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• Mariangela Nava

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ÍNDICE GENERAL INTRODUCCIÓN…………………………………………………………….6

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16

 1.17 1.18 1.19 1.20 1.21 1.22 2. 2.1 2.2 2.3

2.4

Tema Nº1 (Ensayos de tracción y compresión) Tracción……………………………………………………………………8 Esfuerzos y deformaciones ingenieriles…………………………….….9 Ensayo de tracción…………………………………………………….....9 Ejecución de los ensayos de tracción………………………………...10 Dimensionamiento de la probeta………………………………………13 Ensayo de tracción en el campo elástico………………………….…15 Curva Esfuerzo-Deformación………………………………………….17 Diagrama Esfuerzo-Deformación……………………………………..18 Ensayos de tracción en el campo plástico……………………………19 Límite de elasticidad…………………………………………………….20 Alargamiento…………………………………………………………….21 La estricción……………………………………………………………..22 Resistencia a la rotura………………………………………………….23 Resistencia a la rotura a diferentes temperaturas…………………..24 Propiedades…………………………………………………………….25  Esfuerzos de cedencia…………………………………………25  Esfuerzos a tensión…………………………………………….25  Modulo elástico…………………………………………………25 Ductibilidad del material……………………………………….25 Ensayos de compresión………………………………………………..26 Ensayos de Compresión entre bloques………………………………27 Procedimiento del ensayo de compresión entre bloques…………..30 Ensayos de Watts y Ford………………………………………………31 Probetas para ensayos de compresión……………………………….31 Pautas para realizar un Ensayo de Compresión………………........32 Tema Nº2 Ensayos de deformación……………………………………………….33 Ley de Hooke……………………………………………………………35 Ensayos de Tensión-Deformación…………………………………36  Inicio del Ensayo…………………………………………………...39  Tratamiento de datos……………………………………………...40 Ensayos de dureza (Deformación superficial)….…………….….42

3

2.6 2.7

 Principio fundamental de la dureza………………………………….42  Tipos de dureza……………………………………………….............43 a) Dureza al Rayado………………………………….......43 - Dureza a la lima…………………………………………….43 - Dureza MOHS………………………………………………44 - Dureza de MARTERS……………………………………...45 - Dureza de TURNER………………………………………..45 b) Dureza a la penetración………………………………45 - Método Brinell……………………………………………….46 - Método Rockwell……………………………………………49 - Método Vickers……………………………………………..51 - Método Shore……………………………………………….52 2.5 Deformaciones Elásticas y plásticas………………………………55  Deformación con elasticidad lineal…………………………...56  Deformación con elasticidad no lineal………………………..56  Deformación permanente……………………………………...57  Energía de deformación……………………………………….58  Galgas extensiométricas………………………………………58  Galgas metálicas……………………………………………….59  Galgas semiconductoras……………………………………....60 Limitaciones……………………………………………………………...60 Ventajas………………………………………………………………….61

3 Tema Nº3 3.1 Ensayos de Torsión……………………………………………………..62 3.2 Ensayo de materiales…………………………………………………..63 3.3 Ensayos no destructivos………………………………………………..63 3.4 Ensayos destructivos…………………………………………………..64 3.5 Objetivos…………………………………………………………………65 3.6 Resumen…………………………………………………………………65 3.7 Probetas para ensayos de torsión…………………………………….69 3.8 Equipo y material………………………………………………………..70 3.9 Torsiómetro………………………………………………………………72 3.10 Balanzas de torsión……………………………………………………..73 3.11 Procedimientos para realizar el ensayo………………………………74 3.12 Teoría ingenieril de torsión de ejes y tubos de paredes delgadas………………………………………………………………………77  Torsión de un eje de sección circular………………….…….77  Tubos de paredes delgadas………………………….……….78  Tensiones de torsión para grandes deformaciones………...78 3.13 Ensayo de tracción vs. Ensayo de torsión……………………........78 4 Tema Nº4 4.1 Ensayos de flexión…………………………………………………….81

