Esfuerzo y deformación

Comportamiento elástico y plástico de materiales

A partir del diagrama esfuerzo-deformación podemos definir para cuáles esfuerzos y qué cantidad de deformación, los materiales se comportan de manera elástica y plástica en el sentido de que la deformación sea o no permanente. Recordemos que el diagrama esfuerzo-deformación está dibujado a partir de una prueba destructiva y el esfuerzo desarrollado siempre fue incremental.

Si en vez de realizar una prueba destructiva, liberamos al sistema del esfuerzo cuando éste se encuentre aún por debajo del esfuerzo de fluencia, podremos notar que al obedecer la ley de Hooke, el material regresará a su estado y longitud originales a través de la misma recta característica de la etapa elástica de la gráfica esfuerzo-deformación:

Ésta es la situación usual en la que se pretende confinar el uso de las estructuras que construyamos, pues sabremos que la longitud original de cada pieza se recuperará al liberar el esfuerzo, y la estructura recobrará su estado original, en todo caso, el módulo de Young definirá la pendiente de la recta esfuerzo-deformación, mientras el esfuerzo se encuentre por debajo del límite de proporcionalidad.

Una situación muy conocida trata de ser representada en la primera imagen de esta página: todos hemos notado que es más fácil, o requiere un menor esfuerzo, deformar una pieza metálica que tratar de llevarla, después de la deformación, a su estado original. Este es el comportamiento típico de una pieza que ha sufrido un esfuerzo que la deforma permanentemente: el comportamiento plástico.

El caso de la deformación plástica puede ser explicado también mediante el diagrama esfuerzo-deformación; si el esfuerzo realizado sobre el elemento sobrepasa el límite de proporcionalidad, o límite de fluencia (pero se encuentra por debajo de esfuerzo máximo soportado) y liberamos de esfuerzo al elemento, éste tratará de recuperar su longitud original dibujando una recta paralela a la recta de la etapa elástica del diagrama esfuerzo-deformación conectada en el punto en donde la carga es liberada:

Puede notarse entonces que el endurecimiento por deformación hace que la pieza no recupere su estado original y quede con una deformación permanente. Esta diferencia en la longitud, por deformación, es llamada desplazamiento. En el diagrama de esfuerzo-deformación se nota, además, que el límite de fluencia se ha incrementado, por lo que se necesitará un esfuerzo mayor para deformar aún más la pieza, al tiempo que la ductilidad se ha reducido por lo que está más cercano a su ruptura.

Si después de haber deformado el elemento volvemos a aplicar un esfuerzo, éste podrá ser mayor al límite de proporcionalidad original sin causar mayor deformación y si no sobrepasamos el límite de proporcionalidad modificado, la pieza conservará un comportamiento elástico sobre la nueva recta trazada. Ahora podemos entender por qué tratar de enderezar un tenedor a su estado original resultará una tarea frecuentemente infructuosa que termina, usualmente, con la fractura del mismo.