DEFORMACIONDEFORMACION

La La deformacióndeformación es el cambio es el cambio en el tamaño o forma de un en el tamaño o forma de un cuerpo debido a la aplicación cuerpo debido a la aplicación de una o más fuerzas sobre el de una o más fuerzas sobre el mismo o la ocurrencia de mismo o la ocurrencia de dilatación térmica.dilatación térmica.

Medidas de la deformación Medidas de la deformación • La magnitud más simple para medir la deformación es lo La magnitud más simple para medir la deformación es lo

que en ingeniería se llama que en ingeniería se llama deformación axialdeformación axial o o deformación unitariadeformación unitaria se define como el cambio de se define como el cambio de longitud por unidad de longitud:longitud por unidad de longitud:

• donde S es la longitud inicial de la zona en estudio y S’ la donde S es la longitud inicial de la zona en estudio y S’ la longitud final o deformada. Es útil para expresar los longitud final o deformada. Es útil para expresar los cambios de longitud de un cable o un prisma mecánico. cambios de longitud de un cable o un prisma mecánico.

• En la Mecánica de sólidos deformables la deformación puede En la Mecánica de sólidos deformables la deformación puede tener lugar según diversos modos y en diversas direcciones, y tener lugar según diversos modos y en diversas direcciones, y puede además provocar distorsiones en la forma del cuerpo, puede además provocar distorsiones en la forma del cuerpo, en esas condiciones la deformación de un cuerpo se puede en esas condiciones la deformación de un cuerpo se puede caracterizar por un caracterizar por un tensortensor (más exactamente un campo (más exactamente un campo tensorial) tensorial)

• Donde cada una de las componentes de la matriz anterior, Donde cada una de las componentes de la matriz anterior, llamada llamada tensor deformacióntensor deformación representa una función definida representa una función definida sobre las coordenadas del cuerpo que se obtiene como sobre las coordenadas del cuerpo que se obtiene como combinación de derivadas del campo de desplazamientos de combinación de derivadas del campo de desplazamientos de los puntos del cuerpo. los puntos del cuerpo.

Deformaciones elástica y plásticaDeformaciones elástica y plástica Tanto para la Tanto para la deformación unitariadeformación unitaria como el como el tensor tensor deformacióndeformación se puede descomponer el valor de la se puede descomponer el valor de la deformación en:deformación en:

• Deformación (Deformación (visco)plásticavisco)plástica o o irreversibleirreversible. Modo de . Modo de deformación en que el material no regresa a su forma deformación en que el material no regresa a su forma original después de retirar la carga aplicada. Esto sucede original después de retirar la carga aplicada. Esto sucede porque en la deformación plástica el material experimenta porque en la deformación plástica el material experimenta cambios termodinámicos irreversibles y al adquirir mayor cambios termodinámicos irreversibles y al adquirir mayor energía potencial elástico. La deformación plástica es lo energía potencial elástico. La deformación plástica es lo contrario a la deformación reversible. contrario a la deformación reversible.

• Deformación elásticaDeformación elástica o o reversiblereversible el cuerpo recupera su el cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que la provoca la forma original al retirar la fuerza que la provoca la deformación. En este tipo de deformación el sólido al variar deformación. En este tipo de deformación el sólido al variar su estado tensional y aumentar su energía interna en forma su estado tensional y aumentar su energía interna en forma de de energía potencial elásticaenergía potencial elástica solo pasa por cambios solo pasa por cambios termodinámicos reversibles. termodinámicos reversibles.

Materiales elásticos

Sufren grandes elongaciones cuando se les aplica una fuerza, como la goma elástica

Este comportamiento también se da en metales y aleaciones de aplicación técnica, piedras, hormigones y madera empleados en construcción.

En general cualquier material presenta este comportamiento hasta un cierto valor de la fuerza aplicada

• Al valor máximo de la fuerza aplicada para Al valor máximo de la fuerza aplicada para que la deformación sea elástica se le que la deformación sea elástica se le denomina denomina límite elásticolímite elástico y es de gran y es de gran importancia en el diseño mecánico, ya que importancia en el diseño mecánico, ya que en la mayoría de aplicaciones es éste y no en la mayoría de aplicaciones es éste y no el de la rotura, el que se adopta como el de la rotura, el que se adopta como variable de diseño (particularmente en variable de diseño (particularmente en mecanismos). Una vez superado el límite mecanismos). Una vez superado el límite elástico aparecen deformaciones plásticas elástico aparecen deformaciones plásticas (remanentes tras retirar la carga) (remanentes tras retirar la carga) comprometiendo la funcionalidad de ciertos comprometiendo la funcionalidad de ciertos elementos mecánicos.elementos mecánicos.

Energía de deformaciónEnergía de deformación

• La deformación es un proceso La deformación es un proceso termodinámico en el que la energía termodinámico en el que la energía interna del cuerpo acumula interna del cuerpo acumula energía potencialenergía potencial elástica. A partir de elástica. A partir de unos ciertos valores de la deformación se unos ciertos valores de la deformación se pueden producir transformaciones del pueden producir transformaciones del material y parte de la energía se disipa material y parte de la energía se disipa en forma de plastificado, endurecimiento, en forma de plastificado, endurecimiento, fractura o fatiga del material.fractura o fatiga del material.

LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA ENLA DEFORMACIÓN PLÁSTICA EN

DISTINTOS TIPOS DE MATERIALESDISTINTOS TIPOS DE MATERIALES

• • MetalesMetales

• • CerámicosCerámicos

• • PolímerosPolímeros

METALESMETALESEl tipo de enlace en un material determina críticamente el El tipo de enlace en un material determina críticamente el grado de deformación elástica o plástica. La posibilidad de grado de deformación elástica o plástica. La posibilidad de que los átomos abandonen sus posiciones de equilibrio bajo que los átomos abandonen sus posiciones de equilibrio bajo la aplicación de tensiones externas. la aplicación de tensiones externas.

• El enlace metálico (no direccional) permite un El enlace metálico (no direccional) permite un desplazamiento sencillo de las dislocaciones bajo pequeñas desplazamiento sencillo de las dislocaciones bajo pequeñas tensiones aplicadas y en cualquier dirección.tensiones aplicadas y en cualquier dirección.

• La carga eléctrica en un metal está deslocalizada y La carga eléctrica en un metal está deslocalizada y compartida por todo el material, luego no supone un compartida por todo el material, luego no supone un impedimento para el desplazamiento de los átomos. impedimento para el desplazamiento de los átomos.

• • Particularidades (oscilaciones en la transición Particularidades (oscilaciones en la transición régimen elástico plástico, súper plasticidad)régimen elástico plástico, súper plasticidad)

Métodos de obtención/procesadoMétodos de obtención/procesado

• a) Laminadoa) Laminado

• b) Forjab) Forja

• c) Trefiladoc) Trefilado

• d) Extrusiónd) Extrusión

• e) Embutidoe) Embutido

• f) Estiradof) Estirado

• g) Dobladog) Doblado

CERÁMICOS Y VIDRIOSCERÁMICOS Y VIDRIOS

DeformaciónDeformación

• No presentan una región plástica No presentan una región plástica apreciable.apreciable.

• La ruptura de este tipo de materiales La ruptura de este tipo de materiales ocurre en la región elástica. Se trata, ocurre en la región elástica. Se trata, por tanto, de una por tanto, de una fractura frágil.fractura frágil.

• Diferencia muy notable entre Diferencia muy notable entre deformación por tensión o por deformación por tensión o por compresión. compresión.

Razones de la fractura frágil en cerámicos y Razones de la fractura frágil en cerámicos y vidriosvidrios

a) Pocos sistemas de deslizamiento: pocas posibilidades a) Pocos sistemas de deslizamiento: pocas posibilidades para el deslizamiento de las dislocaciones (fractura para el deslizamiento de las dislocaciones (fractura antes que deformación plástica.antes que deformación plástica.

b) Enlace covalente fuerte y direccional: sólo bajo b) Enlace covalente fuerte y direccional: sólo bajo fuertes tensiones se puede romper un enlace de fuertes tensiones se puede romper un enlace de pares de electrones compartidos (no reversible). pares de electrones compartidos (no reversible). Fractura frágil.Fractura frágil.

c) Enlace iónico: dependiente de la dirección c) Enlace iónico: dependiente de la dirección cristalográfica en la que se aplica la tensión:cristalográfica en la que se aplica la tensión:Iones idénticos: alta repulsión electrostática (difícil Iones idénticos: alta repulsión electrostática (difícil deslizamiento, fractura frágil)deslizamiento, fractura frágil)

Iones alternos: atracción electrostática Iones alternos: atracción electrostática (posibilidad de deslizamiento, deformación y (posibilidad de deslizamiento, deformación y fractura dúctil).fractura dúctil).

Endurecimiento y aumento de la tenacidad Endurecimiento y aumento de la tenacidad de cerámicosde cerámicos

1. Transformación de fase: (a) en el borde de la 1. Transformación de fase: (a) en el borde de la grieta existe una región localizada de grieta existe una región localizada de sobretensión (b) inducción de una transformación sobretensión (b) inducción de una transformación de fase estructural en los granos adyacentes (c) de fase estructural en los granos adyacentes (c) bloqueo de la grieta.bloqueo de la grieta.

2. Inclusión de micro grietas adicionales: durante la 2. Inclusión de micro grietas adicionales: durante la propagación del borde de la grieta, éste puede propagación del borde de la grieta, éste puede conectarse con otra grieta y suavizarse conectarse con otra grieta y suavizarse (disminución de la tensión local y frenado de la (disminución de la tensión local y frenado de la ruptura).ruptura).

FluenciaFluencia: deformación con el tiempo a distintas : deformación con el tiempo a distintas temperaturas.temperaturas.

• • Fenómeno fundamental en los materiales Fenómeno fundamental en los materiales cerámicos dadas sus aplicaciones frecuentes a alta cerámicos dadas sus aplicaciones frecuentes a alta temperatura.temperatura.

