede detectar en un ensayo o en un diagrama base. En este caso determinamos el valor de la fluencia por el mtodo del desplazamiento o de corrimiento, que consiste en desplazar una magnitud "a", a partir del origen de coordenadas sobre el eje de las deformaciones especficas, y a partir de esa magnitud trazar una paralela al primer sector del diagrama, si cumple con la Ley de Hoocke, o a una tangente al origen, hasta cortarse con la curva en un punto como "b" que nos determina el valor del lmite de fluencia.

Este mtodo se fundamenta en que en un material cargado hasta un punto superior al lmite proporcional y ligeramente superior al lmite elstico, al ser descargado deja una deformacin permanente similar a su corrimiento.

Los valores de corrimiento se han determinado en base a varias experiencias en cada material; as, para metales vara entre 0,001 a 0,002 (0,1% al 0,2% de la deformacin); para hierro fundido, entre 0,0002 a 0,0005; para maderas, 0,0005; para hormign simple entre 0,0001 a 0,0002. Este mtodo se aplica a metales frgiles, a las maderas y al hormign.2.3.8Plasticidad.Es la propiedad que permite al material sobrellevar deformacin permanente sin que necesariamente sobrevenga la ruptura. La accin plstica se evidencia en una deformacin permanente y en el flujo plstico.

2.3.9Ductilidad.Es la propiedad por la cual el material se deforma considerablemente antes de romperse bajo la accin de cargas. El porcentaje de deformacin a la rotura es mayor al 5%.

2.3.10Fragilidad.Es la propiedad por la cual un material falla dejando deformaciones residuales muy pequeas e inferiores al 5%. Algunos materiales bajo ciertos tratamientos pueden dejar de ser dctiles y transformarse en frgiles, o viceversa.

2.3.11Rigidez.Se define como rigidez a la oposicin que presenta un material a ser deformado bajo la accin de cargas y se expresa por la relacin:

RIGIDEZ = ACCION/DEFORMACION = P/( ; E =/

De acuerdo a esta definicin, la constante "E" es una medida de rigidez dentro del rango elstico, por lo que debera llamarse mdulo de rigidez, ms no mdulo de elasticidad.

Mientras mayor sea el esfuerzo requerido para producir una deformacin, ms rgido se considera al material.

2.3.12Esfuerzo de trabajo (T).

Es el valor de esfuerzo unitario que permite al material trabajar en condiciones de seguridad, soportando cargas inferiores al lmite de elasticidad y que se determina con la relacin entre el lmite de fluencia para un coeficiente de seguridad que depende de cada material, en funcin de sus propiedades mecnicas. Entre los coeficientes de seguridad que se recomiendan tenemos los siguientes: hormign = 2,22; maderas = 4 a 8; acero = 2 a 3; etc.. Estos coeficientes aseguran el trabajo del material dentro del rango elstico, puediendo variar en ms o en menos, de acuerdo a la importancia de la obra o a la calidad de los materiales.

2.3.13Problemas de aplicacin:2.4 ZONAS CLASICAS DEL DIAGRAMA BASE ( vs ).

Durante el proceso de carga en un material, su comportamiento mecnico va cambiando, presentando caractersticas diferentes que se identifican en las cuatro zonas del diagrama base:

2.4.1 Zona elstica.Esta zona define el comportamiento elstico del material y comprende desde el origen de la curva hasta el lmite elstico. El material al ser descargado desde cualquier punto dentro de esta zona, recobra su forma y dimensiones originales.

2.4.2Zona plstica.En esta zona se inicia el comportamiento inelstico del material; es decir, las deformaciones no son recuperables en su totalidad al ser descargado el material, quedando deformaciones permanentes. Esta zona se inicia a partir del lmite elstico y termina en el punto "A" de inflexin de la curva.

2.4.3Zona de endurecimiento.Es la zona en la cual el material al seguir d.eformndose va adquiriendo mayor resistencia. La propiedad por la cual un material gana resistencia por efecto de la deformacin se denomina "ACRITUD". Esta zona est limitada por el punto "A" de inflexin de la curva y la resistencia mxima.

2.4.4Zona de ahorcamiento.Es la zona en la cual el material pierde resistencia en forma gradual y en corto tiempo, debido a una considerable reduccin de la seccin transversal produciendo a la concentracin de esfuerzos en dicha zona. Esta zona est limitada por la resistencia mxima y la resistencia a la rotura.

2.5MEDIDAS DE ENERGIA

2.5.1Capacidad energtica.Es la aptitud o suficiencia de un material para absorver o almacenar energa durante un proceso de carga. El principio involucrado es que la energa o trabajo es el producto de una fuerza (carga) por una distancia (deformacin).

