Clase Comportamiento de Materiales [Modo de Compatibilidad]
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30-11-2013
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Comportamiento de los
Materiales
Klgo. Mg.. Ricardo Arteaga San Martín
Fuerzas o cargas (solicitaciones) que actúan en hueso
• Compresíon
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PROPIEDADES DE LOS MATERIALES BIOLOGICOS
COMPOSICIÓN
ESTRUCTURA – ORGANIZACIÓN
CALIDAD – FUNCIÓN
MAGNITUD Y FORMA DE APLICACIÓN DEL ESTRÉS
Gráfica de esfuerzo-deformación
Esf
uerz
o
Deformación
A
B C
D
σ
ε
A: pto. propocional
B: pto. elástico
C: pto. de máx. esfuerzo
D: pto. de fractura
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Comportamiento Mecánico Del Colágeno Y Elastina
T
10 20 30 170 180 190 200
COLAGENO V/S ELASTINA
∈∈∈∈
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Esfuerzo
Tracción
Compresión
Elongación (ε)
Alargamiento o estiramiento (ε )
Deformación
Acortamiento
r
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DEFORMACIÓN
• Cambio local sufrido por un objeto o tejido bajo el efecto de las
fuerzas aplicadas.
• El grado de deformación depende de muchos factores: - Propiedades del material
- Tamaño y forma del objeto - Factores ambientales como el calor y la humedad
- Magnitud, duración, frecuencia y dirección de las cargas aplicadas.
Módulo de Young alto
Módulo de Young bajo
Compliance
Stifness
Elongación
Fuerza (N) Esfuerzo (N/m² o Pa) stress
Estiramiento Strain
Stress
Estiramiento Acortamiento
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Módulo de Young o Elástico (E)
Módulo de Young
Esfuerzo (N/m² o Pa)
Estiramiento
Establece la relación entre tensión y deformación
Es la pendiente de la línea de la gráfica de tensión – deformación
E = σ
ε r
(σ)
(ε ) r
Variables que modifican el comportamiento de un material
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Fue
rza
Doble rigidez
Rigidez
Elongación
2A
A
Fue
rza
Rígido Semirígido
Elongación
2L L
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Ley de Hooke
• En la aplicación de tensiones progresivas sobre un material, las deformaciones son proporcionales a las diferentes tensiones.
• El ideal es el muelle o resorte.
Ley de Hooke
• El muelle ideal no tiene dependencia de: – Velocidad
– Duración o tiempo de exposición
Deformación independiente
Comportamiento Elástico
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ELASTICIDAD
Capacidad de un material que le permite recuperar su tamaño y forma original al eliminar las cargas
aplicadas.
Si se aplica una carga sobre un material igual o menor que el límite elástico, las deformaciones serán
completamente recuperadas una vez que las cargas aplicadas sean eliminadas.
Comportamiento Viscoelástico
Viscoelasticidad
Tiempo Velocidad Tensión Deformación
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Viscoelasticidad o Tasa de dependencia
Test de Relajación de la carga
Tiempo
Car
ga Relajación de la carga
(longitud constante mantenida)
Viscoelasticidad o Tasa de dependencia
Test de deformación progresiva
Tiempo
Def
orm
ació
n
Fenómenos de deformación progresiva
(carga constante mantenida)
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Comportamiento Viscoelástico
En gráfica existe relación exponencial
Deformación mantenida en el tiempo
Tensión disminuye progresivamente
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Comportamiento Viscoelástico
Capacidad de volver a su estado original
Tiempo de exposición al stress
En gráfica existe relación exponencial
Comportamiento Viscoelástico
Rango de tensión
Velocidad de aplicación
En gráfica existe relación exponencial
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Comportamiento elástico Vs Viscoelástico
Tiempo
Deformación Esfuerzo (N/m² o Pa)
tº t¹ Tiempo
tº t t
ε h
ε rec
ε (tº - t)
ε 1
Comportamiento Viscoelástico
Deformación
Esf
uerz
o
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Deformación
Zona de base
Zona de cesión
Zona lineal
Tensión
Estiramiento (%) 3 5 10
400
300
200
100
0 0 2 4 6 8 10
Elongación
[mm]
I II III IV
Fuerza [N]
Comportamiento Plástico
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PLASTICIDAD
Implica deformaciones permanentes.
Los materiales pueden experimentar las deformaciones plásticas tras las deformaciones elásticas cuando son puestos en cargas más allá de sus límites elásticos.
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Comportamiento y lesiones
1 2 3 4 5 6 7 8 Elongación %
Esf
uerz
o
Lesión aguda
Lesión por sobresuso
Fisiológico
0 - 1%
1 - 3%
3 - 5%
5 - 8%
≥≥≥≥ 8%
Anisotropía
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Deformación
Esfuerzo (N/m² o Pa)
Deformación
Rígido y plástico
Frágil
No rígido y plástico x
x
x
Rígido: poca deformación ante una tensión
Frágil: cuando se rompe ante tensiones pequeñas
Plástico: deformación permanente ante los esfuerzos
Elástico: existe relación de proporcionalidad entre tensión y deformación y una no dependencia temporal
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Capacidad de disipación de energía y amortiguación
Esf
uerz
o (N
/m²
o P
a)
Deformación
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Capacidad de disipación de energía y amortiguación
Esf
uerz
o (N
/m²
o P
a)
Deformación
Energía absorbida durante la carga
Energía devuelta durante la descarga
Energía disipada
Capacidad de disipación de energía y amortiguación
Esf
uerz
o (N
/m²
o P
a)
Deformación (%)
Entre más diferencia entre el recorrido de la carga y la descarga tanta más energía va a disipar o absorber el material.
Histéresis