Ensayo de flexión Método para medir la ductilidad de ciertos materiales. No hay términos estandarizados para presentar los resultados de los ensayos de flexión en amplias clases de materiales; por el contrario, se aplican términos asociados a los ensayos de flexión a formas o tipos específicos de materiales. Por ejemplo, las especificaciones de materiales a veces requieren que una probeta se flexione hasta un diámetro interior especificado (ASTM A-360, productos de acero). En ASTM E-190 se proporciona un ensayo de flexión para comprobar la ductilidad de las uniones soldadas. Una descripción de la fractura o fotografías se usan para reportar los resultados de los ensayos de madera. (ASTM D-1037)

Ensayo de compresiónDe Wikipedia, la enciclopedia libre

Saltar a: navegación, búsqueda

Ensayo de compresión de una probeta cilíndrica de hormigón.

La misma probeta después de la rotura a compresión.

En ingeniería, el ensayo de compresión es un ensayo técnico para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión. En la mayoría de los casos se realiza con hormigones y metales (sobre todo aceros), aunque puede realizarse sobre cualquier material.

Se suele usar en materiales frágiles. La resistencia en compresión de todos los materiales siempre es mayor o igual que en

tracción.

Se realiza preparando probetas normalizadas que se someten a compresión en una máquina universal.

COMPRESIÓN

DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES

SOMETIDOS A COMPRESIÓN.

OBJETIVO DEL ENSAYO. Determinar experimentalmente las propiedades mecánicas (límites de proporcionalidad (elasticidad) y fluencia) para tres materiales de construcción de máquinas, para el caso de solicitación a compresión. Observar la falla a compresión en una probeta de madera.

CONSIDERACIONES TEÓRICAS GENERALES.

Como desde el punto de vista de la Resistencia de Materiales, el ensayo de compresión y tracción, son el mismo caso de solicitación, nos referiremos, para el marco teórico al primer ensayo de tracción.

Citaremos a continuación un párrafo, considerado clásico, del libro de Harmer E. Davis, sobre algunas limitaciones especiales del ensayo de compresión a las cuales se debe dirigir la atención:

1. La dificultad de aplicar una carga verdaderamente concéntrica o axial.

2. El carácter relativamente inestable de este tipo de carga en contraste con la carga tensiva (entiéndase tracción). Existe siempre una tendencia al establecimiento de esfuerzos flexionantes (no existen esfuerzos flexionantes, entiéndase: cargas flexionantes) ya que el efecto de las irregularidades de alineación accidentales dentro de la probeta se acentúa a medida que la carga prosigue.

3. La fricción entre los puentes de la máquina de ensaye o las placas de apoyo y las superficies de los extremos de la probeta debido a la expansión lateral de ésta. Esto puede alterar considerablemente los resultados que se obtendrían

si tal condición de ensayo no estuviera presente.

4. Las áreas seccionales, relativamente mayores de la probeta para ensayo de compresión para obtener un grado apropiado de estabilidad de la pieza. Esto se traduce en la necesidad de una máquina de ensaye de capacidad relativamente grande o probetas tan pequeñas y, por lo tanto, tan cortas que resulta difícil obtener de ellas mediciones de deformación de precisión adecuada.

A pesar de la pésima traducción del párrafo anterior queda en claro que se deben aplicar correctivos para hacer el ensayo más estable y que sólo se presenten cargas internas axiales (ver ensayo de Tracción 1). Estos correctivos son:

1. 1. Utilizar un apoyo de rótula ver Fig. 1, o una subprensa Fig.2 para aplicar la carga a la probeta. Esta recomendación es tomada del estándar ASTM E9-77.

Fig. 1 Apoyo de Rótula según ASTM E 9Fig. 2 Subprensa para ensayos de compresión según ASTM E 9

En nuestro Laboratorio se usa un apoyo de rótula similar al mostrado en la figura 1. Debe anotarse que desafortunadamente el centro de la esfera, no coincide con el plano de contacto de la probeta y el bloque.

2. 2. Realizar un centrado concienzudo de la probeta, para evitar un descentramiento de la carga y la aparición de la flexión. El estándar recomienda también usar probetas cortas, para minimizar este efecto.

3. 3. Para evitar la influencia negativa de la fricción, lo que conlleva a la aparición de esfuerzos biaxiales y a la conocida forma de “tonel” de la probeta, se deberían engrasar las caras de la probeta. Lo que se prohíbe expresamente por el nombrado estándar, aparentemente por razones de seguridad. Resta entonces recomendar el uso de probetas largas.

