Mecanica de Materiales - 7ma.Ed_James

de una manera frágil y la fractura ocurre con un alargamiento de tan sólo
un porcentaje bajo.
El vidrio ordinario es un material frágil casi ideal, debido a que casi no
presenta ductilidad. La curva esfuerzo-deformación unitaria del vidrio en
tensión es en esencia una línea recta y la falla sucede antes de que tenga lugar
alguna fluencia. El esfuerzo último es de casi 10 000 psi (70 MPa) para
ciertas clases de vidrio en placa, pero hay grandes variaciones, dependiendo
del tipo de vidrio, del tamaño de la muestra y de la presencia de defectos microscópicos.
Las fibras de vidrio pueden desarrollar resistencias enormes y
se han alcanzado esfuerzos últimos mayores que 1 000 000 psi (7 GPa).
Muchos tipos de plásticos se utilizan para fines estructurales debido a
su peso ligero, a su resistencia a la corrosión y a sus buenas propiedades de
aislamiento eléctrico. Sus propiedades mecánicas varían enormemente, tal
que algunos plásticos son frágiles y otros dúctiles. Al diseñar con plásticos
es importante tomar en cuenta que sus propiedades se afectan en gran medida
por los cambios de temperatura y por el tiempo. Por ejemplo, el esfuerzo
último de tensión de algunos plásticos disminuye a la mitad solamente elevando
la temperatura de 10 a 40°C. Además, un plástico cargado se puede
estirar gradualmente al paso del tiempo hasta que pierde su capacidad de
servicio. Por ejemplo, una barra de cloruro de polivinilo sometida a una carga
de tensión que inicialmente produce una deformación unitaria de 0.005
puede tener el doble de esa deformación después de una semana, aunque la
carga permanezca constante. (Este fenómeno, conocido como termofl uencia,
se explica en la siguiente sección.)
Los esfuerzos últimos de tensión para plásticos usualmente se encuentran
en el rango de 2 a 50 ksi (14 a 350 MPa) y sus pesos específicos varían
entre 50 a 90 lb/ft 3 (8 a 14 kN/m 3 ). Un tipo de nailon tiene un esfuerzo último
de 12 ksi (80 MPa) y un peso específico de sólo 70 lb/ft 3 (11 kN/m 3 ),
que es sólo 12 por ciento más pesado que el agua. Debido a su peso ligero,
la razón entre resistencia y peso para el nailon es casi la misma que para el
acero estructural (consulte el problema 1.3-4).
Un material reforzado con filamentos, consiste en una base (o matriz)
en la que están embebidos filamentos, fibras o microfibras de alta resistencia.
El material compuesto resultante tiene una resistencia mucho mayor que el
material base. Como ejemplo, el uso de fibras de vidrio puede aumentar a
más del doble la resistencia de una matriz plástica. Los compuestos se emplean
ampliamente en aviones, botes, cohetes y vehículos espaciales donde
se requiere alta resistencia y peso ligero.
Compresión
SECCIÓN 1.3 Propiedades mecánicas de los materiales 23
Las curvas esfuerzo-deformación unitaria para materiales en compresión
difieren de las curvas de tensión. Los metales dúctiles como el acero, el
aluminio y el cobre tienen límites de proporcionalidad en compresión muy
cercanos a los de tensión y las regiones iniciales de sus diagramas esfuerzodefor
mación unitaria en compresión y tensión son casi iguales. Sin embargo,
después que inicia la fluencia, el comportamiento es muy diferente. En
un ensayo de tensión, la muestra se estira, puede ocurrir estricción y finalmente
sucede la fractura. Cuando el material se comprime, se abulta hacia
fuera en los lados y adopta una forma como de barril, debido a que la fricción
entre la muestra y las placas extremas evita la expansión lateral. Al aumentar
la carga, la muestra se aplana y presenta una resistencia mucho mayor a un