Solicitaciones Mecánicas de los Materiales

A continuación se expondrán las solicitaciones más básicas en los materiales de uso industrial.

 En concreto serán estas:

• Tracción

• Compresión

• Torsión

• Flexión

• Cizallamiento

Tracción

Básicamente cuando se somete un cuerpo a tracción se ejercen dos fuerzas de la misma dirección pero en sentidos opuestos. 

Ejemplos básicos pa' ti solo, te lo regalo

Visto desde un punto de vista algo mas técnico ya hablamos de un ensayo de tracción, aquel donde se prueba una probeta normalizada del material que se quiere someter al ensayo.

Las probetas son planas o cilíndricas, tienen diámetros o medidas diferentes siendo los extremos de superior tamaño. Estas son fijadas en la maquina de ensayo comprimiendolas con paredes móviles y en el caso de las cilíndricas hay probetas donde los extremos son roscados para otro tipo de acople en la máquina. De esta manera la rotura de la pieza se realizará cerca del centro, ya que es de diámetro menor, y no causará daños ni en la maquina ni en los propios extremos de la probeta realizando así el ensayo perfectamente.

Otra ronda, con la maquinita de ensayo y los tres tipos

de probetas, ten en cuenta que la plana está en el ensayo inferior izquierdo

pa' ti también, aprovecha, it's free

Algunas probetas son marcadas con lineas transversales, paralelas e equidistantes para que en el momento del ensayo se grabe y se analice posteriormente la deformación en la propia probeta de cara a un estudio de la elasticidad del material. Uno de los materiales mas usados en este tipo de ensayos es el acero ya que según el porcentaje de carbono que se le aplique varían sus propiedades de una manera significativa. Además se prueba con aceros galvanizados (con zinc normalmente), cromados, templados o con algún otro tipo de tratamiento térmico tipo recocido, normalizado o revenido.

Como dato curiosos puedes haber notado en la imagen de la probeta roscada que la que esta ensayada tiene un color marrón óxido. Esto es causado por un tipo de ensayo que se le realiza fundamentalmente al acero (Fe-C) a altas temperaturas y como resultado de esto se crea esa capa de oxido de hierro de manera repentina provocada por la combinacion de oxígeno y altas temperaturas.

Otro dato puede ser el tipo de maquina habiendo analógicas, prácticamente en desuso por el avance y la facilidad que da las tecnologías, y luego esta la maquina computerizada que junto a un software te muestra una gráfica de los newtons ejercidos y el elongamiento producido apreciando en dicha gráfica el límite elástico de la pieza o su punto de rotura entre otras cosas.

GRÁFICA DEL ACERO
Los puntos señalan las partes mas representativas del ensayo
 A Limite proporcional - B Límite elástico
C Rotura técnica de la pieza
D Alargamiento de rotura con poca fuerza la pieza alarga fácilmente
E Rotura visual, separación de las dos secciones.

Compresión

La propia palabra se define sola. Es aquel esfuerzo que se le proporciona a un material al influirle dos fuerzas con la misma dirección pero de sentidos enfrentados.
Es junto al de tracción uno de los ensayos más realizados y se puede decir que es el contrario por invertir el sentido de las fuerzas. Los materiales frágiles son los más comunes en este tipo de ensayo (hormigón, vidrio) y como no, el acero.

Un probeta de hormigón sometida al ensayo
cilindraco pa' ti

Eh aquí la presión límite en distintos materiales para
 ver una compresión clara o rotura
''Si parte que parta''

Como has podido ver también hay probetas, todas y digo todas las probetas de los ensayos están normalizas por normas establecidas por una comunidad de cerebritos y difieren en países aunque se pueden utilizar las internacionales. Las normas más utilizadas en territorio de flamenco y toros, son las D.I.N. de origen alemán, te sonará de los tamaños de los papeles y cartulinas, y las U.N.E. que estas son de aquí, españolas y ya como dato las siglas significan Una Norma Española. ¡Ole! Simple sencillo y para toda la familia.

Maquinorri de ensayo

Esta son dos gráficas que da la maquina ante dos compuestos diferentes
En este caso son dos suelos

Torsión

Se trata de aquella solicitación mecánica donde en la probeta se ejercen fuerzas rotativas en el eje longitudinal provocando un giro en este.