4. 4. Debido a que las recomendaciones 2 y 3 son excluyentes se usarán probetas de tamaño mediano, de lo que se hablará más adelante.

Como el ensayo se realiza sobre probetas de material maleable se debe tener en cuenta que, luego de superado el esfuerzo de fluencia aparecen deformaciones plásticas considerables, esto desemboca en aumentos apreciables de la sección transversal; como resultado, para obtener incrementos iguales de esfuerzo y deformación se deben aplicar incrementos cada vez más grandes de carga; debido a esto el ensayo debe detenerse cuando se agota la reserva de carga aplicable de la máquina de ensayos.

Este ensayo se realiza, como se dijo anteriormente para la determinación de las propiedades mecánicas de algunos materiales sometidos a compresión y mediante la prueba se deben obtener datos para la construcción del gráfico de esfuerzo contra deformación unitaria e - s. Por

medio de dicho diagrama se determinan los límites convencionales de proporcionalidad (elasticidad), fluidez y resistencia. Es evidente que es imposible determinar el límite de resistencia de los materiales que no se rompen durante la compresión (el cual es el caso de nuestras probetas), y por lo tanto nos limitaremos a la determinación de los límites convencionales de proporcionalidad (elasticidad) y fluencia (0,2%), por los mismos métodos gráficos que se usaron en el caso de Tracción.

PROCEDIMIENTO

Para obtener las propiedades mecánicas a compresión de los materiales de las probetas, se debe someter éstas a compresión axial, medir las variables: fuerza F y acortamiento (Dl ó d), a incrementos conocidos de fuerza o deformación. Con los datos obtenidos construir los gráficos F - d y e - s. Y por último realizar un tratamiento gráfico de éstos para obtener los parámetros buscados (sp y s0,2 .

MAQUINARIA, MATERIALES E INSTRUMENTOS DE MEDIDA.

Probetas. Se usarán tres probetas cilíndricas de iguales dimensiones (acero, latón y aleación de aluminio). Sin embargo es aconsejable precisar el diámetro y longitud al realizar el ensayo de cada probeta. Sobre la probeta de madera se hablará más adelante.

El estándar ASTM E-9 reconoce tres tipos de probetas (cortas, medianas, largas ) ver figura 3. El estudiante debe determinar, de acuerdo a dicho estándar qué tipos de probetas se usan para los ensayos, y responder a la pregunta ¿Se usaron probetas correctas desde el punto de vista de la ASTM ?

Probetas Diámetro, d Longitud, l

pulg. mm pulg. mm

Cortas 1⅛a ± 0.01 30 ± 0.25 1± 0.05 25 ± 1.0

Longitud

mediana

½ ± 0.01 13 ± 0.25 1½ ± 0.05 38 ± 1.0

0.80b ± 0.01 20 ± 0.25 2⅜ ± ⅛ 60 ± 3.0

1 ± 0.01 25 ± 0.25 3 ± ⅛ 75 ± 3.0

1⅛a ± 0.01 30 ± 0.25 3⅜ ± ⅛ 85 ± 3.0

Largas 0.80b ± 0.01 20 ± 0.25 6⅜ ± ⅛ 160 ± 3.0

1¼ ± 0.01 32 ± 0.25 12½ min 320 min

a El área de la sección circular es aproximadamente 1 pulg2 (6.5 cm2)

b El área de la sección circular es aproximadamente 0.5 pulg2 (3.2 cm2)

Fig. 3 Dimensiones principales de las probetas, según ASTM E-9.

El mismo estándar (sección 5.6) recomienda que las caras de las probetas y de las superficies de apoyo deben ser limpiadas con acetona u otro

disolvente antes del ensayo, con el objeto de remover la grasa, aceite y marcas de dedos !!!!!! .

Máquina universal de ensayos

Para la medición de las dimensiones indicadas en la figura se usan instrumentos convencionales de medición. El calibrador Vernier y el micrómetro. ( Instrumentos de medida )

El comparador de carátula se fija de tal manera que mida directamente el desplazamiento de las caras de apoyo de la probeta. Como se ve en la figura 4, esto se logra apoyando el magneto en la placa inferior, invirtiendo el comparador y haciendo que su punta palpadora toque la cara inferior de la placa de apoyo de rótula (aditamento de compresión). Se debe guardar precaución de retirar todo el sistema de medición con premura cuando los desplazamientos de las placas sean grandes. Al usar este esquema de medición el instrumento de medida trabajará a compresión y la lectura se realizará por la escala habitual del mismo.

