Propiedades Mecánicas de Materiales: Resistencia, Dureza y Comportamiento Estructural

Resistencia de los Materiales: Conceptos Fundamentales

La Resistencia de los Materiales es la ciencia que estudia los principios elementales que gobiernan la mecánica de los cuerpos deformables, con el objetivo de aplicarlos al cálculo y diseño de los distintos elementos que componen máquinas, mecanismos y estructuras.

Propiedades Mecánicas de los Materiales

Las Propiedades Mecánicas expresan el comportamiento de los metales frente a esfuerzos o cargas que tienden a alterar su forma. Estas propiedades se clasifican según la naturaleza de los esfuerzos que inciden sobre ellos, siendo las principales las siguientes:

• Resistencia

  Es la capacidad de un material para soportar una carga externa sin romperse, denominándosele carga de ruptura. Esta puede producirse en el material por efectos de torsión, compresión, tracción o cizallamiento, existiendo una resistencia a la ruptura específica para cada uno de estos esfuerzos a los que el material es sometido.

• Dureza

  Es la propiedad que se expresa por el grado de deformación permanente que sufre un metal bajo la acción de una carga determinada. Se divide en dos tipos:

  • Dureza Física

    Es la resistencia que opone un cuerpo a ser rayado por otro de mayor dureza.

  • Dureza Técnica

    Es la resistencia que opone un cuerpo a ser penetrado por otro más duro.

Métodos para Determinar la Dureza de los Cuerpos

• Método de Brinell (HB)

  Consiste en comprimir sobre el material a ensayar una bola de acero templado, la cual penetra el material mediante una carga y tiempo determinados. El objetivo es establecer la dureza del material, midiéndose el diámetro de la huella dejada en su superficie.

• Método de Rockwell (HR)

  Es utilizado para medir la dureza de los aceros templados, basándose en la resistencia que oponen los cuerpos a ser penetrados. Para ello, se utiliza como cuerpo penetrante un diamante con forma de cono de 120º de ángulo y punta roma. La dureza se mide por la profundidad alcanzada en la superficie del material.

• Método de Vickers (HV)

  Este método se utiliza en laboratorios para estudiar piezas más delgadas y templadas que poseen espesores de 0,2 mm. El cuerpo penetrante tiene la forma de una pirámide de base cuadrada con un ángulo de vértice de 136º.

• Elasticidad

  Es la disposición de un metal determinado para recobrar sus dimensiones originales cuando cesan los esfuerzos que lo deforman.

• Límite de Elasticidad

  Es el límite de esfuerzo dentro del cual la deformación desaparece completamente después de suprimirlo, sin que el material quede deformado de forma permanente.

• Tenacidad

  Es la resistencia a la rotura por los esfuerzos que deforman el metal. La tenacidad requiere la existencia de resistencia y plasticidad. Para que estos materiales sean tenaces, deben ser elásticos y plásticos a la vez.

• Plasticidad

  Es el comportamiento en el que los materiales son plásticos; cuando se suprime la carga que produjo la deformación, el cuerpo permanece deformado. Es la capacidad de deformación de un metal sin llegar a romperse.

• Ductilidad

  Es la capacidad de un metal para deformarse por alargamiento mediante un esfuerzo de tracción.

• Maleabilidad

  Es la capacidad de un metal para deformarse por aplastamiento mediante un esfuerzo de compresión.

• Fragilidad

  Es la propiedad que expresa la falta de plasticidad y tenacidad de algunos metales, los cuales se rompen cuando se sobrepasa su límite elástico.

• Fluencia

  Es la capacidad de algunos metales para deformarse de forma lenta y espontánea debido a su propio peso o por cargas muy pequeñas.

• Resiliencia

  Es la resistencia de un metal a la rotura por choque.

Clasificación de las Cargas

Para clasificar las cargas, es fundamental considerar que todo cuerpo está constituido por una serie de pequeñas partículas sobre las que actúan diferentes tipos de fuerzas. Estas fuerzas se oponen a los cambios de forma del cuerpo, especialmente cuando actúan fuerzas exteriores. Al aplicar estas fuerzas a un cuerpo sólido, las partículas que lo componen se desplazan de forma relativa entre sí hasta lograr establecer un equilibrio.

Tipos de Cargas

Según el efecto de las fuerzas en los cuerpos, estas cargas se clasifican en:

• Carga Puntual o Concentrada
• Carga Uniformemente Distribuida
• Carga Uniformemente Variada