2.5.2Resiliencia elstica.(Energa elstica)Es la cantidad total de energa almacenada por un material al ser cargado hasta el lmite elstico, o la cantidad de energa que se puede recuperar cuando se descarga al material desde el lmite elstico.

En el diagrama Carga & Deformacin, la energa elstica se determina mediante el clculo del rea bajo la curva hasta el lmite elstico.

Complementariamente, la energa por unidad de volumen almacenada hasta el lmite elstico se denomina Mdulo de Resiliencia Elstica. En el diagrama vs , el mdulo de resiliencia elstica se determina mediante el clculo del rea bajo la curva hasta el lmite elstico.

En el mtodo de diseo elstico de estructuras, la energa elstica tambin se conoce como energa de deformacin o energa interna de un cuerpo.

u = P( (N-m)

2

U = ; = /E

2

U = = 2 (N-m)

2E 2E m3Puesto que la resiliencia elstica es una energa total y el mdulo de resiliencia elstica es una energa por unidad de volumen, conociendo el volumen del material, estas energas pueden transformarse de una a otra:

2.5.3Resiliencia hiperelstica.Es la energa que libera el material si se lo descarga desde un punto cualquiera pasado la zona elstica; esta energa es parcial respecto al total de la energa gastada en el proceso de carga.

En el diagrama Carga vs Deformacin, la resiliencia hiperelstica se calcula determinando el rea bajo el tringulo formado por la vertical al punto de descarga y la recta paralela al primer tramo del diagrama.

El mdulo de resiliencia hiperelstica se determina a partir del diagrama vs ; es decir, se trata tambin de una energa unitaria. Mientras ms alto sea el punto de descarga, mayor resiliencia o mdulo de resiliencia hiperelstica; en consecuencia, la mayor resiliencia o su mdulo se tendr al descargarse el material desde la resistencia mxima.

2.5.4Histresis.

Es la energa perdida o que no devuelve el material, si se lo descarga desde un punto superior al lmite elstico. Esta energa, sumada a la resiliencia hiperelstica nos dara la energa total gastada en el proceso de carga.

En el diagrama base o en el proporcional, la histresis se determina calculando el rea encerrada entre la curva de descarga y la recta de carga en un nuevo ciclo.

2.5.5Tenacidad.Es la energa necesaria para producir la rotura de un material. Si esta energa es total, se conoce como tenacidad de la muestra y si se define como la energa por unidad de volumen, se conoce como tenacidad del material. En el diagrama base o en el proporcional, la tenacidad del material o de la muestra se calcula determinando el rea total bajo la curva.

2.5.6Nmero de Mrito.

Para el caso de materiales metlicos dctiles como el acero estructural, se ha propuesto otra forma aproximada de medir la tenacidad, mediante el Nmero de Mrito, que se determina con el producto de la resistencia mxima por la deformacin a la rotura. Con el mismo criterio antes anotado, se distinguir el nmero de Mrito tanto para el material como para la muestra.

El nmero de Mrito calculado en el acero estructural es ligeramente superior a la tenacidad, que adems depende de la ductilidad o el contenido de carbono, segn se indica en el diagrama adjunto.

(1) Acero con bajo contenido de carbono, el ms dctil.

(2) Acero con mediano contenido de carbono, el ms tenaz.

(3) Acero con alto contenido de carbono, el ms resistente.

2.6ISOTROPIA

Un material es isotrpico, cuando presenta las mismas propiedades fsicas y mecnicas en todas las direcciones. Es as como el mdulo de elasticidad en traccin es igual al mdulo de elasticidad en compresin, etc.. Esta propiedad es aplicable a los metales, lo que no sucede en otros materiales como la madera que no es isotrpico, denominndose "anistropos".

2.7RELACION DE POISSON

Si un cuerpo es sometido a cargas externas de traccin o compresin en una direccin dada, se puede determinar que no solo ocurre una deformacin en esa direccin, sino que tambin ocurren deformaciones unitarias perpendiculares o tambin llamadas deformaciones transversales. En el caso de traccin, la extensin axial causa contraccin transversal o viceversa. La relacin entre la deformacin unitaria transversal para la deformacin unitaria longitudinal, ocurridas en la zona elstica, se denomina "RELACION DE POISSON":

= T/LEsta relacin es una constante para cada material, o nmero puro sin dimensiones que se determina nicamente por medio de pruebas. Si consideramos que en el rango elstico el material no cambia de volumen, esta relacin debera ser siempre igual a 0,5, pero las experiencias demuestran que estos valores varan entre un tercio y un sexto. Para los metales vara de 0,25 a 0,45; para el hormign, de 0,10 a 0,20; para las maderas, de 0,20 a 0,25; etc..