4

4.10 5 6 7

4.2 Comportamiento de los materiales sometidos a la flexión………..84 4.3 Falla por flexión………………………………………………………..84 4.4 Aparatos para ensayos de flexión…………………………………...86 4.5 Condiciones de ensayo......………...……………………………..….87 4.6 Ensayo de flexión las probetas en estudio.………………………..88 4.7 Práctica de un ensayo realizado…………………………………….91 4.8 Objetivos del ensayo………………………………………………….91 4.9 Ensayo para determinar la curva carga-desplazamiento…………91 Ensayos para determinar la Curva-Desplazamiento……….……….92 GLOSARIO………………………………………………………………99 CONCLUSIÓN…………………………………………………………102 BIBLIOGRAFÍA………………………………………….…………….104

5

INTRODUCCIÓN

En todo el mundo en el campo de la ingeniería y algunas profesiones similares a ésta, se estudia el comportamiento mecánico de todos los materiales, esto para obtener los conocimientos necesarios para su aplicación y su utilización en pro del beneficio social. Estos comportamientos mecánicos se estudian y/o analizan a través de ensayos por los cuales se pueden determinar muchas características del material; todos estos ensayos solo pueden realizarse con normas ya establecidas por algunos organismos internacionales. Realizar cada uno de los ensayos mecánico no es dificulto y actualmente con tanta tecnología se pueden obtener muchos resultados al mismo tiempo (carga, elongación, reducción de área, entre otros) que

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son por separados datos importantes para el estudio de cada material. Estos procedimientos desde cómo se prepara un probeta para cada ensayo hasta el proceso de recolección de datos del mismo se estudiará en este informe sobre los ensayos más utilizados. Los términos ensayo de tracción y ensayo de comprensión se usan normalmente a la hora de hablar de ensayos en los cuales una probeta preparada es sometida a una carga mono axial gradualmente creciente (estática) hasta que ocurre la falla. En un ensayo de tensión simple, la operación se realiza sujetando los extremos opuestos de la pieza de material y separándolos. En un ensayo de comprensión, se logra sometiendo una pieza de material a una carga en los extremos que produce una acción aplastante. En un ensayo de tensión, la probeta se alarga en una dirección paralela a la carga aplicada; en un ensayo de comprensión, la pieza se acorta. Dentro de los límites de la practicabilidad, la resultante de la carga se hace coincidiendo con el eje longitudinal de la probeta. Exceptuando algunas piezas de ensayo arbitrariamente formadas, las probetas son cilíndricas o prismáticas en su forma y de sección transversal constante a lo largo del tramo dentro del cual las mediciones se toman. Las probetas en comprensión quedan limitadas a una longitud tal que el flambeo debido a la acción columnar no constituya un factor. Los ensayos estáticos de tracción y de comprensión son los más realizados, además de ser los más simples de todos los ensayos mecánicos. Estos ensayos implican la normalización de las probetas con respecto a tamaño, forma y método de preparación y la de los procedimientos de ensayo. El ensayo de tensión es el apropiado para uso general en el caso de la mayoría de los metales y aleaciones no ferrosos, fundidos, laminados o forjados; para los materiales quebradizos (mortero, concreto, ladrillo, cerámica, etc.) cuya resistencia a la tensión

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es baja, en comparación con la resistencia a la comprensión, el ensayo de comprensión es más significativo y de mayor aplicación. Referente al ensayo de torsión,

da información directamente

del comportamiento a cortadura del material y la información de su comportamiento a tracción se puede deducir fácilmente. El ensayo de flexión se basa en la aplicación de una fuerza al centro de una barra soportada en cada extremo, para determinar la resistencia del

material

hacia

una

carga

estática

o

aplicada

lentamente.

Normalmente se usa para materiales frágiles. A continuación información más detallada sobre todos los tipos de ensayos y terminología relacionada con ellos.

TEMA Nº1

(Ensayos De Tracción Y Compresión)

1.2 TRACCIÓN: El término tracción, define el estiramiento al cual es sometido un cuerpo mediante la aplicación de fuerzas que tienen la misma magnitud, pero sentidos opuestos.

