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,

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,

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).