En este caso la maquina para este ensayo tiene un acople similar al de los ensayos de tracción siendo las probetas cilíndricas y sin rosca, además la orientación es horizontal.
La forma de actuar es acoplando la probeta y de forma eléctrica o manual se realiza el ensayo. Normalmente un extremo de la maquina es fijo y el otro es el que aplica el par.

Aquí se aprecia el ensayo de un material blando, se ve el giro
ya que la linea blanca que rodea la probeta cual decoración de bastoncillo
navideño era rectilínea.

Maquinuca manual   

        Maquinorra eléctrica       =>

Y como no, un gráfico del ensayo.

Flexión

Se realiza una flexión cuando una probeta es sometida a una fuerza perpendicular a su eje longitudinal. Normalmente en los ensayos esta fuerza es aplicada con el mismo vector que posee la aceleración gravitatoria.
En este caso se intenta medir hasta que punto la flexibilidad del material es idónea sin superar su límite elástico y que la fatiga sea la menos posible a largo plazo.

Como en todos los ensayos expuestos las probetas están normalizadas y la pieza que toma contacto con esta tiene medidas especificas hasta la longitud de la pieza y los puntos de apoyo.

Si lo analizas, la flexión esta presente en muchos de los sitios que pasas a diario como un puente o hasta las sillas, las tablas de skate o la barandilla de la escalera y ya en el mundo de la automoción el propio freno de mano al accionarlo.

Luego de esto te preguntas ¿Y como realizan el ensayo de un puente?

Pues mas o menos así.

Y sin forzar

Como es habitual fotito maquina, fotito gráfica.

Esta representa un ensayo exitoso donde la fuerza
máxima que se cree que soportará el cuerpo
es insuficiente para dañar el material

Cizallamiento

La cizalla se produce al ejercerse dos fuerzas perpendiculares al eje longitudinal de la probeta con sentidos opuestos, direcciones paralelas y con una separación mínima.

Prácticamente las tijeras cizallan el papel y sin tener un filo extremo, las laminas de chapa son cortadas con facilidad con apenas fuerza gracias al efecto de la cizalla o solo parate a pensar en aquellas tijeras enormes que son capaces de romper candados de los programas de subastas de trasteros.

Vale bien, ahora vamos a lo técnico. ¿Dónde se puede aplicar en el ámbito de la ingeniería este fenómeno? Yo no, el de cizalla. Pues si piensas en un tornillo o en un perno que une dos chapas o que tiene fija un pilar al suelo. También puedes velo en los ejes y con mas facilidad en los ejes de las bicicletas.

El eje de la rueda está soportando dos fuerzas; una la del peso del ciclista mas la provocada por la fuerza centrífuga en el giro y otras en respuesta a las primeras nombradas, la normal del suelo y la fuerza centrípeta. Los puntos de apoyo de la horquilla están en el eje quien es el que soporta las fuerzas y sometido a cizalla por el cubo y la horquilla.

El material ha de ser muy resistente puesto que apenas tiene 0,5 mm de diámetro, aprox.

Las probetas en este ensayo están normalizadas aunque se suelen probar con la pieza ya termina puesto que las dimensiones de la pieza varían en el resultado real difiriendo mucho del teórico.

Ya para finalizar he de mencionar que materiales son los mas utilizados en estos ensayos.

No quiero extender mas la entrada, así que es solo levantar la cabeza de la pantallita y ver donde estas sentado ya que las patas de la silla soportan compresión constante o si es en el sofá los muelles o espuma de este. Cuando andas en bici, solo al andar fíjate que las gomas aguantan tu peso e intentan ser lo mas confortable posible. Si te subes a un columpio, las cadenas soportan tu peso por torsión y si te fijas en el asiento esta sufriendo una flexión. Desde la gran variedad de aceros que hay (+ o - % de C), metales algo mas ligero como el aluminio, materiales mas frágiles y bonitos como el cristal-vidrio, otros muchos mas robustos como el hormigón junto sus armados pasando a materiales orgánicos como la madera sin olvidar los plásticos que revolucionaron nuestras vidas, da de que pensar y analizar la cantidad de veces que habrán sido sometidos a ensayos y lo mucho que nos han influenciado en nuestro día a día.

Espero que te hayas divertido y aprendido algo nuevo.

Un saludo.

Fdo.: El capitán, soltad amarras. Y marras se los comió a todos.