El ensayo de tracción mide la resistencia de un material a una fuerza estática o gradualmente aplicada. Los ensayos de tracción consisten en

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someter una probeta de forma y dimensiones determinadas a un esfuerzo de tracción en la dirección de su eje, hasta romperla. Las probetas empleadas generalmente son barras de sección regular y constante, casi siempre circulares, pero también pueden presentarse en forma rectangular (figura N° 1). Como puede verse en la figura N° 1, la probeta posee ciertas

dimensiones, las cuales se encuentran normalizadas. Sus extremidades son de mayor sección, para facilitar la fijación de las probetas a la máquina que ha de producir el esfuerzo de tracción. En sus extremos la probeta es sometida a dos fuerzas “P”; que cuando van accionando sobre la probeta se genera un esfuerzo, el cual simbólicamente es representado por “σ”. Cuando en este cálculo se emplea el área inicial de la probeta, el esfuerzo

resultante

se

denomina

esfuerzo

nominal

(esfuerzo

convencional o esfuerzo de ingeniería). Se puede calcular un valor más exacto del esfuerzo axial, conocido como esfuerzo real. 1.3 ESFUERZO Y DEFORMACIONES INGENIERILES: Para un material dado, los resultados de un solo ensayo son aplicables a todo tamaño y formas de muestras, si se convierte la fuerza en esfuerzo y la distancia entre marcas calibradas en deformación. El esfuerzo y la deformación ingenieriles se definen mediante las ecuaciones siguientes: σ=

P A

(2.1)

�

¿

Δl L0

(2.2)

9

La deformación unitaria media se determina a partir del alargamiento medido “�l” entre las marcas de calibración, al dividir �l entre la longitud calibrada L0. Si se emplea la longitud calibrada inicial se obtiene la deformación unitaria nominal (e), de acuerdo a la expresión 2.2 1.4 ENSAYO DE TRACCIÓN: Para iniciar el ensayo, se toma la probeta y se hacen dos marcas, entre las cuales se mide la longitud que se denomina “Calibrada”. Esta longitud puede dividirse en partes iguales para medir las deformaciones a lo largo de la probeta. Para que los resultados de los ensayos sean comparables, deben ser las probetas utilizadas geométricamente semejantes, pues sólo entonces, bajo las mismas cargas, se obtendrán deformaciones proporcionales. Es decir que si “LO” es la longitud de la parte calibrada, y “S” la sección constante entre esa sección y la longitud de la probeta deberá existir la misma relación, según la expresión 2.3.: Dónde: LO = longitud calibrada Kt = coeficiente de tracción S = Sección constante de ensayo

T∗¿ L0=K ¿

√s

(2.3)

Ejemplo # 3.1. La probeta normal DIN tiene un diámetro de 20 mm, una sección de 314 mm2, y una longitud entre puntos de 200 mm, o sea que LO = 10d. Determine el valor del coeficiente de tracción de dicha probeta. Solución: Como podemos ver, se nos plantea una situación en función de las normas DIN, para poder determinar el coeficiente de tracción que debe tener esta probeta. En función de ello, se aplica la ecuación (2.3), la cual establece lo siguiente: T∗¿ L0=K ¿

√s

(2.3)

Sustituyendo valores, nos queda que: KT=

200 =11.29 √ 314

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1.5 EJECUCIÓN DE LOS ENSAYOS DE TRACCIÓN:

El ensayo consiste en deformar una probeta por estiramiento uniaxial y registrar dicha deformación frente a la tensión aplicada. Se realiza en dinamómetros o máquinas de tracción

con Velocidad

regulable

así

y

un

registro

gráfico.

Los

diagramas

obtenidos,

denominados diagramas de tensión-deformación, tienen la forma que se indica en la figura. En dicha figura se muestran los diagramas tensión deformación de 4 tipos de plásticos diferentes así como los diferentes parámetros que se pueden obtener del ensayo.