2.8VARIACION VOLUMETRICA (Dilatacin Cbica).

Conocidos el mdulo de elasticidad "E" y la relacin de Poisson "", Se puede calcular la variacin de las dimensiones de un material cualquiera ensayado a traccin o a compresin. Llamaremos (a a la deformacin en alargamiento y (b y (c a las deformaciones en acortamiento:

Vo = a.b.c; ( Vf = (a + (a)(b - (b)(c - (c)

En una unidad de volumen infinitesimal a = b = c, ( (b = (c = ('aVf = (a + (a)(a - ('a)(a - ('a)

Vf = (a + (a)(a - ('a)2(a = La; ('a = Ta

Vf = (a + aL)(a - aT)2Vf = a(1 + L)a2(1 - T)2Vf = a3(1 + L)(1 - T)2 = T/L (( T = LVf = a3(1 + L)(1 - L)2Vf = a3(1 + L)(1 - 2L + 2L2)2Vf = a3(1-2L + 2L2 + L - 2L2 + 2L3)

Vf = a3(1 - 2L + L)

Vf = a3[1 + L(1 - 2)]

Vf = a3 + a3L(1 - 2)

(V = Vf - Vo

(V = a3 + a3L(1 - 2) - a3(V = VoL(1 - 2)

En un ensayo de traccin se aumentar el volumen del material en esta magnitud, pero en compresin, disminuye el volumen en esta misma magnitud, si el material es isotrpico.

2.9PROBLEMAS DE APLICACION.

2.10MODIFICACIONES A LAS PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES

El comportamiento elstico e inelstico de un material puede ser modificado bajo la accin de ciertos efectos o tratamientos fsicos, qumicos o mecnicos, de entre los cuales me referir a los siguientes:

2.10.1Temperatura.

En algunos materiales, la temperatura es un factor importante que modifica el comportamiento mecnico. Es as como en los metales, a temperaturas bajas tienden a reducir su ductilidad y tenacidad, pero en cambio se incrementa el valor de sus propiedades mecnicas.

A elevadas temperaturas se observa una tendencia a aumentar su ductilidad pero con una disminucin en el valor de sus propiedades mecnicas.

En forma particular, metales como el aluminio tienen un comportamiento opuesto al indicado, pues a elevadas temperaturas el aluminio pierde ductilidad, volvindose ms rgido y frgil.

Para el caso de morteros, hormigones y materiales similares, la temperatura puede modificar ciertas propiedades mecnicas; es as como en el hormign fresco, a bajas temperaturas e inferiores a 4oC, las reacciones qumicas del cemento con el agua pueden suspenderse, perdindose resistencia en el hormign endurecido; en cambio, a elevadas temperaturas se puede acelerar el proceso de hidratacin y su resistencia, pero puede producirse desecacin y una caida de resistencia en el hormign endurecido. Adems, pueden producirse fisuramientos con la consiguiente baja en sus propiedades mecnicas.

2.10.2Humedad.

El contenido de humedad en algunos materiales tambin modifica ciertas propiedades mecnicas de los mismos. En las maderas, el contenido de humedad es determinante; pues, a mayor contenido de humedad, menor valor en sus propiedades mecnicas. Humedades menores al 25% originan cambios sensibles, pero con humedades mayores al 25%, las propiedades mecnicas tienden a estabilizarse.

El contenido ptimo de humedad en las maderas debe ser tal que se equilibre con la humedad del medio ambiente(12% al 15%), caso contrario, se pueden producir expansiones o retracciones.

La variacin del contenido de humedad en el hormign endurecido en ciclos repetitivos, puede ocasionar expansiones y retracciones, dando como resultado final fisuraciones , con la consiguiente prdida de valor en sus propiedades mecnicas. El contenido de humedad en el hormign fresco es determinante en su resistencia, pues a mayor contenido de humedad, menor resistencia.

En los metales, la humedad no influye en sus propiedades mecnicas, pero puede producir el fenmeno de oxidacin que no afecta estas relaciones. Si la oxidacin no se impide, se tendr una disminucin de su seccin transversal y un deterioro en su superficie.

2.10.3Tiempo.

