efectos de la humedad en uniones adhesivas con las

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Efectos de la humedad en uniones adhesivas con las

consideraciones de los efectos en cargas de impacto

Autor

DANIEL SUPELANO ACOSTA

Asesor

JUAN PABLO CASAS RODRÍGUEZ PhD

Jurado

JUAN SEBASTIAN NUÑEZ

Documento para optar al título de Ingeniería Mecánica

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

BOGOTÁ JUNIO DE 2015

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AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer primero que todo al profesor Juan Pablo Casas por su asesoría, apoyo y

colaboración durante el desarrollo de este Proyecto.

De igual forma deseo agradecer a los técnicos Jimmy Niño, Gerardo Hidalgo, Carolina Triviño y

Juan Carlos García por toda su colaboración al momento de la realización de toda la parte

experimental del proyecto y sus constantes consejos. Además a los técnicos del laboratorio ML-

027 por sus consejos y colaboración al momento del desarrollo de las probetas tanto adhesivas

como de aluminio.

Quiero dar un agradecimiento especial al ingeniero Camilo Hurtado por toda su colaboración y sus

consejos respecto al uso del adhesivo y del dispositivo de impacto por proyección vertical de

masas (DIPVM).

Finalmente deseo agradecer a mis papas y a mi hermana quienes me apoyaron constantemente

durante el desarrollo del proyecto y estuvieron pendientes y atentos del mismo.

“God made solids, but surfaces are the work of the devil”

Adams R.D

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TABLA DE CONTENIDO

AGRADECIMIENTO

LISTA DE TABLAS

LISTA DE ILUSTRACIONES

1 INTRODUCCION

1.1 Antecedentes

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo General

1.2.2 Objetivos Específicos

1.3 Contenido y Alcance del Proyecto

1.4 Motivación

2 MARCO TEORICO

2.1 Adhesivos

2.1.1 Ventajas

2.1.2 Desventajas

2.2 Uniones Adhesivas

2.2.1 Tipos de uniones adhesivas

2.2.2 Tipos de fallas de las uniones

2.3 Limpieza superficial del sustrato

2.3.1 Métodos

2.4 Control del espesor

2.5 Efectos de la Humedad

2.5.1 Prueba de humedad

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2.5.2 Ley de Fick

2.5.3 Coeficiente de difusión y porcentaje de masa saturada

2.6 Recuperación de la resistencia en estudios cuasi-estaticos

2.7 DIPVM

3 METODOLOGIA

3.1 Caracterización del espesor

3.2 Preparación del adhesivo

3.3 Caracterización de la humedad a temperatura ambiente

3.3.1 Modelo para determinar el coeficiente de difusión y el porcentaje de

masa saturada

3.3.2 Modelo para determinar el tiempo de estabilización

3.4 Caracterización cuasi-estática en probetas con arena de Ottawa

3.5 Tratamiento superficial y realización de probetas de traslape simple

3.6 Experimentación dinámica y cuasi-estática

4 RESULTADOS Y ANÁLISIS



4.1.2 Predicción tiempo de estabilización



4.3.1 Resultados cuasi-estaticos

4.3.2 Resultados dinámicos

4.3.3 Comparación según el tipo de falla

5

4.3.4 Relación dinámica y cuasi-estático con humedad

4.4 Caracterización DIPVM

5 CONCLUSIONES

6 TRABAJO FUTURO

7 BIBLIOGRAFIA

8 ANEXOS

6

LISTA DE TABLAS

Tabla 1: Propiedades de absorción de agua para adhesivos estructurales (Ashcroft &

Comyn, 2011), (Mubashar, 2010) & (Liljedahl, Crocombe, Wahab & Ashcroft, (2007).

Tabla 2: Rango de tamaños de la arena según norma ASTM G65-04(2010).

Tabla 3: Tamices utilizados en la caracterización del espesor según norma técnica ASTM

E11-15.

Tabla 4: Valores encontrados para el porcentaje de masa saturada y el coeficiente de

difusión utilizando el modelo de la sección 3.3.1 y los resultados experimentales.

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LISTA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1: Uniones adhesivas típicas (Casas, 2008).

Ilustración 2: Uniones adhesivas comunes en la ingeniería (Adams, Comyn & Wake, 1997).

Ilustración 3: influencia del tamaño del filete estudiando el esfuerzo de cizallamiento a

tensión para uniones de traslape doble (Adams, Comyn & Wake, 1997).

Ilustración 4: Crecimiento de grieta en capas de adhesivo (Dillard & Pocius, 2002).

Ilustración 5: Propagación de grieta en una superficie adhesiva (Adams, 2000).

Ilustración 6: Esfuerzo ultimo promedio de los especímenes en configuración de traslape

simple con una unión de 1 mm, 5 mm y 10 mm de espesor (Duarte, 2014).

Ilustración 7: Influencia del espesor en los adhesivos (Arenas, Narbon & Alia, 2010).

Ilustración 8: Efectos del espesor del adhesivo frente a fuerza de unión critica-epoxico EA-

934 (Anderson & DeVries, 1989).

Ilustración 9: Primera absorción para 1 mm de espesor en muestras de adhesivo,

condicionadas a 50℃ en agua des ionizada (Mubashar, 2010).