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Las probetas tienen que medirse por lo menos en cinco puntos dentro de la longitud marcada y la diferencia de la medida no puede ser mayor de 0.1 mm La probeta se coloca dentro de las mordazas tensoras, de manera que se adapten bien y tengan efecto de cuña con accionamiento neumático, hidráulico o manual. La fuerza inicial no debe ser demasiado alta, porque de lo contrario podría falsear el resultado del ensayo. Así mismo se debe cuidar que no se produzca deslizamiento de la probeta. La máquina de ensayos está diseñada para alargar la probeta a una velocidad constante y para medir continua y simultáneamente la carga instantánea aplicada (con una celda de carga) y el alargamiento resultante (utilizando un extensómetro). El ensayo dura varios minutos y es

destructivo,

o

sea,

la

probeta

del

ensayo

es

deformada

permanentemente y a menudo rota. La velocidad de estiramiento será siguiendo la norma ASTM. Normalmente los ensayos de tracción se realizan en dispositivos, o equipos adecuados, los cuales deben poseer por lo menos, condiciones operacionales básicas. Las partes de una máquina de tracción son: Cabezal Móvil, Cabezal Fijo, Mordazas, Barras de Ascenso y descenso (Tornillos sin Fin). El esquema más popular para representar una máquina de tracción es el que se presenta en la figura N° 6, en donde aparecen los componentes básicos de la misma.

Fig. Nº 6.

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Fig.

Nº

Mediante

una

cabeza

móvil,

en

la

6.

prueba

de

tracción

se aplica

se

aplica una prueba unidireccional a la prueba. Los ensayos de tracción, de compresión y flexión pueden realizarse con una maquina Universal AMSLER o similar (figura N° 7), cuyo embolo, movido hidráulicamente, produce tracciones, compresiones y flexiones a voluntad, y aplicando las cargas deseadas a la probeta colocada y sujeta en la maquina por medio de mordazas o mandriles adecuadas.

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1.6 DIMENSIONAMIENTO DE LA PROBETA: Luego de haber establecido la longitud calibrada de una probeta, se debe realizar el marcaje, para lo cual se hace necesario el dimensionamiento de la misma. Este dimensionamiento, es simplemente colocarle valores a la probeta y ubicar el marcaje y las distancias que se requieren para colocar los mandriles de las cabezas de la máquina de tracción. Para iniciar el dimensionamiento, lo primero que hay que hacer es tomar la longitud total de la probeta y dividirla en dos (figura N° 2). Posteriormente se trazara una línea de eje vertical por el centro de la probeta (figura N° 3).

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Seguidamente se marcaran los puntos que corresponden a la longitud calibrada partiendo del eje vertical trazado. Se marca el punto de la derecha primero y posteriormente es de la izquierda; la distancia entre punto y punto debe ser igual a la longitud calibrada (figura N° 4).

Marcada la longitud calibrada se procede a dimensionar los cabezales de la probeta para indicar en donde debe fijarse las mordazas de los mandriles de la máquina de tracción. Para ello se toma una de las mitades de la longitud total de la probeta y se divide en dos secciones; en donde se indique la división se trazara una nueva línea de eje vertical en donde serán colocados las mordazas (figura N° 5).

1.7 ENSAYOS DE TRACCIÓN EN EL CAMPO ELÁSTICO: Cuando una barra o una probeta se someten a un esfuerzo de tracción, sufre un alargamiento. Pues bien, la relación entre la tensión unitaria y el alargamiento producido con respecto a la longitud inicial o

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calibrada, permanece sensiblemente constante para un mismo material y se denomina MODULO DE YOUNG o MODULO DE ELASTICIDAD, el cual puede determinarse según la expresión 2.4. Em=

P S σ = Δl ε l

Dónde: Em = módulo de Young o módulo de elasticidad P = Carga máxima aplicada S = superficie o área a ser sometida a esfuerzo �l = Variación de longitud generada por la deformación producida por el esfuerzo aplicado Ejemplo 3.2. Una probeta de sección de 150 mm2 y de longitud entre puntos de 100 mm, es sometida a un esfuerzo de tracción lento y progresivo que le produce una deformación elástica de 0,1 mm. Determinar los módulos de Young el esfuerzo y la deformación producida cuando la fuerza aplicada de tracción total es de 3.000 kg. Solución: a) Se definen las ecuaciones necesarias para resolver este problema: σ=

