FENÒMENS EN LA CÀRREGA ESTÀTICA
La deformació del material sota la influència de la tensió és un fenomen molt complicat, de manera que cal simplificar-lo de diverses maneres per poder entendre’l. Una d’aquestes simplificacions és la hipòtesi que les càrregues s’apliquen gradualment, com per exemple es fa amb les provetes en els assaigs de tracció i compressió.
Si una barra d’acer carregada a tracció és sotmesa a una càrrega que augmenta progressivament i se’n mesura la dilatació ℇ, s’obté el diagrama que es mostra a la figura.
_1= Límit de proporcionalitat _2 =Límit elàstic 3 =Límit inferior de fluència 3’= Límit superior de fluència
Al principi la dilatació és molt petita i proporcional a la tensió, tal com exigeix la llei de Hooke. A partir d’una certa tensió, la proporcionalitat deixa de complir-se i la dilatació creix més de pressa. La posició exacta d’aquest límit de proporcionalitat és difícil de determinar. Com més precisa és la mesura, més baix resulta. Per a la majoria de materials es troba a δ=0, i la llei de Hooke representa llavors només la primera aproximació al comportament elàstic, el primer terme del desenvolupament en sèrie de Taylor de la funció ℇ=ℇ (δ) a l’entorn de l’origen de coordenades. Si es descarrega la barra, s’observa que, quan la tensió no ha estat massa gran, també desapareix la deformació d’acord amb la llei de Hooke. Però això també canvia si se supera una determinada tensió que es troba prop del límit de proporcionalitat, l’anomenat límit elàstic; llavors la deformació total consta d’una part elàstica (recuperable) i d’una part inelàstica (permanent). Tampoc el límit elàstic no es pot determinar amb precisió; es troba tant més baix com més gran és la precisió de la mesura.
Tanmateix, com que té una gran importància tècnica, perquè representa el límit de rellevància en gairebé tots els càlculs de resistència dels materials, i alhora el límit a partir del qual es produeixen els primers danys permanents, per a l’assaig de mostres es defineix estrictament mitjançant una convenció adoptada; així, per exemple, com a límit 0,2% s’indica aquella tensió a la qual la dilatació permanent assoleix 0,2%.
Immediatament després de superar el límit d’elasticitat, la deformació augmenta bruscament i es pot observar a simple vista; amb una tensió gairebé constant, la barra s’allarga contínuament. Aquesta tensió s’anomena límit de fluència.
En les màquines hidràuliques d’assaig de materials, després de l’inici del fluïment també es pot observar una caiguda més o menys marcada de la tensió, tal com s’indica al gràfic amb una corba discontínua; aleshores el màxim s’anomena límit de fluïment superior, i la tensió de fluïment constant que s’estableix després límit de fluïment inferior.
Un cop s’assoleix una determinada dilatació, que és gairebé completament inelàstica, la tensió torna a augmentar; el material s’endureix. En aquesta zona de càrrega es produeix una reducció apreciable de la secció transversal de la barra a causa de la contracció lateral (inelàstica), i el desenvolupament posterior del diagrama de tensions i deformacions depèn en primer lloc de si, en calcular la tensió, la força de tracció P que actua sobre la barra es divideix per la secció inicial Fo o per la secció actual F. Per a finalitats tècniques interessa la tensió P/F. Aquesta tensió passa per un màxim, que s’anomena resistència del material, i quan aquest màxim s’ha superat, la barra s’estreny fortament en un punt i es trenca. La «tensió real» P/F augmenta fins a la ruptura.
El comportament d’altres metalls s’allunya en gran mesura del que s’ha descrit aquí. La fluència sovint no és manifesta, i l’enduriment comença immediatament després de superar el límit elàstic.
En els materials fràgils (pedra, vidre, formigó) les deformacions no elàstiques en general són petites i ja amb una petita dilatació es produeix la ruptura. La dilatació total que el material pateix fins a la ruptura és una mesura de l’extensibilitat (al contrari: fragilitat) del material, i per a l’acer es prescriu exactament en les condicions tècniques. Tanmateix, com que immediatament abans de la ruptura la deformació addicional es concentra a l’entorn del lloc de la secció reduïda, s’obté un valor diferent de la dilatació a la ruptura, segons si per a la longitud de mesura s’adopta una part més gran o més petita de la barra; per tant, per obtenir resultats unívocs i comparables entre si cal adoptar prèviament una convenció determinada. La dilatació a la ruptura, per regla general, es mesura de manera que en una barra rodona de diàmetre d, abans de l’assaig, s’assenyala una longitud de mesura l = 10 d i, a partir del seu allargament ∆l, es calcula la dilatació a la ruptura ℇSl= ∆1/1.
Si cal assajar barres d’una secció diferent, la longitud de mesura es determina segons el diàmetre d’una barra cilíndrica circular que tingui la mateixa superfície de secció transversal.