Fig. 4 Esquema de medición de las deformaciones de la probeta

En conclusión: la medición de la variable deformación se realiza con ayuda del comparador instalado entre los puentes. Esta medición estará dada en centésimas de milímetro.

REALIZACIÓN DEL ENSAYO

1. 1. Como el ensayo se realiza bajo la estricta supervisión y dirección del profesor y monitor, sólo se darán aquí algunas recomendaciones adicionales.

2. 2. Como se puede ver en la Figura 4 el peso del inversor es soportado por el cilindro de trabajo. Esta fuerza debe ser “excluida” de la medición realizada por el dinamómetro. Por esto es importante realizar con sumo cuidado el ajuste de cero del dinamómetro antes de ejecutar la práctica.

3. 3. El comparador debe ser retirado prestamente cuando las deformaciones de las probetas sean exageradas. Se debe tener cuidado de no desplazar el puente de altura ajustable cuando el comparador esté instalado.

4. 4. Para la escogencia del rango de carga (posición de la palanca 15 Fig. 4 Máquina universal de ensayos ), haremos el siguiente raciocinio: deberíamos disponer de la potencia máxima de la carga, ya que el ensayo de materiales maleables no presenta rotura (esto se logra escogiendo el rango de 40 toneladas). De otro lado, debido a las imprecisiones en el centrado de la probeta y otros factores de inestabilidad, la flexión no deseada de la probeta ocurre antes de las 20 toneladas, y esta escala ofrece una mayor resolución en la medición de la fuerza. Lo más adecuado, resulta entonces, escoger el rango de carga de 20 toneladas.

No se apresure a pensar que como dicho rango ofrece mediciones en intervalos de 100 kgf, es buena idea tomar las mediciones cada 100 kgf. Miremos el siguiente cálculo:

Las medidas aproximadas de las probetas usadas son: ¾” de diámetro y 30 mm de longitud. Por ejemplo, si la probeta es de acero (E=2·106 kgf/cm2), al aplicar una carga de 100 kilogramos fuerza obtendremos una deformación:

cmAE

lF 52

6

1026,5

4

905,1102

3100

d

Es decir 0,5 centésimas de milímetro. Este hecho nos obliga a aplicar incrementos de carga de 200 kgf, para poder apreciar las deformaciones con nuestro instrumento, cuya resolución es de una centésima de milímetro.

5. 5. Para la toma de datos es conveniente preparar la siguiente tabla para cada una de las probetas.

Tabla 1Material de la probeta ____________________Diámetro de la sección ____________ mmLongitud de la probeta ____________ mm

Carga (F)[kgf]

Deformación (d)[centésimas de

mm]0

200400600800.......

TRATAMIENTO E INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS

Los datos consignados en la tabla 1 se trasladan a una hoja electrónica de cálculo (Excel, por ejemplo) para realizar los cálculos de esfuerzo y deformación unitaria convencional, ver ejemplo tabla 2 (estos cálculos pueden ser también realizados a mano).

Tabla 2Material de la probeta ___Acero_____

Carga(F)

[kgf]

Deformación (d)

[centésimas de mm]

Esfuerzoconvencional

(s)[kfg/cm2]

Deformaciónunitaria

convencional (e)

[mm/mm]0

200

400

600

800

.......

Se debe ser cuidadoso con el tratamiento de las unidades (por ejemplo para el cálculo de los esfuerzos convencionales, introducir el valor del área inicial de la sección de la probeta en [cm2]).

Luego se construyen los gráficos F - d y e - s (ya sea en Excel, equivalente, o a mano en papel milimetrado). Para la determinación de los parámetros exigidos en los objetivos del ensayo se realiza un tratamiento gráfico de las relaciones obtenidas.

Límite de proporcionalidad (elasticidad)El valor aproximado de Fp (fuerza límite de proporcionalidad), se puede determinar por el punto donde comienza la divergencia entre la curva de compresión y la continuación del segmento rectilíneo (ver Fig. 5). Se considera como Fp el valor en cuya presencia la desviación de la dependencia lineal entre la carga y el alargamiento, alcanza un 50%.

Fig. 5 Determinación gráfica de Fp

Cuando la escala del diagrama de compresión (F - d ) es suficientemente grande, la magnitud del límite de proporcionalidad se puede determinar en forma gráfica, directamente en este diagrama (Fig. 5).