P A

b) Se sustituyen los valores en las ecuaciones correspondientes a ser P Δl aplicadas: ε= S σ σ=

ε=

3000 2 =20 kg/mm 150

l

0.1 =1 x 10−3 kg /mm2 100

Em=

20 = 20.000 kg/ mm 2 0.001

Em=

Δl l

=

ε

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El módulo de Young es aproximadamente igual a 20.000 kg/mm2 para todos los aceros, cualquiera que sea su composición y estructura, no siendo las variaciones superiores a ± 10%. Si se siguen aplicando tensiones crecientes a la probeta, llega un momento en que los alargamientos dejan de ser proporcionales a la carga aplicada. Hay un punto a partir del cual, parece como si se produjera una desconexión molecular, y con incrementos de cargas más pequeños se producen alargamientos mayores. Si se representan en coordenadas cartesianas, en el eje de las ordenadas la tensión aplicada, y en el eje de las abscisas el incremento de la longitud (figura N° 8), observaremos que hasta un punto “e” (límite del campo elástico), la representación es sensiblemente una recta. Pero a partir de “e”, se inicia una curva entrándose en el campo plástico. El valor de la tensión en el punto “e” es Em y se denomina limite aparente de elasticidad. El límite verdadero seguramente es inferior a este valor que se habrá tenido que rebasar para poder apreciar la falta de proporcionalidad entre el aumento de carga y el alargamiento. 1.8 CURVA ESFUERZO-DEFORMACION: La curva esfuerzo – deformación es una gráfica en donde se reflejan los resultados de los ensayos de tracción. Dicha gráfica, puede indicar cuando el material es dúctil o cuando es frágil y su comportamiento dependerá del tipo de material que se ensaye, sea este ferroso o no ferroso. (Figura N° 9).

17

1.9

GRÁFICA DE ESFUERZO Y DEFORMACIÓN: Cuando la probeta se encuentra bajo un esfuerzo estático de

tracción simple a medida que aumenta la carga, se estudia esta en relación con las deformaciones que produce. Estos gráficos, permiten deducir sus puntos y zonas características revisten gran importancia, dicho gráfico se obtiene directamente de la máquina.

D

C

E

B A

Un caso típico es el diagrama que nos presenta el gráfico de un acero dúctil indicado en la figura, en donde el eje de las ordenadas

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corresponde a las cargas y el de las abscisas al de las deformaciones longitudinales o alargamientos en milímetros.

1.10 ENSAYOS DE TRACCIÓN EN EL CAMPO PLÁSTICO: Una vez que la tensión a la que se ha sometido la probeta pasa el límite de elasticidad, o de proporcionalidad entre las cargas y los alargamientos, hay algunas fluctuaciones en la curva, entrándose en el denominado periodo plástico – elástico. A partir del punto fs, que es el límite superior de fluencia los alargamientos aumentan rápidamente sin necesidad de aumentar la tensión hasta un punto fi, que se denomina límite inferior de fluencia.

FIG. Nº 8

19

FIG. Nº 8. Diagrama de deformaciones y de tensiones en el ensayo a la tracción de una probeta de acero. A partir de este punto, vuelve a ser necesario aumentar la carga durante un periodo que se conoce con el nombre de periodo de fortalecimiento, hasta alcanzar un valor máximo de la tensión R, que se denomina tensión de rotura, aunque la rotura propiamente dicha no se produzca en ese punto, sino después de un periodo durante el cual la probeta se estira rápidamente, reduciéndose sensiblemente su sección hasta que se produce la rotura bajo un esfuerzo menor que la tensión antes citada. 1.11 LÍMITE DE ELASTICIDAD:

