Los ensayos mecánicos se realizan para determinar las propiedades mecánicas de los materiales. Se determinan en el laboratorio para tratar de reproducir las condiciones a las que va a estar sometido el material. Los factores a tener en cuenta en un ensayo:
- Naturaleza de la carga aplicada: tracción, compresión o cizalladura.
- Duración o tiempo de aplicación: desde segundos hasta años según el ensayo.
- Condiciones ambientales: tratan de reproducir las condiciones a las que va a estar sometido el material.
ENSAYO DE TRACCIÓN
Es el ensayo más utilizado para medir la capacidad de soportar cargas en un determinado material (caracterización mecánica o resistente).
La información obtenida de este ensayo es muy completa, siendo posible determinar parámetros elásticos (módulo de Young), parámetros resistentes (límite elástico, resistencia mecánica) y parámetros de ductilidad (deformación bajo carga máxima, alargamiento en rotura, reducción de área).
El ensayo consiste en aplicar progresivamente carga a una probeta o muestra de material, generalmente hasta su fractura, con el propósito de determinar las propiedades mecánicas antes mencionadas.
Instrumentación
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| Máquina universal de ensayos (Aplicación controlada de cargas sobre el material) |
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| Células de carga (Registro continuo de la carga (F) aplicada al material) |
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| Extensómetro de pastillas (Registro continuo del alargamiento que experimenta el material) Su apertura inicial define la base de medida (L0) para el cálculo de la deformación. |
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| Extensómetro láser (Registro continuo del alargamiento que experimenta el material) Su apertura inicial define la base de medida (L0) para el cálculo de la deformación. |
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| Mordaza para probetas cilíndricas o planas |
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| Mordaza de cuña con autoapriete |
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| Mordaza de sistema neumático o hidráulico con control de presión |
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| Probetas estandarizadas cilíndricas |
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| Probetas estandarizadas planas |
Procedimiento del ensayo
Se establece una longitud de referencia (L0) para determinar el alargamiento en rotura.
Se determina la sección inicial (A0) de la probeta para calcular la reducción de área o estricción tras el ensayo.
Se colocan la probeta y el extensómetro.
Se aplica la carga progresiva, inicialmente a velocidad lenta (tramo elástico).
Se mide la longitud de referencia (Lf) de la probeta tras la rotura y se calcula el alargamiento en rotura.
Se mide la sección final (Af) de la probeta tras la rotura y se calcula la reducción de área o estricción.
Resultados
Como resultado del ensayo se obtiene un registro carga-alargamiento (F-DL) que puede convertirse de forma inmediata en tensión deformación (s-e):
Mediante análisis fractográfico es posible obtener información del material según el aspecto de las superficies de rotura:
ENSAYO DE COMPRESIÓN
En los ensayos de compresión la forma de la probeta tiene gran influencia por lo que todas ellas son de geometría y dimensiones normalizadas.
El ensayo, por lo general, se lleva a cabo comprimiendo una probeta cilíndrica o prismática entre los dos platos de una prensa hidráulica.
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| Prensa hidráulica |
Debido a la fricción entre la probeta y los platos de la prensa hidráulica, la superficie lateral de la probeta se abomba (efecto de abarrilamiento), ya que la fricción impide que las superficies superior e inferior de la probeta se expandan con libertad.
La resistencia a la compresión se calcula según:
Gráficamente, el diagrama de compresión es el siguiente:
En el diagrama se distinguen tres zonas:
Gráficamente, el diagrama de compresión es el siguiente:
En el diagrama se distinguen tres zonas:
- OA: zona donde el material puede recobrar su forma original si se deja de aplicar carga. Se puede aplicar la ley de Hooke.
- AB: zona de fluencia a parir de la cual la deformación es permanente.
- C: zona donde se produce la rotura o aplastamiento dependiendo del material ensayado.
ENSAYO DE FLEXIÓN
Es un ensayo habitualmente empleado en materiales frágiles (cerámicos o vidrios), aunque aplicable a materiales metálicos. La carga se aplica verticalmente en uno o dos puntos dando lugar a los ensayos de flexión de 3 ó 4 puntos.
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| Ensayo de flexión en 3 ó 4 puntos |
Los esfuerzos longitudinales en las probetas de flexión son a tracción en las caras inferiores de apoyo, y a compresión, en las caras superiores de aplicación de la carga.
La resistencia a la flexión se determina según:
ENSAYO DE TORSIÓN (CIZALLADURA)
Un material puede estar sometido a esfuerzos tangenciales, también llamados cortantes o de cizalladura, donde las fuerzas actúan paralelamente a un plano.
El método de ensayo para determinar las propiedades de los materiales frente a esfuerzos de cortante es el ensayo de torsión.
La relación del esfuerzo cortante a la deformación cortante en el rango elástico se conoce como módulo de rigidez o módulo de corte (G).
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