Capítulo 7 - Ensayos de Laboratorio

1

Álvaro Paul, MSc

Facultad de IngenieríaIngeniería Civil en Obras Civiles

Ingeniería de Materiales

COC 2001

Capítulo 7 –Ensayos de Laboratorio

Ensayos de Laboratorio

Contenidos

Álvaro Paul, MSc – Ingeniería de Materiales 2

• Introducción.

• Ensayos destructivos.

• Ensayos no destructivos.

• Factores influyentes en el resultado de ensayos.

2

Ensayos - Introducción


Objetivos.

• Determinar propiedades de un material (resistencia,

ductilidad, tenacidad, etc.).

• Determinar comportamiento de un material bajo distintas

condiciones (para diseño).

• Seleccionar materiales para una determinada aplicación.


• Modificar las propiedades de un material para cumplir

propiedades deseadas.

• Controlar la calidad, verificar el cumplimiento de las

especificaciones técnicas requeridas para el uso del

materia.

• Desarrollar y producir nuevos materiales con distintas

características mecánicas.


Objetivos.

3


Para que un ensayo provea información confiable para tomardecisiones de ingeniería, debe al menos tener tres

características:

• Poseer un procedimiento estándar: procedimientos bien

definidos que eviten/minimicen/controlen la interferencia de

factores externos.

• Entregar medidas objetivas: los datos y/o resultados deben

ser cuantificables.

• Poseer repetitividad: al repetir el ensayo debe entregar

resultados similares a los anteriores.


Requerimientos.


Tipo de ensayos.

• Empíricos / No empíricos.

• Ensayos Físicos / Mecánicos.

• Destructivos / No destructivos.


4


Ensayos empíricos.

• Basados en la experiencia para interpretar o analizarlos resultados.

• Generalmente (aunque no siempre) indirectos, ya quese relaciona la propiedad de interés (y/ocomportamiento que se desea medir) con otroindicador mas simple de medir.

Ej: Obtener la densidad de un material por medio de “pruebasde flote” sucesivas en líquidos de diferente peso especifico.



Ensayos no empíricos.

• Enfocados en cuantificar directamente la propiedad deinterés (y/o comportamiento que se desea medir).No requieren de experiencia previa y existen variasmaneras de realizarlo.

Ej: Obtener la densidad de un material por medio medir sumasa en una balanza y medir su volumen con un pie de metro.


5


Contenidos


• Introducción.





Existe un tipo de ensayos del tipo destructivo, el cual

realiza un daño en el material a ensayar para verificar

una propiedad, después de realizado el ensayo el

material no puede ser vuelto a ensayar o utilizar.

Ejemplos: resistencia a la tracción, compresión o flexión,

ensayo Marshall (asfalto), resistencia a la fatiga, entre

otros.

Ensayos destructivos

6


Se clasifican de acuerdo al esfuerzo que se impone a la

probeta:

• Tracción. • Compresión.

• Flexotracción. • Hendimiento.

• Impacto. • Fatiga.

• Dureza. • Corte.

• Torsión.



Tracción.

El ensayo de tracción se usa principalmente para

materiales dúctiles. Este ensayo representa el modo de

carga de estructuras reales.

Condiciones ideales del ensayo:• Velocidad de carga constante.

• Tensión constante (probeta con dimensiones precisas,sin cambios bruscos de sección).

• Evitar excentricidades de la carga.

• En este tipo de ensayo se usa en general una probetacilíndrica preparada mediante maquinado a dimensiones

precisas.


7


Compresión.

El ensayo de compresión se usa principalmente para

materiales frágiles o de baja resistencia a la tracción.

Este ensayo representa el modo de carga de estructuras

reales.

Condiciones ideales del ensayo:

• Velocidad de carga constante.

• Tensión constante (probeta con dimensiones

precisas).

• Evitar excentricidades de la carga.

Cálculo de la resistencia a compresión:

mA

P

Carga máxima Area transversal promediomP A



Flexotracción.

El ensayo de flexotracción es un ensayo de tracción

indirecta y se usa principalmente para materiales

frágiles. Este ensayo representa el modo de carga de

una viga simplemente apoyada y el valor que entrega se

denomina módulo de ruptura.




precisas).