Ilustración 10: Comparación de la carga de falla y el tipo de falla en uniones en AL2024 O

después de condicionado a 50°C (Mubashar, 2010).

Ilustración 11: Modulo elástico como una función de la difusión de humedad condicionado

a 50°C (Mubashar, 2010).

Ilustración 12: Tiempo de inmersión contra módulo de Young y contra el limite elástico del

adhesivo (Oudad, Madani, Bachir, Belhouari, Cohendoz, Touzain & Feaugas, 2012).

Ilustración 13: Carga de falla para diferentes tipos de condicionamiento (Goglio & Rezaei,

2015).

Ilustración 14: Predicción de la carga ultima de falla para compuesto EA9321 en SLJ (Hua,

Crocombe, Wahab & Aschroft, 2006).

Ilustracion 15: DIPVM (a) Vista general, (b) Detalle martillo, (c) Zona de pruebas.

(Avedaño, 2013).

Ilustración 16: (a) Tamices utilizados segun norma tecnica E11-15. (b) Maquina utilizada

para el proceso de tamizaje. (c) Presentacion del resultado de la arena de Ottawa despues

del tamizajes.

8

Ilustración 17: Recipientes utilizados para ubicar los elementos necesarios en el proceso de

la realización del adhesivo.

Ilustración 18: Balanza Mettler AM100 resolución: 0.0001 g.

Ilustración 19: (a) Recipiente con arena de Ottawa. (b) Recipiente con parte A. (c)

Recipiente con parte B.

Ilustración 20: (a) Mezcla de los tres compuestos. (b) Forma final del adhesivo ubicado en

el último recipiente.

Ilustración 21: (a) Configuración del molde para curado de láminas de adhesivo (Mubashar,

2010). (b) Configuración realizada con el adhesivo epoxico EA934NA.

Ilustración 22: (a) Placa de adhesivo después de salir de la prensa mecánica. (b) Probetas de

adhesivos después de haber sido cortadas.

Ilustración 23: Dimensiones de la placa de acero y ubicación de las probetas, donde la

forma de las probetas está según la norma ASTM D638-10.

Ilustración 24: Probetas obtenidas a partir de la norma técnica ASTM D638-10.

Ilustración 25: Probeta de adhesivo según norma técnica ASTM D638-10 ubicado en la

máquina de ensayos universales Instron 3367.

Ilustración 26: Probetas lijadas.

Ilustración 27: Lijas de 150, 320 y 400 utilizadas para lijar la superficie de la unión.

Ilustración 28: (a) Superficie después de realizar sand blasting. (b) Superficie después de

limpiar con acetona.

Ilustración 29: Acetona a la izquierda, SIKA Cleaner en el centro y SIKA Primer a la

derecha.

Ilustración 30: Geometría de unión de traslape simple (sin escala) según BS ISO 4587:2003

(Mubashar, 2010).

Ilustración 31: Ubicación del adhesivo sobre la superficie de la probeta.

Ilustración 32: (a) Ubicación de los ganchos para ejercer presión. (b) ubicación de los

ganchos en los end tabs.

Ilustración 33: (a) probeta ya con todas las uniones realizadas. (b) unión de traslape simple

con filetes.

Ilustración 34: (a) unión adhesiva sin limar. (b) unión adhesiva después de limar.

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Ilustración 35: Elementos presentes en la sujeción en la DIPVM (a) Tornillo, arandela y

soporte. (b) Soporte, arandela, probeta, guasa, tornillo y soporte. (c) Soporte y tuerca de

seguridad.

Ilustración 36: Ubicación de la probeta en el soporte de la máquina de impacto.

Ilustración 37: Aumento de la humedad en el adhesivo en forma del porcentaje absorbido

sobre el área de las probetas para cuatro probetas diferentes.

Ilustración 38: Comparación del máximo y mínimo porcentaje de masa saturada propuesta

y el promedio experimental propuesto, dentro del rango de los porcentajes de masa.

Ilustración 39: Valor de porcentaje de masa saturada y coeficiente de difusión que mejor se

asemeja a los resultados experimentales según los resultados de la tabla 4.

Ilustración 40: Predicción del punto donde se estabilizara la absorción de humedad en el

adhesivo.

Ilustración 41: Esfuerzo máximo a tracción de probetas de adhesivo que no poseen arena de

Ottawa.

Ilustración 42: Esfuerzo máximo a tracción de probetas de adhesivo que poseen 1% de

arena de Ottawa.

Ilustración 43: Esfuerzo máximo a tracción de probetas de adhesivo que poseen 0,5% de

arena de Ottawa.

Ilustración 44: Resultados entre las probetas sometidas a tensión y las probetas sometidas a

impacto.

Ilustración 45: Datos obtenidos de someter las probetas a tensión junto con las barras de

error de los datos.

Ilustración 46: Datos obtenidos de someter las probetas a impacto junto con las barras de

error de los datos.

Ilustración 47: (a) tipo de falla para probeta sometido sin humedad. (b) tipo de falla para

probeta sometido durante 42 días a humedad.

Ilustración 48: Tipos de falla presente en las probetas que fueron sometidas a pruebas de

tensión en cada una de las probetas.

Ilustración 49: Tipos de falla presente en las probetas que fueron sometidas a pruebas

dinámicas en cada una de las probetas.

