Determinación De Las Propiedades Mecánicas De Los Materiales

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. 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 9

Fig. 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. 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. 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. 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 ?

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