El factor tiempo puede influir en las propiedades mecnicas de los materiales de dos maneras: 1) Por el tiempo de aplicacin de las cargas y 2) Porque el transcurso del tiempo puede modificar sus propiedades mecnicas. El primer caso se refiere a la velocidad de aplicacin de las cargas; pues los materiales no reaccionan por igual a diferentes velocidades de aplicacin de las cargas.

Al aplicarse una carga al material en forma rpida, se obtiene como resultado el aumento del lmite de fluencia y la resistencia mxima, pero con una disminucin de la ductilidad.

Cargas que se aplican en forma instantnea (ultrarpidas), producen la disminucin de la resistencia mxima como resultado de la mayoracin del esfuerzo aplicado, tal es el caso de las cargas de impacto.

Las cargas estticas lentamente aplicadas pueden originar dos fenmenos:

1.Si las cargas tienen un valor alto, originan el fenmeno de flujo plstico.

2.Si las cargas tienen un valor pequeo, se origina el efecto elstico ulterior.

En algunos materiales como morteros y hormigones, el tiempo que transcurre a partir de su preparacin y bajo ciertas condiciones de temperatura y humedadd, se produce un incremento en el valor de sus propiedades mecnicas; pues a mayor tiempo, mayor resistencia mxima, mayor lmite de fluencia y mayor mdulo de elasticidad.

En las maderas, el transcurso del tiempo puede deteriorar al material si no se toman ciertas precauciones, produciendo una disminucin en el valor de sus propiedades mecnicas.

2.10.4Preparacin y forma.Materiales como los metales pueden ser preparados y dados forma en caliente o en fro, sufriendo variaciones en las propiedades mecnicas. El trabajo en fro mayora el valor de la fluencia y resistencia mxima, en cambio, se pierde ductilidad. El templado en los metales produce el mismo efecto que el trabajo en fro, salvo el caso del cobre en el cual el templado origina una baja en el lmite de fluencia y un aumento de la ductilidad.

Los efectos del trabajo en fro pueden eliminarse por medio del recocido; es decir, por medio del recalentamiento a una temperatura adecuada, lo que produce la restitucin de las propiedades mecnicas originales. Tanto el recocido como el trabajo en caliente permiten que los tomos de la estructura se reagrupen en posiciones ms cercanas a las ideales.

En morteros y hormigones, luego de haberse endurecido, el proceso de curado que reciben puede significar un aumento de hasta el doble de su resistencia mxima y mdulo de elasticidad.

2.10.5Historia del material.Otra de las causas que modifica las propiedades mecnicas de los materiales es el trabajo al que ha estado sometido tiempos atrs. Es as como ciertos materiales sometidos a ciclos de carga y descarga originan cambios sensibles, especialmente si la descarga se la realiza pasado el lmite elstico. En los metales, en ciclos de carga y descarga, puede mejorarse la resistencia mecnica pero con una disminucin de la ductilidad.

Otros materiales como el hormign, cuyo comportamiento mecnico no cumple con la Ley de Hoocke, despus de varios ciclos de carga y descarga tienden a un comportamiento rectilneo; es decir, tienden a cumplir la Ley de Hoocke.

Otro tipo de carga que tiene que ver con la historia del material, se refiere al proceso de carga, descarga y carga negativa, pero en ciclos repetidos en un nmero elevado de veces, llamadas cargas fluctuantes y alternantes. Por la accin de este proceso, el material puede llegar a fallar an cuando los esfuerzos actuantes sean menores al lmite elstico. La falla se produce entonces por fatiga del material, porque se exede la capacidad energtica del mismo, sin tener el tiempo suficiente para disipar la energa gastada y absorvida por el material, llegndose a acumularse tanta energa, que al valer la tenacidad, se produce la falla.

2.10.6Composicin.

Se refiere a los elementos qumicos constituyentes del material. Por ejemplo en el acerro estructural, la composicin qumica en cuanto se refiere al contenido de carbono, hace variar notoriamente el comportamiento mecnico del material.

El acero con bajo contenido de carbono, 0,25% aproximadamente, es el ms blando y dctil de todos. Los aceros de mediano contenido de carbono, 0,5% aproximadamente, poseen una mayor capacidad energtica y se disean para resistir esfuezos fluctuantes y alternantes. Los aceros de alto contenido de carbono, 0,95%, son ms resistentes, pero menos dctiles que los dems. Este ltimo responde mejor a tratamientos trmicos, por lo que no pueden soldarse con facilidad.

Los morteros y hormigones pueden depender su resistencia mecnica, de la mayor o menor cantidad de cemento constitutivo; y, complementariamente, depender de los otros ingredientes, tales como el agua y agregados.