Ilustración 50: Porcentaje de humedad absorbido en promedio de las probetas de traslape

simple que fueron sometidas a tensión, impacto y en promedio de las ambas.

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Ilustración 51: Forma en que fallaron las probetas de traslape simple al momento de

someterse a cargas dinámicas.

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1. INTRODUCCIÓN

Los adhesivos son sustancias que al ser aplicadas entre dos cuerpos, fragmentos o

superficies son capaces de unir estas superficies evitando la separación. (Real Academia

Española, 2015). Existen diversos tipos de adhesivos como los poliuretanos, epóxicos,

siendo estos materiales poliméricos. Las uniones adhesivas son configuraciones en las que

se aplica el adhesivo y según como se aplique el adherente, las propiedades fisicomecánicas

de éste cambian. Sin embargo, los conocimientos que se tienen de estos son escasos y no se

han realizado análisis minuciosos de este tema.

Los adhesivos fueron descubiertos inicialmente en la naturaleza como adhesivos orgánicos,

siendo estos utilizados como tal desde hace miles de años; posteriormente, los humanos

comenzaron a adaptarlos para utilizarlos como adhesivos inorgánicos. Los adhesivos

orgánicos son aquellos que provienen, tanto de los vegetales (gomas naturales, dextrinas,

almidones), como de los animales (Colas de los animales, dedos de los Geckos, telaraña de

las arañas) y se encuentran en la naturaleza como las resinas sintéticas. Ahora bien, los

adhesivos inorgánicos son aquellos creados de forma no natural como el silicato sódico, los

adhesivos de caucho y los adhesivos estructurales. (Toral, 1957)

Los adhesivos al ser compuestos poliméricos son elementos que pueden tener diferentes

comportamientos: Pueden ser frágiles (presentan solo condición elástica), dúctiles

(presentan tanto condición elástica como plástica) y otras condiciones que aún no se han

estudiado, de la alta gama de adhesivos que existe. Al tener diferente comportamiento, los

estudios realizados en uno no son necesariamente compatibles con otros, por lo cual los

análisis no son reproducibles. Un ejemplo de lo anterior son los efectos de la humedad, lo

cual puede causar que el adhesivo pierda su rigidez y sus propiedades adherentes,

características que se han estudiado en baja medida, a causa de la alta cantidad de adhesivos

existentes.

Actualmente, se han desarrollado adhesivos sintéticos y se han utilizado para una alta gama

de funciones, principalmente en la aeronáutica, aviación, automovilismo, construcción

entre muchos otros ámbitos. Muchos países han utilizado los adhesivos con gran resultado

ya que, al estar la mayoría de ciudades sobre el nivel del mar, la humedad no ha sido un

problema de diseño, por lo que diferentes países han logrado desarrollar edificaciones sin

ninguna problemática.

Para el caso de Colombia, la situación no ha sido muy favorable, especialmente para

ciudades como Bogotá o Medellín, que están a una altura mayor a los 1000 m.s.n.m. Lo

anterior, puede causar que las condiciones de humedad sean un factor importante al analizar

el adhesivo a seleccionar. De igual forma en la aviación, las aeronaves son sometidas

constantemente a cambios de humedad, situación ésta que puede causar la disminución en

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las propiedades del adhesivo. Esta consideración no se ha tenido en cuenta en la mayoría de

los usos.

Como se dijo anteriormente, no se han realizado estudios a fondo de los adhesivos, lo que

genera que aún existan varias incógnitas sobre estos materiales. Una de las mayores

dificultades de los adhesivos, y en especial, de las uniones permanentes, es la

implementación del adhesivo para unir el sistema, ya que es difícil encontrar la situación

donde no se produzca ninguna porosidad ni imperfecciones sobre la unión. La falta de

correcta implementación del adhesivo es un error que puede causar que la unión falle, por

lo que, crear un método que pueda ser reproducible para los adhesivos es difícil y parte de

las propiedades del mismo depende en gran medida de las habilidades del operario,

teniendo en cuenta que nunca una unión será igual a la otra.

Con base en lo anterior, el adhesivo que se va a utilizar durante este proyecto se llama

Hysol EA934NA, que es una pasta de adhesivo epóxico con curado a temperatura

ambiente, que necesita para su aplicación de dos componentes parte A y parte B. Para

obtener el producto entre las partes A y B se debe mezclar cada 33g de parte B con 100g de

parte A en proporción. Es un adhesivo que resiste esfuerzos de hasta 21,4 MPa a

temperatura ambiente. Su módulo de elasticidad es del rango de 3790 Gpa y su resistencia a

la tensión es de 40 MPa, entre otras propiedades. Bajo estas propiedades se puede ver que

es un adhesivo industrial, altamente resistente y es importante revisar tanto la ficha de

seguridad como la ficha técnica al momento del uso (Henkel).

A continuación, se hará una revisión de los estudios que se han realizado de este tema,

luego, se establecerán los objetivos del proyecto, se procederá a mostrar el contenido y el

alcance de éste y, para finalizar este capítulo, se determinarán los motivos que se tuvieron

para realizar este proyecto.

