Ensayo de Compresión

Transcripción

1 Ensayo de Compresión Consiste en la aplicación de carga de compresión uniaxial creciente en un cuerpo de prueba especifico. La deformación lineal, obtenida por la medida de la distancia entre las placas que comprimen el cuerpo versus la carga de compresión, consiste en la respuesta de este tipo de ensayo, básicamente utilizado en la industria de la construcción civil y la industria de los materiales cerámicos.

2 Provee resultados que permiten cuantificar el comportamiento mecánico del concreto, madera, composites y materiales de baja ductilidad( frágiles). En la industria del conformado, es utilizado para tener parámetros de las condiciones de procesos que involucran laminación, forja, extrusión y semejantes. Los resultados numéricos obtenido en el ensayo de compresión son semejantes a los obtenidos en el ensayo de tracción.

3 Los resultados del ensayo son influenciados por las mismas variables que en el ensayo de tracción(temperatura, velocidad de deformación, anisotropía del material, tamaño de grano, % de impurezas y condiciones ambientales). En la industria de la construcción civil( concreto y maderas) se debe tener en cuenta la cantidad de agua contenido en los cuerpos de prueba y su edad.

4 Figura 1. (a) ensayo de compresión de un cuerpo de prueba cilíndrico. (b) resultado de la fractura observada en materiales frágiles (c) resultado de forma de barril en materiales dúctiles

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7 Cuando un material es sometido a cargas de compresión, las relaciones entre tensión y deformación son similares a las obtenidas en tracción. Hasta la tensión de fluencia el material se comporta elásticamente, siendo aplicable la ley de Hooke. Cuando se pasa este valor ocurre la deformación plástica y con el avance de la deformación, el material se endurece ( endurecimiento) y a medida que el cuerpo de prueba es comprimido en la dirección longitudinal, ocurre un aumento en el diámetro de la sección transversal del cuerpo de prueba.

8 Para muchas aplicaciones practicas, la exigencia requerida para un proyecto es la resistencia a la compresión. En la industria de la construcción civil, que se utiliza materiales como el concreto y la madera, este ensayo es primordial. Es un tipo de ensayo de aplicación mas usual en materiales frágiles, como cerámicos, fierros fundidos, madera, etc. Para materiales dúctiles en la industria de los materiales metálicos, puede ser utilizado para la caracterización mecánica de resortes y tubos soldados

9 Entre las principales precauciones que se deben tener en la realización de este ensayo es el dimensionamiento del cuerpo de prueba, que debe tener una relación entre la longitud y la sección transversal adecuada para resistir en pandeo, o encurvamiento de la probeta debido al efecto de la flexión. Dependiendo de la ductilidad del material la razón Lo/Do debe ser de 3 a 8, para evitar pandeo. Para casos extremos esa razón puede llegar a 1, y para materiales frágiles este valor será de 2 a 3.

10 Figura 2. (a) cuerpo de prueba con razón Lo/Do inadecuada. (b) Pandeo para los cuerpos de prueba dúctiles. (c) Pandeo debido al deslizamiento de las placas de compresión.

11 Otra condición que puede llevar al pandeo es la falta de paralelismo entre las placas del equipo. Otra precaución critica del ensayo de compresión en materiales dúctiles es la fricción generado entre el contacto con el cuerpo de prueba con las placas de la maquina del ensayo. Durante la compresión de un material dúctil, este se expande en dirección radial, entre las placas de la maquina. Sin embargo las caras del cuerpo de prueba que están en contacto directo con las placa sufren una resistencia que se opone a la fluencia del material del centro hacia las extremidades debido a las fuerzas de fricción que actúan en la interfase.

12 Figura 3. Distribución de las tensiones de compresión y cizallamiento en un material dúctil, destacando el perfil de deformación y la formación del embarrilamiento

13 La figura 3, muestra el esbozo de la distribución de la tensión de cizallamiento a lo largo del eje longitudinal debido a la fricción, donde se observa que la tensión tiene un valor máximo en la superficie de contacto con la placa, reduciéndose a medida que avanza para el cuerpo del material. Como función de ese efecto, se tiene una mayor deformación relativa en el centro y una mínima en la superficie.

14 Figura 4. (a) Formación de la región de estado triaxial de tensión debido al efecto de la fricción entre la superficie de la probeta y las placas de aplicación de carga. (b) Efecto del cruzamiento de las regiones no deformadas y de la razón Lo/Do en la curva tensióndeformación.

