Las propiedades mecánicas de los materiales son las distintas formas de comportarse los materiales cuando están sometidos a unas fuerzas externas.
La mecánica de materiales estudia las deformaciones y describen como se comporta un material cuando se le aplican dichas fuerzas.
Esfuerzo es la tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas.
Atendiendo a la dirección y sentido en que actúan las fuerzas que los originan, los esfuerzos se clasifican en:
- COMPRENSIÓN
- TRACCIÓN
- FLEXIÓN
- TORSIÓN
- CIZALLA
1.COMPRENSIÓN.
Un cuerpo está sometido a un esfuerzo de compresión cuando se le aplican dos fuerzas con la misma dirección y sentidos contrarios provocando un abombamiento en su parte central y reduciendo su longitud inicial. Las fuerzas aplicadas tienden a aplastarlo o comprimirlo.
Cuando se somete a compresión una pieza de gran longitud en relación a su sección, se arquea recibiendo este fenómeno el nombre de pandeo. El pandeo es un fenómeno de inestabilidad elástica que puede darse en elementos comprimidos esbeltos, y que se manifiesta por la aparición de desplazamientos importantes transversales a la dirección principal de compresión Los pilares y columnas son ejemplo de elementos diseñados para resistir esfuerzos de compresión
La horquilla de la moto está sometida a esfuerzo de compresión
Vemos ahora ejemplos de resitencia de materiales a compresión
La compresión ocurre cuando dos fuerzas actúan en la misma dirección y sentido contrario haciendo que el elemento se acorte y se deforme. Cada pieza falla bajo diferentes magnitud de carga. La cantidad de carga bajo la cual falla un elemento en compresión depende del tipo de material, la forma del elemento y la longitud de la pieza.
2. TRACCIÓN.
Decimos que un elemento está sometido a un esfuerzo de tracción cuando sobre él actúan fuerzas que tienden a estirarlo. Los tensores son elementos resistentes que aguantan muy bien este tipo de esfuerzos.
La tracción es lo contrario a la compresión: intentar “estirar”, alargar un elemento.
La fuerza aplicada intenta estirar el material a lo largo de su línea de acción.
Es lo inverso de la compresión, ya que los planos paralelos, que suponemos que componen el material, intentan o tienden a separarse. (Es propio de los materiales metálicos).
La estructura está sometida a un esfuerzo de tracción, es decir, como si tiráramos hacia fuera.
Cuando se trata de cuerpos sólidos, las deformaciones pueden ser permanentes: en este caso, el cuerpo ha superado su punto de fluencia y se comporta de forma plástica, de modo que tras cesar el esfuerzo de tracción se mantiene el alargamiento; si las deformaciones no son permanentes se dice que el cuerpo es elástico, de manera que, cuando desaparece el esfuerzo de tracción, aquél recupera su primitiva longitud.
Cada material posee cualidades propias que definen su comportamiento ante la tracción. Algunas de ellas son: elasticidad,plasticidad,ductilidad,fragilidad.
Muchos puentes modernos, como los puentes de tirantes y los puentes colgantes, utilizan gruesos cables de acero para sostener el tablero por donde circulan los vehículos. Estos cables se denominan tirantes y están sometidos a tracción.
3. FLEXIÓN.
Un elemento estará sometido a flexión cuando actúen sobre él cargas que tiendan a doblarlo.En un esfuerzo de flexión se dan los esfuerzos de tracción y compresión a la vez, pues cuando el cuerpo se hunde, una parte sube hacia fuera (tracción), mientras que otra se hunde hacia dentro (compresión).
Aunque no se puede apreciar a simple vista, la plataforma de un puente se comba cuando debe soportar el peso de un vehículo. La flexión de un puente es muy pequeña, ya que están diseñados para que sean rígidos. Un caso similar de esfuerzo de flexión es el de la balda de una estantería o una viga en un edificio.
Al igual que el trampolín de una piscina, las alas de un avión están sometidas a esfuerzos de flexión. Deben estar muy bien diseñados para soportar estos esfuerzos sin romperse y, a la vez, ser ligeros.
4. TORSIÓN.
Un cuerpo sufre esfuerzos de torsión cuando existen fuerzas que tienden a retorcerlo.Es un esfuerzo producido por retorcer o girar un material sobre sí mismo, ejerciéndose en sus dos pares de giro en sentido contrario.
Cuando colocamos un tornillo, lo estamos sometiendo a un esfuerzo de torsión. Por una parte experimenta la fuerza del destornillador que la gira en sentido horario. Por la otra, el material donde estamos introduciendo ejerce una fuerza de resistencia de sentido antihorario. El resultado es que el tornillo tiende a retorcerse.
Un ejemplo claro, son las barras de torsión en la amortiguación de un vehículo
5. CIZALLA.
Un cuerpo está sometido a un esfuerzo de cizalladura (también llamado de cizallamiento, de corte o esfuerzo cortante) cuando se le aplican dos fuerzas de sentido opuesto que tienen tendencia a cortarlo
actúan de forma que una parte de la estructura tiende a deslizarse sobre la otra.
Las herramientas de corte manual que funcionen por la acción de dos hojas de metal afilado: tijeras, guillotinas para papel, cizallas para metal, etc. El material (tela papel, meta…) recibe un esfuerzo de cizalladura que no puede soportar, por lo que se produce el corte.
El troquelado se usa para recortar piezas de una lámina de material delgado, normalmente metal, plástico, cartón o cuero. El corte se hace de golpe, presionando fuertemente el material a cortar entre dos herramientas, el punzón y la matriz, que tienen la forma que se desea obtener. El contorno de la pieza cortada experimenta un esfuerzo de cizalladura.