En primer término, se prolonga el tramo rectilíneo hasta su intersección con el eje de las deformaciones en el punto O, el cual es tomado como un nuevo origen de coordenadas, excluyendo de esta manera, alguna alteración que pueda producirse en el primer tramo del diagrama, debido a una insuficiente rigidez de la máquina o a que la placa no fue completamente aplicada contra la probeta. Luego se puede usar el siguiente procedimiento. En una altura arbitraria, en los límites del dominio elástico, se traza una horizontal AB, perpendicular al eje de las cargas (véase la Fig. 5), luego se traza en ella el segmento BC = 1/2 AB y enseguida, se traza la línea OC. Si después de esto, se traza una tangente a la curva de tracción, que sea paralela a CC, entonces el punto de tangencia P determinará la magnitud de la carga buscada Fp, (véase la Fig. 5). El valor de sp se determina:

0A

Fpp s

,

done A0 es el área inicial de la probeta. Luego este valor debe ser identificado y denotado en la gráfica e - s .

Límite de elasticidadEl límite de elasticidad se toma igual al límite de proporcionalidad.

Límite de fluencia.

Se calcula el límite de fluencia convencional, o sea, el esfuerzo con el cual el acortamiento residual alcanza una magnitud dada, generalmente de 0,2%. Este límite de fluencia se denota como s0,2. Se determina generalmente en forma gráfica mediante el diagrama de compresión por el llamado método de desplazamiento (offset). Para esto, en el eje de las deformaciones desde el origen de las coordenadas, se mide un segmento

1002,0 0lOK

,

(donde l0 es la longitud inicial de la probeta, ver Fig. 3), y a través del punto K se traza una línea recta, que es paralela al segmento rectilíneo del diagrama (Fig. 13). La ordenada del punto va a corresponder a la magnitud de la carga F0,2 que determina el limite de fluencia convencional:

0

2,02,0 A

Fs

,

luego este valor debe ser identificado y denotado en la gráfica e - s .

Fig. 13. Determinación gráfica de F0,2

Límite de resistencia El límite de resistencia puede ser determinado sólo en el caso de ocurrir la fractura, si esto ocurriese esta magnitud se calcula a partir de la fuerza máxima consignada en la aguja de fuerza máxima de la carátula del dinamómetro. Este dato debe ser apuntado luego de la realización de cada ensayo.

0A

Frr s

,

luego este valor debe ser identificado y denotado en la gráfica e - s .

ENSAYO DEMOSTRATIVO DE LA COMPRESIÓN DE UNA PROBETA DE MADERA

INFORME

De manera particular, el informe sobre el ensayo DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES SOMETIDOS A COMPRESIÓN , debe contener.

1) 1) Objetivo.2) 2) Consideraciones teóricas generales: Particularidades del ensayo a

compresión.3) 3) Maquinaria. Aditamentos.

4) 4) Probetas. Dibujo de las mismas, comparación con la probetas ASTM.

5) 5) Instrumentos de Medida. Nombrar (y saber reconocer) los instrumentos de medida usados.

6) 6) Gráfica (F - d ) para cada probeta, con el tratamiento gráfico realizado para la obtención de los resultados.

7) 7) Gráfica (e - s ) para cada probeta, con los resultados de los esfuerzos límites, denotados en la misma.

8) 8) Tabla de resultados

sp [kgf/cm2] ó [MPa]

sf (s0,2)[kgf/cm2] ó [MPa]

exp. lit. exp. lit.AceroLatónAleación Al.

9) 9) Descripción del tipo de falla observado durante el ensayo de tracción del poste de madera.

10) 10)Conclusión.

Ensayos destructivos [editar]

son pruebas que se les hacen a algunos materiales como el acero por ejemplo. Algunas de ellas son ensayo de tensión, flexión, compresión, etc. Se les llama destructivos porque deforman al material.

El esfuerzo de flexión puro o simple se obtiene cuando se aplican sobre un cuerpo pares de fuerza perpendiculares a su eje longitudinal, de modo que provoquen el giro de las secciones transversales con respecto a los inmediatos.Sin embargo y por comodidad para realizar el ensayo de los distintos materiales bajo la acción de este esfuerzo se emplea generalmente a las mismas comportándose como vigas simplemente apoyadas, con la carga concentrada en un punto medio (flexión practica u ordinaria).En estas condiciones además de producirse el momento de flexión requerido, se superpone al un esfuerzo cortante, cuya influencia en el calculo de la resistencia del material varia con la distancia entre apoyos, debido a que mientras los momentos flectores aumentan o disminuyen con esta, los esfuerzos cortantes se mantienen constantes, como puede comprobarse fácilmente en la figura, por lo que será tanto menor su influencia cuanto mayor sea la luz entre apoyos.Es por esta razón que la distancia entre los soportes de la probeta se han normalizado convenientemente en función de la altura o diámetro de la misma, pudiendo aceptar entonces que la acción del esfuerzo de corte resulta

prácticamente despreciable. Para ensayos más precisos la aplicación de la carga se hace por intermedio de dos fuerzas con lo que se logra “flexión pura”.