1.1 Antecedentes:

Se han realizado estudios sobre control del espesor en uniones adhesivas, efectos de la

humedad en uniones adhesivas y la realización de pruebas de impacto por fatiga, estudios

que se explican a continuación:

En la Universidad de los Andes se han desarrollado varios proyectos para analizar el

comportamiento de los adhesivos según el espesor y la forma de la unión de las probetas

para la implementación en un avión de las Fuerzas Aéreas Colombianas. Parte de las

consideraciones que se deben tomar en estos análisis son los cambios de humedad los

cuales podrían degradar la unión y bajar la resistencia de su estructura. Según estos

experimentos se demostró que al aumentar el espesor disminuye la resistencia del material.

Sin embargo, existe un espesor ideal (teoría que se encontrará explicada en el marco

teórico) el cual va a proporcionar la mayor resistencia por parte del adhesivo y por parte de

la unión adhesiva.

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Igualmente se han hecho varios estudios de cómo se puede realizar el control de espesor en

uniones adhesivas. En la Universidad de los Andes se han analizado y utilizado algunos

métodos, que son importantes mencionar. Los métodos se dividen de acuerdo con su

espesor, esto es, si es mayor a 1 mm o menor a 1 mm. Para espesores mayores a 1 mm se

aconseja la utilización de placas rectificadas por una máquina de control numérico de tal

forma que se asegura el espesor (Duarte, 2014). Para el caso de espesores menores a 1 mm

se realizó un estudio donde se compararon dos métodos que utilizaban partículas inertes

donde el tamaño del espesor vendría siendo el tamaño de la partícula. Para ese caso se

compararon Micro-esferas y Arena de Ottawa como las partículas inertes, dando como

mejores resultados las Micro-esferas, el problema es que estas son más complicadas de

conseguir que la arena de Ottawa (Hurtado, 2014). Lo anterior, son consideraciones que se

deben tener durante el desarrollo del proyecto.

En el mundo ya se han realizado análisis sobre los efectos de la humedad en los adhesivos.

En estos estudios se ha podido principalmente comprobar cómo se comporta la absorción

de agua en los adhesivos y se explica cómo se puede comprobar el comportamiento a partir

de la ley de Fick (teoría que se explicará en el marco teórico). Además se demuestra que las

propiedades cuasi-estáticas disminuyen al aumentar la cantidad de humedad que absorbe el

adhesivo, pero es importante observar que este comportamiento varía según los materiales

utilizados al igual que el tratamiento superficial (Mubashar, 2010). También se ha

observado que frecuentemente a una baja humedad (<50%), la resistencia de los adhesivos

no cambia; se hizo un estudio en donde se realizó una unión aluminio-epóxico por un

periodo de 11 años con humedad controlada de laboratorio y durante este tiempo no se vió

afectada la resistencia del adhesivo (DeLollis, 1977).

Ahora bien, en cuanto a las pruebas que se han realizado, es importante hablar de la drop-

weight tester, respecto de la cual se han hecho experimentos tales como la prueba de

impacto por fatiga, teoría utilizada en el dispositivo de impacto por proyección vertical de

masas. Dentro de estas pruebas, se han realizado estudios en uniones de traslape simple

donde se utilizó GFRP por sus siglas en inglés ‘Glass Fiber Reinforced Plastics’ como

adherente y un adhesivo epóxico. Otros experimentos se han realizado bajo esta modalidad

de prueba pero modificando la configuración utilizada, con bloques de impacto modificado.

(Adams, 2000). En la Universidad de los Andes, se han desarrollado experimentos de este

estilo haciendo uniones de traslape simple y doble viga en cantiléver, utilizando como

sustrato la fibra de vidrio (Tellez, 2014). Otros han realizado estudios pero con

configuración lap strap joint y utilizando como sustrato fibras de carbono (Hurtado, 2014).

También se han intentado configuraciones más variadas como por ejemplo utilizar

estructuras tipo sándwich con núcleo de Honeycomb (estructuras hexagonales), para llevar

a cabo estas pruebas. (Avedaño, 2013). Los anteriores análisis fueron llevados a cabo

utilizando adhesivos comunes como los epóxicos o poliuretanos.

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1.2 Objetivos:

1.2.1 Objetivo General:

Caracterización de una unión adhesiva tipo traslape simple frente a cambios de humedad, al

ser sometido a cargas dinámicas, para conocer su comportamiento y resistencia dinámica.

1.2.2 Objetivos Específicos:

• Caracterizar la constante de difusión para determinar si existe un comportamiento

Fickiano dual en el adhesivo

• Determinar el método por el cual se pueda controlar el espesor de la unión adhesiva,

asegurando que no cambie las propiedades del adhesivo

• Generar uniones adhesivas de tipo traslape simple, a partir del tratamiento

superficial del sustrato

• Caracterizar las propiedades del adhesivo bajo esfuerzos a tracción.

• Comparar el estado de las uniones en pruebas dinámicas con las pruebas cuasi-

estáticas

• Generar una relación entre la humedad en la unión adhesiva y el decrecimiento de la

resistencia dinámica que este pueda generar.