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Se conoce con el nombre de límite elástico o límite de elasticidad a la carga máxima que puede soportar un metal sin sufrir deformaciones permanentes. En la práctica es muy difícil determinar por medio de ensayos este límite elástico tal como se ha definido. Y por eso, prácticamente, se acepta como límite elástico el valor de la carga que rebasa ligeramente la elasticidad produciendo una deformación muy pequeña y perfectamente medible. En general se emplea el límite elástico 0,2 que se representa E 0,2 y es la carga que produce una deformación permanente del 0,2%. Para determinarlo, se somete la probeta a cargas que aumentan en 1 kg/mm2, manteniéndolas durante diez segundos y midiendo los alargamientos permanentes después de suprimir las cargas. Cuando éstos sean superiores al 0,2% de la longitud inicial, se detiene el ensayo, obteniendo la carga que haya producido el alargamiento del 0,2% por interpolación. Para muchas aplicaciones, resulta más útil que determinar el límite de elasticidad comprobar solamente si supera un valor mínimo para un material determinado. En este caso, el ensayo se limita a someter la probeta, durante diez segundos, a la tensión fijada y comprobar si, una vez descargada, la deformación permanente es inferior o superior al 0,2% de la distancia entre puntos. El límite elástico tiene una gran importancia en los proyectos mecánicos, no solo para el cálculo de muelles, que son los elementos elásticos por excelencia, sino para el cálculo de toda clase de elementos, de aparatos, máquinas y estructuras, pues se ha de tener en cuenta que las piezas se dimensionan para que trabajen por debajo del límite de elasticidad,

ya

que

no

interesa

que

adquieran

deformaciones

permanentes. 1.12 ALARGAMIENTO: El ensayo de tracción para la determinación del alargamiento se realiza aumentando aproximadamente la tensión en 1 kg/mm2 por

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segundo, de manera que se produzcan alargamientos máximos de 0,3% por minuto en el periodo elástico. En el periodo plástico, la velocidad de aumento de carga no será superior a la que produzca una deformación por minuto igual al 25% de la distancia entre puntos. Si no interesa hallar el límite de elasticidad, puede mantenerse esta misma velocidad durante todo el ensayo. Una vez rota la probeta, se unen las dos partes y se mide la distancia entre marcas. Se denomina Alargamiento al experimentado por la probeta, expresado en tanto por ciento de la longitud inicial entre puntos y se determina mediante la expresión 2.5.: A=

l f −l 0 x 100 l0

(2.5)

Dónde:

Dónde:

LO = Longitud inicial o distancia entre marcas de la probeta

LO = Longitud inicial o distancia entre marcas de la probeta Lf = Longitud final después de la deformación y/o rotura

Lf = Longitud final después de la deformación y/o rotura A = Alargamiento

A = Alargamiento 1.13 LA ESTRICCIÓN: La rotura de una probeta en el ensayo de tracción puede producirse de dos maneras: a) Después de la deformación elástica. Entonces la rotura se produce bruscamente, sin deformación aparente en su sección. Esta clase de roturas se produce cuando los materiales son poco dúctiles o cuando sus estructuras están en estado de tensión. b)

Después de la deformación plástica. En este caso, la probeta disminuye de sección sensiblemente en las proximidades de la sección de rotura. Estricción es la disminución de la sección en la fractura de una probeta rota por alargamiento. Se expresa en tanto por ciento de la sección inicial, o sea: Dónde: ∈ = Estricción SO = Sección inicial antes del ensayo Sf = Sección final después de la rotura

22

ϵ=

S 0−S F X 100 S0

(2.6)

Si las probetas son de sección circular, como ocurre generalmente, puede calcularse su área por la conocida expresión 2.7.: π 2 ∗D S= 4

(2.7)

Pudiendo transformarse la fórmula de la estricción así: π π 2 2 ∗D 0 − ∗D f S 0−S F D20−D2f 4 4 ϵ= X 100= x 100= S0 π D 20 ∗D 20 4