RESISTENCIA A LA FLEXIONLa formula de la tensión será, como ya sabemos la relación del esfuerzo con la sección donde actúa. El momento flector máximo en la viga es igual:

Mfmax = P . ( L – d ) / 4Siendo P la carga total, L la distancia entre apoyos y d la separación entre las cargas (ver dibujo en la pag. Siguiente)Si el modulo resistente Wz es:

Wz = . d³ /32Remplazando en la formula que determina la tensión y considerando el momento flector máximo, obtenemos la “resistencia estática o modulo de rotura de la flexión”.

FLECHA - MODULO DE ELASTICIDAD. Cuando el material es sometido a la acción de la carga, la línea neutra se ira flexionando denominándose FLECHA a la distancia vertical entre la posición inicial de dicha línea y las posiciones instantáneas que tome, medidas en el lugar de mayor flexionamiento de la probeta. PROBETAS.Teniendo en cuenta las grandes variaciones que pueden presentar las fundiciones en las distintas coladas y según sus elementos componentes, las normas indican la forma correcta de extraer las muestras que se utilizarán en las experiencias; es así que tenemos las fundidas con la pieza; para lo cual se preparan los, lo que estarán dispuesto en condiciones tales que se evite la acumulación de impurezas en ellos y que la solidificación se realice en idénticas condiciones que la de toda la masa metálica.

CONDICIONES DE ENSAYOS.Ya hemos dicho que el ensayo de flexión en metales se realiza en aquellos frágiles y muy especialmente en las fundiciones en las que, si bien no resulta el que define

mejor sus propiedades mecánicas, se justifica teniendo en cuenta que las mismas se encuentran sometidas, en muchos de sus usos, a esfuerzos similares, pudiendo reemplazar en esos casos al ensayo primario de tracción.El valor de las flechas en los ensayos de verificación, suele ser un requisito a satisfacer indicándose, de acuerdo al empleo del material una máxima o mínima según que se desee su comportamiento como “flexible “ o frágil.

ENSAYO DE FLEXIÓN LAS PROBETAS EN ESTUDIOMáquina universal de ensayo MTS.Dimensiones de las probetas: (según norma DIN 50110)Di = 13 mm L = 300 mm Luz entre apoyos = 260 mm Diámetro de los rodillos de carga y apoyo = 25,4 mm (1”)

Tensión a la flexión ( F) = Momento flector(Mf) / Módulo Resistente(Wz)El valor del módulo resistente para ambas probetas:

Determinaciones para acero SAE 1015Pp = 23 mm x Esc. de carga = 23 mm x 5,4 Kgf/mm = 124,2 KgfMFp (Momento flector al límite elástico):

Fp = Tensión de flexión al límite proporcional

fe (flecha al límite elástico) = 16 mm . Escala de flechafe = 16mm. 0,146 mm/mm = 2,336 mmObservación :debido a que el material no rompe sometido a flexión (el ensayo se transforma en plegado) se suspendió el ensayo con una flecha = 34,31 mm en plena deformación plástica. En ese instante la carga era 156,6 kgf.

Determinaciones para acero SAE 1045Pp = 30,2 mm x Esc. de carga = 30,2 mm x 5,4 Kgf/mm = 163,08 KgfMFp (Momento flector al límite elástico)

Fp = Tensión de flexión al límite proporcional:

fe (flecha al límite elástico) fe = 25mm . 0,146 mm/mm = 3,65 mmObservación: Sucede lo mismo que en el caso anterior. Al suspender el ensayo para una flecha de 34,31 mm (igual que el caso anterior) la carga fue igual de 270 Kgf. El siguiente es el diagrama de los dos ensayos de flexión, como vemos en el, el acero SAE 1045 presenta el limite a deformaciones elásticas a una carga mayor y también al suspender el ensayo se nota claramente que a igual deformación, o sea flecha, la carga es más elevada que el del SAE 1015.

Probeta sometida a flexión