1.3 Contenido y Alcance del proyecto

Habiendo establecido los objetivos, es procedente determinar el alcance del proyecto el

cual está determinado por una alta cantidad de variables a consideración. Existe una alta

cantidad de tipos de uniones tales como la unión de traslape simple, la de en forma de T, de

doble cantiléver; sin embargo, para este proyecto sólo se utilizará el tipo de unión de

traslape simple. De igual forma existe una gran variedad de tipos de adhesivos pero para

efectos prácticos se utilizará el epóxico Hysol EA 934 NA el cual se consigue en Colombia

y es de uso comercial para funciones aeronáuticas. Aunque existen varias clases de pruebas

diferentes, se utilizarán solo las pruebas dinámicas y cuasi estáticas para buscar la situación

en la que el adhesivo esté sometido a una condición crítica y conocer cuánto puede llegar a

resistir para cada valor de humedad, en comparación con valores estándares ya conocidos.

A partir de este punto y habiendo expuesto el capítulo 1 de Introducción, el documento se

divide en los siguientes capítulos:

El capítulo 2, contiene la revisión bibliográfica acerca de los adhesivos, las uniones

adhesivas y los efectos de la humedad de la misma. Además, introduce los métodos

comunes para realizar la limpieza de la superficie, estudios realizados con la máquina

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dinámica llamada dispositivo de impacto por proyección vertical de masas que de ahora en

adelante se llamará DIPVM.

El capítulo 3, presenta la metodología experimental y todas las normas y suposiciones que

se realizaron en cada etapa, incluyendo materiales y equipos. Lo anterior, se presentará

para cada uno de los métodos que se realizaron, tanto para caracterizar el material

(adhesivo), como para obtener los resultados del proyecto.

El capítulo 4, se enfoca en mostrar los resultados obtenidos durante la experimentación.

Resultados tanto en cuanto a la caracterización del adhesivo, como los resultados finales del

proyecto. Finalmente, se realizará un análisis de los diferentes resultados obtenidos para

mayor compresión del lector sobre los mismos.

El capítulo 5, presenta las conclusiones principales obtenidas en esta investigación, basados

tanto en los objetivos, si se obtuvieron, como en los resultados que son la base del proyecto.

El capítulo 6, propone trabajos futuros que se pueden realizar a partir de los resultados y

estudios que se encontraron durante el desarrollo del proyecto de grado.

1.4 Motivación

Como se dijo anteriormente, los adhesivos son utilizados para realizar uniones en

elementos mecánicos (aviones, vehículos), que son constantemente sometidos a cargas

dinámicas. Se conoce que la resistencia de los adhesivos es mayor para cargas dinámicas

que para cargas cuasi-estáticas, debido a la visco-elasticidad de estos. Lo anterior se da en

ambientes secos; sin embargo, aunque estos elementos están constantemente sometidos a

ambientes húmedos, se desconoce el comportamiento dinámico de los adhesivos en dichos

ambientes.

Por lo anterior, con este trabajo se busca demostrar si la humedad puede causar que la carga

dinámica sea más crítica que la carga cuasi-estática, cuando el adhesivo esté en continuo

contacto con un ambiente húmedo.

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2. MARCO TEORICO

Siendo los adhesivos la base de este proyecto, es importante conocer algunos aspectos

acerca de ellos, por lo que en el presente capítulo, se explicará que son y cómo se utilizan

los adhesivos, cuáles son sus ventajas y desventajas, que tipo de uniones adhesivas existen

y según este tipo de uniones por donde puede fallar el adhesivo, que consideraciones o que

acciones se deben tener en cuenta para realizar las uniones adhesivas, tanto de la limpieza

superficial como del control del espesor. Por último, se tratará el tema de los tres elementos

a analizar que son los efectos de la humedad, la recuperación que se ha presentado en

algunos estudios cuasi-estáticos y una pequeña introducción a la DIPVM, máquina utilizada

para realizar los ensayos de impacto.

2.1 Adhesivos:

Los adhesivos son compuestos poliméricos que sirven para realizar uniones entre dos

sustratos; existen una alta gama de adhesivos y una cantidad mayor de aplicaciones. Los

adhesivos se pueden clasificar de varias formas: 1) Por su química, donde se presentan

nombres como los epóxicos, los poliuretanos, los acrílicos entre otros. 2) Por su forma, ya

sea que estos se encuentren en forma líquida, en películas, en bolas, en pasta o cualquier

otra forma. 3) Por su tipo que está relacionado a su química en cuanto a que la fusión sea

caliente, caliente reactiva, sea sensible a la presión, al contacto o cualquier otro tipo. 4) Por

su capacidad de soporte de carga, donde se dividen en tres principales categorías,

estructurales, semi estructurales y no estructurales. (Budynas & Nisbett, 2012). 5) Por el

tipo de curado que realiza el adhesivo, donde el adhesivo puede curar rápido a temperatura

ambiente, tiene un rápido curado a altas temperaturas o tiene un curado lento a temperatura

ambiente (Adams, Comyn & Wake, 1997).

