Mecanica de Materiales - 7ma.Ed_James

20 CAPÍTULO 1 Tensión, compresión y cortante
Región
de
fractura
Carga
Carga
Región
de
estricción
FIGURA 1.11 Estricción de una barra de
acero dulce en tensión.
fluencia. El esfuerzo correspondiente se conoce como esfuerzo de fluencia
del acero.
En la región de B a C (figura 1-10) el material se vuelve perfectamente
plástico, lo cual significa que se deforma sin un aumento en la carga aplicada.
El alargamiento de una muestra de acero dulce en la región perfectamente
plástica usualmente es de 10 a 15 veces el alargamiento que ocurre en la
región lineal (entre el inicio de la carga y el límite de proporcionalidad). La
presencia de deformaciones unitarias muy grandes en la región plástica (y
más allá de ésta) es la razón para no trazar este diagrama a escala.
Después de experimentar las grandes deformaciones unitarias que ocurren
durante la fluencia en la región BC, el acero comienza a endurecerse
por deformación. Durante el endurecimiento por deformación el material
experimenta cambios en su estructura cristalina, resultando en una resistencia
mayor del material ante una deformación adicional. La elongación de la
muestra de ensayo en esta región requiere un aumento en la carga de tensión
y, por tanto, el diagrama esfuerzo-deformación unitaria tiene una pendiente
positiva de C a D. Al final, la carga llega a su valor máximo y el esfuerzo
correspondiente (en el punto D) se denomina esfuerzo último. Un alargamiento
adicional de la barra en realidad se acompaña de una reducción en la
carga y la fractura finalmente ocurre en un punto como el E de la figura 1.10.
El esfuerzo de fluencia y el esfuerzo último de un material también se
denominan resistencia de fluencia y resistencia última, respectivamente.
Resistencia es un término general que se refiere a la capacidad de una
estructura para resistir cargas. Por ejemplo, la resistencia de fluencia de
una viga es la magnitud de la carga requerida para ocasionar fluencia en la
viga y la resistencia última de una armadura es la carga máxima que puede
soportar, es decir, la carga de falla. Sin embargo, al realizar un ensayo
de tensión de un material particular, definimos la capacidad de soporte de
carga por los esfuerzos en la muestra en vez de las cargas totales que actúan
en la muestra. Como resultado, la resistencia de un material usualmente se
estipula como un esfuerzo.
Cuando se estira una muestra de ensayo, sufre una contracción lateral,
como ya se mencionó. La disminución resultante en el área de la sección
transversal es demasiado pequeña para tener un efecto notable sobre los valores
calculados de los esfuerzos aproximadamente en el punto C en la figura
1.10, pero más allá de ese punto la reducción del área comienza a alterar
la forma de la curva. En la proximidad del esfuerzo último, la reducción del
área de la barra es aparente y se presenta una estricción pronunciada de la
barra (consulte las figuras 1.8 y 1.11).
Si se emplea el área real de la sección transversal en la parte angosta
de la estricción para calcular el esfuerzo, se obtiene la curva verdadera esfuerzo-deformación
unitaria (la línea discontinua CE en la figura 1.10).
La carga total que la barra puede soportar disminuye en efecto después que
se alcanza el esfuerzo último (como lo muestra la curva DE), pero esta reducción
se debe a la disminución del área de la barra y no a una pérdida de
resistencia del propio material. En realidad, el material soporta un aumento
en el esfuerzo verdadero hasta la falla (punto E). Como se espera que la
mayoría de las estructuras trabajen a esfuerzos menores que el límite de
proporcionalidad, la curva convencional esfuerzo-deformación unitaria
OABCDE, que se basa en el área original de la sección transversal de la
muestra y es fácil de determinar, proporciona información adecuada para
emplearla en el diseño de ingeniería.