X100

Siendo DO el diámetro inicial y Df el diámetro de la sección rota. 1.14 RESISTENCIA A LA ROTURA: La resistencia a la rotura no es una propiedad, sino el resultado de un ensayo que da la carga necesaria por unidad de sección para producir la rotura del metal ensayado. Se valora en kg/cm2 o en kg/mm2. Como la rotura de un metal puede producirse por tracción, por compresión, por torsión o por cizallamiento, habrá una resistencia a la rotura por tracción, otra por compresión, otra por torsión y otra por cizallamiento. Como ya se ha establecido en los primeros párrafos, que al rebasar una carga “E”, que denominamos limite elástico, se empieza el metal a deformar permanentemente, es decir, que el metal salta del periodo elástico al periodo o zona plástica. A partir del punto citado, para que la deformación aumente, debe ir aumentando también la carga hasta que, al llegar a la carga “R” (figura N° 7), el metal se sigue deformando sin aumento de carga, hasta que se rompe. Si denominamos R a la resistencia a la rotura del material (Resistencia a la Tracción Aproximada), E al límite elástico y P a la carga que es preciso

23

suplementar a E para producir la rotura del metal, tendremos, evidentemente la siguiente expresión: Es decir, que la resistencia a la rotura R se compone de la carga límite de elasticidad E y del suplemento de carga aplicado en la zona plástica P. hacemos resaltar esto, porque si bien hemos indicado antes, en la sección 2.6, que se calculan las piezas metálicas para que trabajen sin llegar al límite elástico y evitar así que en su trabajo normal se deformen permanentemente, interesa también que los metales tengan una zona plástica de reserva, cuya carga P pueda absorber sobrecargas accidentales que deformaran el metal, pero no llegaran a romperlo si no rebasan la carga P. Un ejemplo de lo antes expuesto, se refleja en los parachoques de los automóviles, los cuales son en general de acero, y los pequeños golpes los encajan sin deformarse permanentemente, porque no rebasan su límite elástico. Pero si un automóvil, por accidente, choca violentamente contra un árbol, el parachoques se deforma, pero, en general, no se rompe, porque absorbe en su zona plástica la sobrecarga accidental. 1.15 RESISTENCIA A LA ROTURA A DIFERENTES TEMPERATURAS: Las propiedades de los materiales se modifican, en general, al elevar su temperatura. En el acero, hasta 250°, aumenta su resistencia y disminuye su capacidad de deformación. Por encima de los 250° ocurre lo contrario. Esta temperatura es la llamada temperatura azul, porque al limar una pieza de acero las temperaturas de 200° y 300°, aparece el metal de color azul, que desaparece pronto si no llega a los 250° y se vuelve más oscuro si se había rebasado esta temperatura. Otra zona critica de temperatura es la de 500° a 600°, en las que el acero se pone al rojo oscuro, y los aceros que contienen azufre se vuelven frágiles. Por debajo de 0°, los aceros se vuelven más frágiles y disminuye su ductilidad. 1.16 PROPIEDADES:

24

 Esfuerzo de cedencia: se define como el punto en el cual, el material sufre una deformación plástica, es decir, el material pasa la zona de deformación elástica y queda deformado permanentemente.  Esfuerzo a tensión: este se define como la relación de la máxima carga soportada durante la prueba de tracción entre el área de la sección transversal original. Siguiendo el comportamiento de la probeta durante la prueba, observaremos q al llegar a la carga de cedencia la probeta sufre una reducción de área en su sección transversal ocasionando lo q se denomina cuello de botella y por consiguiente, la carga q la probeta resiste comienza a decrecer hasta llegar a la ruptura de esta.  Modulo Elástico: el modulo elástico o módulo de Young, se determina la rigidez de un material, la cual se define como la resistencia a la deformación, esto indicaría la capacidad que tiene un material al deformarse. Este valor se obtiene a partir de la ecuación:

Modulo de Elasticidad E=

ESFUERZO ELONGACION

 Ductibilidad del material: La ductilidad de un material a tensión puede caracterizarse por su alargamiento total y por la disminución de área en la sección transversal donde ocurre la fractura. La elongación porcentual se define como sigue: Elongaci ó n=

Lf −L0 ( 100 ) L0

25

-

Donde L0 es la longitud calibrada original y L F es la distancia entre las marcas de calibración al ocurrir la fractura.