Existen una gran cantidad de tipos de adhesivos con características que causan algunas

ventajas y desventajas parecidas, aunque hay algunas características que son típicas de cada

clase de adhesivo. A continuación y por ser la clase de adhesivos a estudiar en este

proyecto de grado, se determinan las principales ventajas y desventajas que tienen los

adhesivos estructurales, así:

2.1.1 Ventajas:

El trabajo con los adhesivos tiene las siguientes ventajas: 1) Solo se necesita el adhesivo

para realizar la unión, cosa que no sucede con otros métodos como en uniones mecánicas

ya que en estas se debe utilizar una alta cantidad de materiales para realizar una unión. 2)

Otra ventaja es la transferencia total de la carga gracias a la ayuda de los filetes que se

utilizan en las uniones, donde estas son las que producen los mayores esfuerzos y de igual

forma son los que están distribuyendo el esfuerzo ejercido. 3) Otra ventaja es que las

uniones pueden ser reparadas hasta cierto nivel de daño, situación que no ocurre en las

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uniones mecánicas donde, si se llega a dañar algún componente, toca reemplazar el mismo

o cambiar el sistema. 4) Los adhesivos tienen una alta resistencia a la fatiga y por ser

elementos poliméricos tienen una alta resistencia a la corrosión a diferencia de las

soldaduras. 5) Los adhesivos no generan concentradores de esfuerzos, siendo una de las

características más beneficiosas de los adhesivos, ya que las cargas se distribuyen alrededor

de todo el adhesivo. (Heslehurst, 2013). 6) Además de las anteriores características físico-

químicas de los adhesivos, una de las ventajas para su uso es que son más baratos a

diferencia de otros tipos de uniones como las soldaduras. 7) Igualmente, una de las

características que más ha sido de utilidad para los diseñadores es su bajo peso comparado

con las uniones de soldadura (ideal para ser utilizado en automóviles y aviones), debido a

que los adhesivos tienen una baja densidad y son utilizados a bajos espesores. 8) por

último, otra ventaja importante es que los adhesivos estructurales resisten altas cargas y los

efectos de las cargas dinámicas no son tan críticos, gracias al efecto viscoelástico de los

mismos.

2.1.2 Desventajas:

Dentro de las desventajas que se encuentran al trabajar con adhesivos es la dificultad para

inspeccionar la correcta realización de la unión al igual que la correcta preparación de la

superficie; este es uno de los temas más relevantes al realizar la unión adhesiva, ya que la

correcta adhesión de este depende en gran medida de la correcta preparación superficial del

adherente. Otra desventaja de los adhesivos es que son materiales que pueden ser

fácilmente afectados por condiciones ambientales como la humedad, la temperatura entre

otros. Otro problema es que el espesor en que se puede trabajar es muy limitado y la

obtención del mismo es complicado, siendo esta una dificultad al momento de realizar la

unión. Al ser una unión no removible, esta no se puede desensamblar por lo que para

algunas funciones no es útil. (Heslehurst, 2013). Además, la necesidad de tener que

sostener los miembros que se están uniendo durante el tiempo de curado, causa un tiempo

perdido por parte del técnico, dependiendo de cómo se maneje y de igual forma la habilidad

y conocimiento previo es requerido para trabajar con el adhesivo de forma correcta y

utilizando la proporción adecuada (Adams, Comyn & Wake, 1997).

2.2 Unión Adhesiva

Los adhesivos se caracterizan por tener diferentes configuraciones, ya que no todos los

sustratos van a estar en la misma configuración al momento de la unión. Existe una alta

cantidad de tipos de unión así como de tipos de fallas de estas uniones, situación que

caracteriza el tipo de comportamiento que va a tener el adhesivo, ya que a diferentes

configuraciones tiene mayor a menor resistencia. El aumento o disminución de resistencia

puede ser causado por el aumento de área de contacto del adhesivo con los dos adherentes o

el área de contacto del adhesivo con el ambiente. Igualmente, donde exista una mayor

concentración de los esfuerzos al realizar un tipo de carga, puede variar según el tipo de

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unión realizado. Por lo anterior, es importante resaltar los tipos de uniones y los tipos de

fallas existentes para tener un primer alcance de cómo se puede comportar el material.

2.2.1 Tipos de uniones

En las ilustraciones 1 y 2 se observan los diferentes tipos de configuraciones que se pueden

realizar o por lo menos los más comunes. De estos los más analizados son los de unión en

doble cantiléver (doublé cantilever beam), lap strap joint y uniones de traslape simple

(single lap joint), siendo este último el más común y el más estudiado. Es importante

también ver que la mayoría de las configuraciones tienen un filete el cual sirve para evitar

mayores esfuerzos sobre la unión como tal; de igual forma, este componente es uno de los

elementos que sirven para analizar donde se va a propagar la grieta al momento de aplicarle

la carga y que tipo de falla presentará el adhesivo.

Ilustración 1 Uniones adhesivas típicas (Casas, 2008).

19

Ilustración 2 Uniones adhesivas comunes en la ingeniería (Adams, Comyn & Wake, 1997).

2.2.2 Tipos de fallas

Ahora bien, la teoría de falla de los adhesivos para uniones de traslape simple depende de

muchas variables, tales como, el tipo de limpieza que se realice en la superficie, el tamaño

del filete como se muestra en la ilustración 3 y las zonas por donde el adhesivo puede fallar.

Existen cuatro zonas por las que el adhesivo puede fallar dentro de la unión adhesiva como

se muestra en la ilustración 4, así: 1) Entre el adhesivo y el adherente (interfacial). 2)

Directo dentro del adhesivo (cohesivo). 3) En forma de onda dentro del adhesivo (cohesivo)

y, 4) Alternando entre las dos superficies adherentes (interfacial). Se ha encontrado que las

fallas comúnmente suceden entre el adhesivo y el adherente, pero como se dijo

anteriormente esto depende en gran medida de la limpieza superficial que se le realice al

sustrato.