• • El mecanismo responsable de la difusión a alta El mecanismo responsable de la difusión a alta temperatura es más complicado que en los metales temperatura es más complicado que en los metales (enlaces atómicos complicados, equilibrio local de (enlaces atómicos complicados, equilibrio local de carga eléctrica,…)carga eléctrica,…)

• • Los bordes de grano proporcionan un medio con el Los bordes de grano proporcionan un medio con el que los granos adyacentes se resbalan entre sí y se que los granos adyacentes se resbalan entre sí y se recolocan.recolocan.

• • En algunos cerámicos impuros los granos pueden En algunos cerámicos impuros los granos pueden estar rodeados de una fina capa de fase vítrea: al estar rodeados de una fina capa de fase vítrea: al elevarse la temperatura, la fase vítrea se deforma elevarse la temperatura, la fase vítrea se deforma viscosamente y los granos se deslizan entre sí viscosamente y los granos se deslizan entre sí (flotan o se resbalan).(flotan o se resbalan).

POLÍMEROSPOLÍMEROS

Tipos de polímerosTipos de polímerosa) Termoplásticos: cadenas largas unidas por a) Termoplásticos: cadenas largas unidas por

enlaces secundarios (van der Waals, puentes de enlaces secundarios (van der Waals, puentes de hidrógeno,…). Alta deformación y plasticidad. Al hidrógeno,…). Alta deformación y plasticidad. Al elevar la temperatura se deforman plásticamente elevar la temperatura se deforman plásticamente pero recuperan su forma al enfriarse.pero recuperan su forma al enfriarse.

b) Elastómeros: cadenas largas unidas por enlaces b) Elastómeros: cadenas largas unidas por enlaces secundarios y algún enlace primario (covalente). secundarios y algún enlace primario (covalente). Son deformables plásticamente pero no Son deformables plásticamente pero no recuperan su forma inicial tras un calentamiento.recuperan su forma inicial tras un calentamiento.

c) Termoestables: red tridimensional formada por c) Termoestables: red tridimensional formada por cadenas unidas entre sí por fuertes enlaces cadenas unidas entre sí por fuertes enlaces primarios. Rígidos y no deformables. El primarios. Rígidos y no deformables. El calentamiento produce deformaciones calentamiento produce deformaciones irreversibles.irreversibles.

DeformaciónDeformación• • Gran variedad de comportamientos Gran variedad de comportamientos

mecánicos dependiendo del valor de mecánicos dependiendo del valor de la temperatura T>Tg ó T< Tgla temperatura T>Tg ó T< Tg

- T< Tg la deformación es elástica - T< Tg la deformación es elástica (polímeros termoestables o (polímeros termoestables o termoplásticos rígidos) hasta un 5%. termoplásticos rígidos) hasta un 5%. Fractura frágil.Fractura frágil.

- T>Tg, la deformación es plástica T>Tg, la deformación es plástica (dúctil) y de hasta un 100%. (dúctil) y de hasta un 100%. Termoplásticos maleables.Termoplásticos maleables.

Tg=temperatura de transición vítrea.Tg=temperatura de transición vítrea.

• • Distintos mecanismos microscópicos Distintos mecanismos microscópicos de la deformación en polímeros.de la deformación en polímeros.

• • Poliéster (Tg=70ºC)Poliéster (Tg=70ºC) • • Polimetacrilato de Polimetacrilato de metilo (Tg= 86-metilo (Tg= 86-104ºC)104ºC)

La deformación del polímero va aumentando progresiva y La deformación del polímero va aumentando progresiva y rápidamente si la tensión se aplica durante cierto tiempo rápidamente si la tensión se aplica durante cierto tiempo prolongado. Efecto muy importante en los polímeros.prolongado. Efecto muy importante en los polímeros.

a) Termoplásticos amorfos: las cadenas se deslizan unas sobre a) Termoplásticos amorfos: las cadenas se deslizan unas sobre otras fácilmente. Grandes cambios y deformaciones. otras fácilmente. Grandes cambios y deformaciones. Fluencia enorme a T>Tg (no utilizable).Fluencia enorme a T>Tg (no utilizable).

b) Termoplásticos cristalinos: b) Termoplásticos cristalinos: las cadenas están más las cadenas están más unidas y ancladas unidas y ancladas (polietileno). Poca fluencia (polietileno). Poca fluencia (utilizables en todo T).(utilizables en todo T).

c) Termoestables: c) Termoestables: fluencia muy fluencia muy pequeña (<10%) pequeña (<10%) debido al fuerte debido al fuerte anclaje de las anclaje de las cadenas por los cadenas por los enlaces primarios.enlaces primarios.

d) Elastómeros: gran d) Elastómeros: gran capacidad de capacidad de deformación deformación elástica elástica (500%). Esta alta (500%). Esta alta fluencia reversible se fluencia reversible se debe a la existencia debe a la existencia de un gran número de un gran número de cambios de cambios conformacionales.conformacionales.

GRACIASGRACIAS