8

Flexotracción.

Cálculo del módulo de ruptura.

En los cálculos se considera la tensión

máxima en la sección de rotura y no la

tensión máxima sobre la vigueta.


Álvaro Paul, MSc – Ingeniería de Materiales

M1h 1*hFM r

t

rF

M2h 2*hFM r

t

rF

15


Hendimiento.

El ensayo de hendimiento o ensayo brasilero es un

ensayo de tracción indirecta y se usa principalmente

para materiales frágiles. Este ensayo aplica una carga

de compresión y la probeta falla por tracción en el

sentido perpendicular al eje de la carga aplicada, esto

debido a la deformación lateral (coeficiente de Poisson)




precisas).


9


Hendimiento.

Un cilindro o cubo se coloca con su eje en posición

horizontal entre las placas de una máquina de ensayo.

Fractura

DL

Esfuerzo

de tracción


D

221c

P D

l D r D r

2z

P

l D


Hendimiento.

Cálculos.


10


Hendimiento.

Ventajas sobre el ensayo de flexotracción.

• Produce resultados más uniformes.

• Fácil de ejecutar.

• Resistencia por hendimiento es más cercana a la

resistencia por tracción.

• Usa las mismas probetas que el ensayo de

compresión.



Resistencia al impacto.

El ensayo de Charpy o ensayo de impacto, mide la

energía absorbida por un material al romperse ante el

impacto de péndulo.


11


Fatiga.El ensayo de fatiga mide la cantidad de ciclos que un

material puede tolerar antes de fallar dado un nivel de

tensión aplicado y un tipo de ciclo.



Dureza.

El ensayo de dureza mide la

profundidad de una dentadura

producida por una en un material

bajo la acción de una carga y

geometría conocida.

Ensayo de dureza Rockwell

Ensayos destructivosIn

tert

ek

12


Dureza.

El ensayo de dureza mide la

profundidad de una dentadura

producida por una en un material

bajo la acción de una carga y

geometría conocida.

Ensayo de dureza Brinell


TWI

Far Asia


Contenidos


• Introducción.




13


Existen numerosos tipos de ensayos no destructivos, es

decir, que permiten verificar indirectamente las

propiedades del material sin producir daño sobre él.

Algunos de los más utilizados para resistencia son la

determinación del índice esclerométrico mediante el

martillo de Schmidt y de la velocidad de propagación de

ondas ultrasónicas.

Otras propiedades medidas con este tipo de ensayos son

propiedades físicas como densidad, tamaño, etc.

Ensayos no destructivos


Ensayo esclerométrico.

Mide dureza superficial y la correlaciona con la

resistencia a compresión en hormigones.


14


Ensayo ultrasónico.

Mide módulo de elasticidad

por velocidad de transmisión

de ondas ultrasónicas y lo

correlaciona con resistencia

a compresión.



Contenidos


• Introducción.




15

Factores influyentes


Los principales factores del procedimiento experimental

que influyen sobre las propiedades mecánicas medidas

son:

• Condiciones.

• Método o técnica de ensayo.

• Equipos de ensayo.

• Errores.


Condiciones.

Entre las condiciones que afectan las propiedades medidas,

destacan:

• Humedad.

• Temperatura.

• Edad.

• Métodos de fabricación.


16


Condiciones.

• Humedad.

La humedad afecta

algunas propiedades

de los materiales:

- Resistencia.

- Densidad.

- Conductividad.

Contenido de Humedad (%)

kg

f/cm

2(p

ara

ca

so

D)

A: módulo de ruptura

B: tensión en el límite proporcional

por flexión

C: tensión máxima en compresión

paralela a la fibra

D: tensión en el límite proporcional

compresión paralela a la fibra

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0

140

280

420

560

700

kg

f/cm

2(p

ara

ca

so

s A

, B

y C

)

840

980

1.120

28

56

84

14

42

70

0

A

B

C

D

Propiedades madera



Condiciones.

• Temperatura.