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Ilustración 3 influencia del tamaño del filete estudiando el esfuerzo de cizallamiento a tensión para uniones de traslape doble (Adams, Comyn & Wake, 1997).

Ilustración 4 Crecimiento de grieta en capas de adhesivo (Dillard & Pocius, 2002).

21

Como se dijo anteriormente, uno de los métodos por el cual se puede determinar el tipo de

falla es por el tamaño del filete y por donde falle éste, siendo específica para

configuraciones que posean este comportamiento como por ejemplo las uniones de traslape

simple y de doble traslape. Existen tres configuraciones para este caso como se muestra en

la ilustración 5, las cuales son: a) Entre el adhesivo, b) entre el adhesivo y el sustrato donde

al terminar el filete se sigue propagando la grieta por el sustrato o c) entre el adhesivo y el

sustrato y al terminar el filete la grieta se cambia al siguiente sustrato. Es importante anotar

como se ve en la ilustración 5, que dependiendo de cómo falle el filete, tendrá una alta

influencia en como fallará la unión entre los sustratos. Es decir, la falla del adhesivo se

puede presentar como una combinación entre las ilustraciones 4 y 5.

Ilustración 5 Propagación de grieta en una superficie adhesiva (Adams, 2000).

2.3 Limpieza superficial

Uno de los elementos más importantes para asegurar las propiedades del adhesivo al

momento de realizar la unión, es el tratamiento superficial. Existe una alta cantidad de

técnicas y métodos para limpiar una superficie que aseguran sus propiedades; la mayoría de

técnicas o métodos suponen una alta dificultad en su realización, pero es importante tener

en consideración el alto rango de las mismas. A continuación, se presentan algunos de estos

métodos los cuales, por su complejidad, no van a ser aplicados en esta experimentación. El

método que se va a utilizar en el presente trabajo será expuesto en la metodología, donde se

explicará su función y el porqué de cada acción.

Para tener una mayor confianza sobre los resultados obtenidos tanto del tratamiento

superficial como la unión en general existen métodos que puede dar una mayor

confiabilidad del trabajo realizado. Para examinar el acabado de la superficie esta puede ser

examinada por Microscopia óptica, Microscopia electrónica y/o Profileometria. Para

examinar la efectividad de la unión adhesiva se puede utilizar la espectroscopia

fotoelectrónica de rayos X (XPS: X-ray photoelectron spectroscopy) o la espectrometría de

22

masa iónica secundaria (SIMS: Secondary ion mass spectrometry) (Adams, Comyn &

Wake, 1997).

2.3.1 Métodos

Los métodos utilizados en la limpieza superficial para superficies de aluminio y aleaciones

de aluminio dependen principalmente de las diferencias en los comportamientos de las

aleaciones y de los específicos requerimientos ambientales y procedimientos para pruebas.

Entre los posibles métodos utilizados se encuentran:

Ácido crómico anodizado, DTD 910C

Ácido crómico etch, DTD 915B

Ácido crómico anodizado, componentes Ciba

Ácido crómico etch, componentes Ciba

Ácido fosfórico anodizado, favorecido en USA

Ácido fosfórico anodizado, componente Ciba

Es importante considerar que si se cambia la superficie, los procedimientos de

pretratamiento de superficies cambian, en caso que ya no se utilice aluminio, sino plásticos

o algún otro metal (Adams, Comyn & Wake, 1997).

2.4 Control del espesor

Como se manifestó anteriormente, existen diversos estudios que se han dedicado a analizar

los efectos del espesor en las propiedades (resistencia) de las uniones adhesivas. En la

ilustración 6 se presentan resultados obtenidos en investigaciones en la Universidad de los

Andes según lo mencionado en la sección 1.1 (Duarte, 2014). En la ilustración 7, se puede

apreciar como existe un pequeño incremento en la resistencia del adhesivo a bajos valores

de espesor, luego el adhesivo llega a un pico donde alcanza un valor de 2 veces el radio de

la zona plástica y comienza a disminuir la resistencia si se aumenta el espesor del adhesivo.

En la ilustración 8, se pueden observar los resultados de un estudio que se realizó con el

adhesivo epóxico EA-934 (Adhesivo utilizado en este proyecto) donde al aumentar el

espesor, disminuye la resistencia del adhesivo. De la ilustración 8 es necesario realizar

estudios más precisos para determinar el espesor del adhesivo ideal o máximo, donde la

resistencia sea la mayor que puede proporcionar el adhesivo.

23

Ilustración 6 Esfuerzo ultimo promedio de los especímenes en configuración de traslape simple con una

unión de 1 mm, 5 mm y 10 mm de espesor (Duarte, 2014).

Ilustración 7 Influencia del espesor en los adhesivos (Arenas, Narbon & Alia, 2010).

24

Ilustración 8 Efectos del espesor del adhesivo frente a fuerza de unión critica-epoxico EA-934 (Anderson & DeVries, 1989).

