lunes, 16 de agosto de 2021

Material de Construcción: Comportamiento elástico Parte 2

 Puesto que las deformaciones axial y lateral siempre tendrán signo distinto, se incluye un signo negativo en la Ecuación 1.2 para hacer que la relación sea positiva.

La relación de Poisson tiene un rango teórico que va de 0,0 a 0,5, donde 0,0 es para un material compresible en el que las direcciones axial y lateral no se afecten entre sí. El valor 0,5 corresponde a un material que no cambia de volumen cuando se aplica la carga. La mayoría de los sólidos presentan relaciones de Poisson comprendidas entre 0,10 y 0,45.




Aunque el módulo de Youngy la relación de Poisson se definieron para la condición de esfuerzo monoaxial, también son importantes a la hora de describir las relaciones esfuerzo-deformación tridimensionales. Si se somete a un elemento cúbico homogéneoe isotrópico con respuesta elástica lineal a esfuerzosnormales a-x» a-y y a-z en las tres direcciones ortogonales (comose muestra en la Figura 1.3), pueden calcularse las deformacionesnormales ex, ey y ez mediante la ley de Hooke generalizada,


viernes, 13 de agosto de 2021

Material de Construcción: Comportamiento elástico

 Si un material exhibe un verdadero comportamiento elástico, debe tener una respuesta (deformación) instantánea a la carga, y el material debe volver a su forma original cuando la carga se elimina. Muchos materiales, incluyendo la mayoría de los metales, presentan un comportamiento elástico, al menos para niveles de esfuerzo bajos. Como veremos en el Capítulo 2, la deformación elástica no modifica la disposición de los átomos dentro del material, sino que lo que hace es provocar un estiramiento de los enlaces existentes entre los átomos. Cuando se elimina la carga, los enlaces atómicos vuelven a su posición original.

Young observó que los diferentes materiales elásticos presentan constantes de proporcionalidad diferentes entre el esfuerzo y la deformación. Para un material elástico homogéneo, isotrópico y lineal, la constante de proporcionalidad entre el esfuerzo normal y la deformación normal de un elemento axialmente cargado es el módulo de elasticidad o módulo de Young, E, que es igual a 

donde (T es el esfuerzo normal y e es la deformación normal. Enla prueba de tensión axial, a medida que el material se alarga, se produce una reducción de la sección transversal en la dirección lateral. En la prueba de compresión axial, se produce el fenómeno contrario. La relación entre la deformación lateral, e¡, y la deformación axial, ea, se denomina relación de Poisson,




miércoles, 4 de agosto de 2021

Material de Construcción: Relaciones esfuerzo-deformación Parte 2

 La fuerza por unidad de área se define como el esfuerzo o ejercido sobre el elemento (es decir, o = Esfuerzo/Área). El cociente entre el alargamiento y la longitud se define como la deformación s del elemento (es decir, s = Variación de longitud/Longitud original). A partir del diagrama esfuerzo-deformación es posible obtener mucha información útil acerca de un material.

La Figura 1.2 muestra varias curvas típicas monoaxiales de esfuerzo-deformación para tracción O compresión para diversos materiales de ingeniería. La Figura 1.2(a) muestra una relación esfuerzo-deformación lineal, hasta el punto en que falla el material.

Entre los materiales típicos que presentan este comportamiento frente a la tracción están el cristal y el yeso. La Figura 1.2(b) muestra el comportamiento del acero sometido a tensión. Aquí, se obtiene una relación lineal hasta un cierto punto (límite de proporcionalidad), después del cual el material se deforma sin que se produzca un gran incremento de esfuerzo. Por otro lado, las aleaciones de aluminio exhiben una relación esfuerzo-deformación lineal hasta el límite de proporcionalidad, después del cual existe una relación no lineal, como se ilustra en la Figura 1.2(c).LaFigura 1.2(d)muestra una relación no lineal a lo largo de todo el rango. El hormigón y otros materiales presentan este tipo de relación, aunque la primera parte de la curva correspondiente al hormigón es bastante próxima al caso lineal. El caucho blando sometido a tensión difiere de la mayoría de los materiales, en el sentido de que muestra una relación esfuerzo-deformación casi lineal seguida de una curva invertida, como se muestra en la Figura 1.2(e). 

jueves, 8 de julio de 2021

Material de Construcción: Relaciones esfuerzo-deformación Parte 1

Los materiales se deforman en respuesta a las cargas o fuerzas. En 1678, Robert Hooke publicó los primeros hallazgos que documentaban una relación lineal entre la cantidad de fuerza aplicada a un elemento y su deformación. La cantidad de deformación es proporcional a las propiedades del material y sus dimensiones. El efecto de las dimensiones se puede normalizar. Dividiendo la fuerza entre el área de la sección transversal del elemento se normaliza el efecto del área cargada. 

martes, 6 de julio de 2021

Material de Construcción: Condiciones de carga

 Una de las consideraciones en el diseño de un proyecto es el tipo de carga al que la estructura estará sometida durante su vida útil. Los dos tipos básicos de carga son: cargas estáticas y cargas dinámicas. Cada uno de estos tipos afecta al material de forma diferente y, frecuentemente, las interacciones entre los tipos de carga son importantes. Al diseñar una estructura, los ingenieros deben calcular ambos tipos de carga.