La temperatura afecta el

comportamiento mecánico de los

materiales, en este caso a mayor

temperatura menor resistencia, y

menor modulo de elasticidad.

Los ensayos deben ejecutarse

bajo condiciones y variables

normalizados y hay que considerar

todas las variables que intervienen

su rango de variación.


17


Técnica de ensayo.

Entre las condiciones que afectan las propiedades

medidas, destacan:

• Tiempo y velocidad aplicación de carga.

• Disposición de las cargas.

• Efectos de borde (excentricidades y concentración de

tensiones).

• Dimensiones y forma de la probeta.

• Terminación de la probeta.

• Tipo de material.



Técnica de ensayo.

• Tiempo y velocidad aplicación de carga.

La carga se debe aplicar en forma continua a velocidad

uniforme, cumpliendo:

• Alcanzar la rotura en un tiempo igual o superior a 100 s.

para el caso de hormigones.

• Velocidad de aplicación de carga no superior a 0,35

MPa/s.


18

35Álvaro Paul, MSc – Ingeniería de Materiales

Técnica de ensayo.

• Disposición de las cargas.

Dependiendo del material, el resultado de una determinada

propiedad podrá depender de la dirección en que se ensaye.


Hormigón Madera


Técnica de ensayo.

• Efecto de borde.

Placa de carga restringe la

expansión lateral del material

Roce que se desarrolla produce

presión hidrostática, la que

confina el material, por lo que

éste aparenta mayor resistencia.

En materiales dúctiles produce

deformación tipo barril.Material tiende a ensancharse

por coeficiente de Poisson


19


Técnica de ensayo.

• Efecto de borde.


Lubricar caras de contacto Corregir por esbeltez

38

Técnica de ensayo.

• Dimensión y forma de la probeta.

Uno de los problemas que presenta la carga por

compresión es que puede producir inestabilidad lateral

(pandeo). La posibilidad que se produzca una defección

lateral, reduce de manera importante la capacidad del

elemento (no del material).

r

r

L

f



20

39

Técnica de ensayo.

• Terminación de la probeta.

Concentración de tensiones por superficie imperfecta reduce

la resistencia del material, se requiere:

• Bases planas.

• Superficie de contacto libres de granos de arena y de

residuos.

• A escuadra.




Equipo de ensayo.

Entre las condiciones que afectan las propiedades

medidas, destacan:

• Deformación o carga controlada.

• Rigidez de la máquina de ensayos.

• Rigidez de los platos de carga.

• Precisión requerida en la medición.


21

41

Equipos de ensayo.

• Rigidez de la máquina de ensayos.


Una prensa con menor

rigidez aparenta una menor

resistencia que la real.

• La prensa se deforma

entregando una menor

velocidad de carga.

• La energía que se

almacena, afecta el tipo de

ruptura de la probeta.



Tensión

constante

1

11 2

1

2

22

21

r

1

21

1 r

Cuando se aplica

carga a probetas, la

rótula no debe girar

para aplicar una

carga constante. Por

esto la rótula de la

prensa no se debe

engrasar.

Equipos de ensayo.

• Movimiento de rótula en

máquina de ensayos.

Deformación

constante


22


Platos que se

deforman producirán

una distribución de

carga dispareja,

produciendo

momentos internos

que afectaran la

medición.

Equipos de ensayo.

• Rigidez de los platos de carga.

Plato Rígido Plato Flexible

1 111

22



La precisión de un equipo

guarda relación con la magnitud

que es capaz de medir. Así para

rangos de gran magnitud la

precisión será gruesa.

Se debe utilizar el equipo

apropiado a la magnitud a

medir.

Equipos de ensayo.

• Precisión de medición.

Masa 12,125 5g g


Masa 3,2 0,05g g

23


Errores.

Entre los errores que pueden afectar las propiedades

medidas, destacan:

• Humanos.

• De calibración.

• De equipos e instrumentos.


Álvaro Paul, MSc

Facultad de IngenieríaIngeniería Civil en Obras Civiles

Ingeniería de Materiales

COC 2001

Capítulo 7 - Ensayos de Laboratorio

Documents

Transcript of Capítulo 7 - Ensayos de Laboratorio