-

La reducción porcentual de área mide el valor de la estricción que se presenta y se define como sigue:

RA=

A0 −A F ( 100 ) A0

Donde A0 es el área original de la sección transversal y AF es el área final en la sección de la fractura.

1.17 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 todo aceros),

metales aunque

(sobre puede

realizarse sobre cualquier material.

Es

un ensayo mucho menos empleado que

el ensayo

de

tracción,

aplicándose sobre todo en probetas

de

materiales que van a trabajar a compresión, como el hormigón o la fundición,

o

incluso

en

piezas

acabadas. El ensayo se realiza sobre una probeta del material, normalmente de forma cilíndrica, en una máquina universal de ensayos, obteniéndose una

26

curva de tensión aplicada frente a deformación relativa producida, al igual que en el ensayo de tracción, como se muestra en la figura. Por convenio, las tensiones y deformaciones en compresión se consideran negativas, de ahí la posición del gráfico en el tercer cuadrante.

A partir de la curva citada se pueden definir tres puntos característicos principales:  Y: Límite de fluencia: punto a partir del cual se

producen

deformaciones

plásticas

permanentes  U: Límite de resistencia última o límite de rotura: punto en el que se alcanza la tensión máxima de compresión  F: Punto de fractura: punto en el que se produce la rotura de la probeta. 

1.18 ENSAYO DE COMPRESIÓN ENTRE BLOQUES:  Se somete al material a una carga axial de compresión.  Probetas: cilindros o prismas rectos de caras paralelas.  Aplicación de la carga: axial y centrada (`para que el estado tensional sea uniforme). Se miden cargas y acortamientos.

Diagrama convencional:  -

Observaciones: Admite grandes deformaciones. No hay estricción. Posibilidad de pandeo.

27

-

La fricción genera triaxialidad de tensiones y no homogeneidad de deformaciones. Tensión

1 1 2

2

Curva Convencional Curva Real

Para trabajar en el primer cuadrante del grafico tensiones vs Compresi ón

deformaciones.

Esquema del ensayo: Observaciones: para eliminar la influencia del coeficiente de forma se obtienen curvas para diversas relaciones D0/h0, con ellas se trazan curvas σ vs. D0/h0 a deformación constante, extrapolando estas curvas a D0/h0=0 se obtiene una curva ideal (curva básica de tensióndeformación) no afectada por el roce.

-

Fricción entre probeta y placas: Dificulta y llega a impedir la expansión de los extremos de la probeta. Se atenúa hacia la zona central y prácticamente

desaparece

a

una

distancia

de

los

extremos,

aproximadamente igual a un diámetro. -

Abarrilamiento:

origina

zonas

internas

minimizarse con lubricación adecuada.

no

deformadas.

Puede

28

-

Camas y bloques de apoyo: los extremos de las probetas de compresión deben ser planas para no causar concentraciones de esfuerzos y deben ser perpendiculares al eje de la pieza para no causar flexión debida a la carga excéntrica.

29

1.19 PROCEDIMIENTO

DEL

ENSAYO

BLOQUES:

FIG. a

FIG. b

FIG. c

FIG. d

FIG. e

FIG. f

FIG. g

FIG. h

FIG. i

FIG. j

DE

COMPRESIÓN

ENTRE

30

FIG. k

FIG. l

1.20 ENSAYO DE WATTS Y FORD: FIG. m

FIG. n

31

Es un ensayo para láminas u hojas metálicas.

El

ensayo

consiste

en

comprimir una banda angosta de la lámina entre dos placas de ancho b. Los “hombros” del material a cada lado de las placas, impiden que el material deforme en la dirección del ancho w. Se requiere que w/b>5. Si el espesor original de la placa era t 0 y después de la compresión es t, debe verificarse, además, 1/4