15 Debido al efecto de la tensión de cizallamiento, se forma una región de contacto con las placas de aplicación de un esfuerzo en un estado triaxial de tensión como se muestra en la figura 4(a). Si esas regiones no deformadas( sombreadas) se cruzan durante la aplicación de la carga y con la reducción de la longitud original, habrá necesidad de un aumento de la fuerza para un incremento de deformación en la curva tensión-deformación, conforme se muestra en la figura 4(b).

16 La reducción de la relación Lo/Do exige mayores solicitaciones de carga para la deformación del cuerpo de prueba. Para minimizar la deformación no uniforme y reducir el embarrilamiento, se debe tener valores elevados de Lo/Do. Es común la colocación de placas de acero entre el contacto de la probeta y las cabeza de la maquina, con el objetivo de reducir la interferencia de la fricción, o en algunos casos se utilizan lubricantes entre la superficie y la probeta como se ve en la figura 5.

17 Figura 5. Curvas tensión-deformación real en un ensayo de compresión de una aleación Al-2% de Mg, para diferentes tipos de lubricantes (Adaptado del Metals Hanbook, v.8,1990)

18 Modos de deformación Material Ductil (a)pandeo, cuando Lo/Do >5 (b)cizallamiento, cuando Lo/Do>2.5 (c)barril doble, Lo/Do>2 (d)barril, cuando Lo/Do >2.0 y fricción en las superficies de contacto (e) Compresión homogénea cuando Lo/Do < 2.0 y no existe fricción en las superficies de contacto (f) Inestabilidad compresiva o ablandamiento del material por efecto de la carga

19 Se aplica la carga a la velocidad que especifica la norma correspondiente y se registra el valor, F, al que se produce la rotura. Entonces, la resistencia a la compresión vendrá dada por: σ c = F / A A = Área de la sección de la probeta donde se aplica la carga.

20 El ensayo de compresión es poco frecuente en los metales y consiste en aplicar a la probeta, en la dirección de su eje longitudinal, una carga estática que tiende a provocar un acortamiento de la misma y cuyo valor se irá incrementando hasta la rotura o suspensión del ensayo. El diagrama obtenido en un ensayo de compresión presenta para los aceros, al igual que el de tracción un periodo elástico y otro plástico.

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22 En esta fase la deformación elástica, el cuerpo vuelve a su tamaño original cuando se retira la carga de compresión En esta fase la deformación plástica, el cuerpo retiene una deformación residual después de ser descargado

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26 Tabla 1. Comparación de ciertas propiedades de algunos aceros sometidos a tracción y compresión

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28 Figura 6. Curva tensión-deformación verdadera en tracción y compresión para el Al.

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35 Resistencia a la compresión: Tensión al limite proporcional: En los metales muy maleables, que se deforman sin rotura, la tensión al límite proporcional resulta el único valor empleado a los fines comparativos. Tensión al límite de aplastamiento:

36 Acortamiento de rotura correspondiente al alargamiento de rotura por tracción. Ensanchamiento transversal. Corresponde a la estricción en tracción.

37 ENSAYO DE COMPRESIÓN A LOS ACEROS SAE 1015 Y SAE 1045 Del diagrama solo se pueden obtener valores de carga y no de deformación, ya que no se dispone del compresómetro (mide acortamientos en la probeta). Ambas probetas tienen dimensiones iniciales idénticas: hi (altura) = 30 mm di (diámetro inicial) = 20 mm Según la norma ASTM E9-81 la probeta se denomina probeta corta (ho = 0,8 a 2 do).

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39 Ensayo de compresión en el material SAE 1015 Del diagrama: F = Kgf Los valores siguientes corresponden cuando el ensayo se suspendió a los Kgf df = 24,43 mm => Sf = 468,74 mm² y hf = 21,38 mm Observación: El ensayo se suspendió a los Kgf debido a que la probeta se puede comprimir indefinidamente (material muy dúctil).

40 A = 314,16 mm² σ f = Kgf/314,16 mm² = 47,75 Kgf/mm² El valor de P f que corresponde al límite de aplastamiento es equivalente al de fluencia por tracción, no presentándose en forma tan nítida como este ni aun en los aceros muy blandos, por lo que generalmente se calcula, en su reemplazo, la tensión de proporcionalidad.

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42 Ensayo de compresión en el material SAE 1045 F = Kgf σ c = Kgf / 314,16 mm² = 54,51 Kgf/mm² Los valores al suspender el ensayo para Kgf son: df = 20,83 mm² => Sf = 340,45 mm² y hf = 27,42 mm (Valores de acortamiento y ensanchamiento al suspender el ensayo (a Kgf):

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44 Diagramas son los correspondientes a los ensayos realizados en el SAE 1015 y el SAE 1045

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