Mecanica de Materiales - 7ma.Ed_James

SECCIÓN 1.3 Propiedades mecánicas de los materiales 19
El primer material que analizaremos es el acero estructural conocido
también como acero dulce o acero al bajo carbono. Es uno de los metales
que se emplean y se encuentra en edificios, puentes, grúas, barcos, torres,
vehículos y en muchos otros tipos de construcciones. Un diagrama de esfuerzo-deformación
unitaria para un acero estructural común en tensión se
muestra en la figura 1.10. Las deformaciones unitarias están trazadas en el
eje horizontal y los esfuerzos en eje vertical. (A fin de mostrar todas las características
importantes de este material, el eje de la deformación unitaria
en la figura 1.10 no está dibujado a escala.)
El diagrama inicia con una línea recta desde el origen O hasta el punto
A, que indica que la relación entre el esfuerzo y la deformación unitaria
en esta región inicial no sólo es lineal sino también proporcional. * Más
allá del punto A, ya no existe la proporcionalidad entre el esfuerzo y la
deformación unitaria; de aquí que al esfuerzo en A se le nombre límite de
proporcionalidad. Para aceros al bajo carbono, este límite está en el intervalo
de 30 a 50 ksi (210 a 350 MPa), pero los aceros de alta resistencia (con
contenido mayor de carbono más otras aleaciones) pueden tener límites de
proporcionalidad mayores que 80 ksi (550 MPa). La pendiente de la línea
recta de O a A se denomina módulo de elasticidad. Debido a que la pendiente
tiene unidades de esfuerzo dividido entre la deformación unitaria,
el módulo de elasticidad tiene las mismas unidades que el esfuerzo. (Los
módulos de elasticidad se analizan en la sección 1.5).
Con un incremento en el esfuerzo más allá del límite de proporcionalidad,
la deformación unitaria comienza a aumentar más rápidamente con
cada incremento del esfuerzo. En consecuencia, la curva esfuerzo-deformación
unitaria tiene una pendiente cada vez menor, hasta que en el punto
B la curva se vuelve horizontal (consulte la figura 1.10). A partir de este
punto ocurre un alargamiento considerable de la muestra para ensayo sin un
aumento notable en la fuerza de tensión (del punto B al C). Este fenómeno
se conoce como fluencia del material y el punto B se denomina punto de
s
E'
Esfuerzo
último
Esfuerzo de fluencia
Límite
de proporcionalidad
B
A
C
D
Fractura
E
FIGURA 1.10 Diagrama esfuerzodeformación
unitaria para un acero
estructural común en tensión (no a escala).
O
Región
lineal
Plasticidad
o fluencia
perfecta
Endurecimiento
por deformación
Estricción
e
* Se dice que dos variables son proporcionales si su relación permanece constante. Por tanto,
una relación proporcional se puede representar mediante una recta que pasa por el origen.
Sin embargo, una relación proporcional no es lo mismo que una relación lineal. Si bien una
relación proporcional es lineal, la proposición inversa no es necesariamente cierta, debido a
que una relación representada por una recta que no pasa por el origen es lineal pero no proporcional.
La expresión empleada con frecuencia “directamente proporcional” es sinónimo de
“proporcional” (referencia 1.5).