La carga estática implica una carga constante en la estructura a lo largo de un periodo de tiempo. Generalmente, las cargas estáticas se aplican lentamente, de manera que no se generan sacudidas o vibraciones en la estructura. Una vez aplicada, la carga estática puede permanecer o eliminarse lentamente. Las cargas que permanecen durante un periodo de tiempo largo se denominan cargas constantes (propias). En ingeniería civil, gran parte de la carga que los materiales deben soportar se debe al peso de la estructura y de los equipos contenidos en ella.

Las cargas que generan sacudidas o vibraciones en una estructura son las cargas dinámicas.

Estas cargas se pueden clasificar como periódicas, aleatorias y transitorias, como se muestra en la Figura 1.1 (Richart et al., 1970). Una carga periódica, como por ejemplo una carga armónica o sinusoidal, se repite a sí misma a lo largo del tiempo.

Por ejemplo, un equipo giratorio en un edificio puede producir una carga vibratoria. En una carga aleatoria, el patrón de carga nunca se repite, como por ejemplo en el caso de las cargas producidas por los terremotos. Por otro lado, una carga transitoria es un impulso de carga que se aplica durante un intervalo de tiempo corto, después del cual las vibraciones disminuyen hasta que el sistema vuelve a su estado de reposo. Por ejemplo,

los puentes deben diseñarse para soportar las cargas transitorias de los camiones.

sábado, 8 de mayo de 2021

Material de Construcción: Propiedades mecánicas

 El comportamiento mecánico de un material se define como la respuesta del mismo a las cargas externas. Todos los materiales se deforman como respuesta a las cargas; sin embargo, la respuesta específica de un material depende de sus propiedades, de la magnitud y tipo de carga y de la geometría del elemento. El que un material "falle" bajo condiciones de carga depende del criterio de fallo que se defina. Un fallo catastrófico de un elemento estructural, que dé lugar al derrumbamiento de la estructura, es un fallo obvio del material. Sin embargo, en algunos casos, el fallo es más sutil, pero con consecuencias igualmente graves. Por ejemplo, un pavimento puede fallar debido a una rugosidad excesiva de la superficie, incluso aunque los niveles de resistencia necesarios se encuentren dentro de las capacidades del material. Un edificio puede tener que ser precintado a causa de vibraciones excesivas provocadas por el viento u otras cargas naturales, aunque sea estructuralmente sólido. Estos son ejemplos de fallos funcionales.

viernes, 7 de mayo de 2021

Factores económicos

 Los costes del proceso de selección de materiales se ven influenciados por muchos más factores que el coste del material. Entre los factores que deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar materiales hay que incluir:

• Disponibilidad y coste de los materiales en bruto.

• Costes de fabricación.

• Transporte.

• Colocación.

• Mantenimiento.

Los materiales empleados en las estructuras de ingeniería civil han ido cambiando con el tiempo. Las primeras estructuras se construían con piedra y madera. Estos materiales eran muy abundantes y podían cortarse y conformarse con las herramientas disponibles. Más tarde, se utilizó el hierro fundido, cuando las fundiciones comenzaron a ser capaces de refinar hasta cierto grado el mineral de hierro. Al producirse la Revolución Industrial, pudieron fabricarse las grandes cantidades de acero de calidad que requerían las grandes estructuras. Además, el cemento portland, desarrollado a mediados del siglo XIX,proporcionó a los ingenieros civiles un material barato y duradero con una gran variedad de aplicaciones.

En general, en los países occidentales, existen eficientes sistemas de transporte que hacen que la disponibilidad no suponga un problema una vez que se ha seleccionado un material. Sin embargo, el transporte de los materiales puede incrementar significativamente el coste de los mismos. Por ejemplo, en muchos lugares, no es posible conseguir fácilmente áridos de calidad para el hormigón y el asfalto. Si la fuente de suministro de áridos más próxima a una determinada ciudad se encuentra a, por ejemplo, unos 150 km, esta distancia puede duplicar aproximadamente el coste de los áridos en destino, lo que coloca al hormigón en desventaja frente al acero. 

El tipo de material seleccionado para un determinado trabajo influye enormemente en la facilidad de construcción y en los costes y tiempos de la misma. Por ejemplo, los elementos estructurales de un edificio con estructura de acero pueden ser fabricados en un taller, transportados al lugar donde vaya hacerse la construcción, colocarse mediante una grúa y soldarse después. Por el contrario, en el caso de un edificio de hormigón armado, deben crearse los encofrados, colocarse la armadura de acero, colocar y mezclar el hormigón y dejar que endurezca y retirar después los encofrados. La construcción de un edificio con estructura de hormigón puede ser mucho más compleja y puede llevar más tiempo que la construcción de estructuras de acero. Para salvar este inconveniente, comúnmente se emplean unidades de hormigón prefabricadas, especialmente en la construcción de puentes.

Todos los materiales se deterioran con el tiempo y el uso, lo que afecta tanto a los costes de mantenimiento como a la vida útil de la estructura. La tasa de deterioro varía de unos materiales a otros. Por tanto, al analizar los factores económicos de un material, debe evaluarse el coste del ciclo de vida y los costes iniciales de la estructura.