Según la ilustración 9 existen 3 tipos de comportamientos que puede presentar el adhesivo

según el espesor del mismo: Primero, si el espesor utilizado del adhesivo es muy pequeño,

la zona plástica va a ser más grande comparado con la del espesor, causando que no se

pueda desarrollar completamente dentro del adhesivo. Segundo, si el espesor del adhesivo

es exactamente igual a la zona plástica entonces ésta se podrá desarrollar completamente

dentro de la capa del adhesivo causando que la tenacidad a la fractura alcance su máximo

valor. Tercero, cuando el espesor del adhesivo es mayor a la zona plástica, causando que se

desarrolle completamente la zona, pero mucho más rápido y esto causa que la tenacidad a la

fractura del adhesivo se vuelva independiente de la zona plástica y se produzca la fractura a

una menor resistencia. (Tellez, 2014).

2.5 Efectos de la Humedad

Es primordial conocer la importancia de la humedad al momento de analizar la resistencia

de las uniones adhesivas. El agua, como se sabe, está compuesta por una molécula de

oxígeno y dos de hidrógeno. Las uniones adhesivas en realidad son uniones de hidrógeno

entre el adhesivo y el sustrato, uniones que el agua muy fácilmente también puede realizar,

por lo que “compite” con las uniones del adhesivo. Lo anterior, causa que se debilite la

unión entre el adhesivo y el sustrato, afectando en gran forma la unión adhesiva. (Adams,

Comyn & Wake, 1997). Estas uniones de hidrógeno están compuestos por grupos

hidroxilos (OH-). La entrada de agua al adhesivo sucede por difusión, que es el transporte

de moléculas de forma aleatoria para moléculas en movimiento. También es importante ver

que los adhesivos pueden absorber humedad durante un largo tiempo, propiedad derivada

de ser un elemento polimérico. En los adhesivos cuando la mayor parte del volumen libre

es llenado con agua, el adhesivo se expande (aumenta de tamaño), para crear nuevos

espacios libres por donde pueda seguir ocupando espacio el agua (Mubashar, 2010).

25

Ahora bien, uno de los principales problemas que causa la humedad es la disminución de la

resistencia de la unión. La resistencia al inicio disminuye rápidamente y después de un

tiempo se estabiliza, es decir, el adhesivo encuentra un punto donde llega a su capacidad

máxima de absorción. Por lo anterior, se ha dicho que debe existir una concentración crítica

de humedad que el adhesivo pueda absorber, que depende de la humedad relativa de los

alrededores. Igualmente, la unión que absorbe humedad, al poseer un exceso en la

concentración de agua, puede causar una grieta en la interface entre el adhesivo y el

adherente (Adams, 2000).

Dentro de los análisis realizados en este ámbito se encuentran las diferentes combinaciones

por donde la humedad puede entrar dentro del adhesivo o puede entrar de tal forma que

afecte la unión general, tales como: 1) La difusión a través del adhesivo, siendo la forma

directa de absorción. 2) Absorción por parte del adherente siempre y cuando este sea

permeable. 3) El agua también se puede transportar a lo largo de la interface, el cual puede

ser el espacio entre el adhesivo y el adherente. 4) Por último, el agua puede entrar a través

de grietas que se hayan presentado en el adhesivo, causado por un mal tratamiento o que

haya podido aparecer después de un tiempo (Adams, Comyn & Wake, 1997).

2.5.1 Prueba de humedad

Una prueba de humidificación consiste en introducir humedad al material a diferentes

condiciones, donde la consideración de carga máxima hacia este elemento es un porcentaje

de humedad del 100%. Durante la prueba, se busca la masa inicial y la masa final para

conocer cuánta agua es absorbida por el material, en este caso, el material de adhesión y

encontrar el coeficiente de difusión del adhesivo.

2.5.2 Ley de Fick

La difusión es el gradiente de concentración basado en procesos y remoción de diferencias

potenciales químicas en los adhesivos para lograr un estado de equilibrio. (Mubashar,

2010). Es decir, la difusión es una alteración del estado por el cual un adhesivo, al estar

sometido a un ambiente húmedo para mantener el equilibrio de las partículas entre el

adhesivo y el ambiente, el adhesivo absorbe parte de estas partículas en su estructura y la

difusión es el gradiente de estas partículas al material. Existen algunos análisis sobre la

predicción de difusión de humedad en adhesivos que nos provee de la distribución de la

concentración de humedad en ellos. La descripción matemática de este fenómeno fue

presentado por Adolf Fick el cual relacionó la concentración de humedad o el diferencial de

masa que entra al adhesivo. Existen 3 tipos de comportamiento que pueden tener los

adhesivos al momento de absorber humedad, así: (Mubashar, 2010)

Caso 1: Difusión Fickiano: Este caso se presenta cuando la tasa de difusión es

menor a la tasa de relajación.

26

Caso 2: Difusión no Fickiano: Este caso se presenta cuando la tasa de difusión es

mayor a la tasa de relajación.

Caso 3: Difusión anormal: Este caso se presenta cuando la tasa de difusión y

relajación son la misma o muy cercana.

Ahora bien, si el polímero se comporta como el caso 1, siendo éste el más común, existen

dos tipos de comportamientos que puede presentar el adhesivo: El adhesivo se puede

comportar como un Fickiano simple (absorción hasta un punto de equilibrio) o como un

Fickiano dual (absorción hasta un punto de equilibrio y después de un tiempo se presenta

una segunda absorción). La presencia de este Fickiano dual es un problema para los

adhesivos y los análisis ya que cuando el adhesivo sigue absorbiendo por un segundo

período, esto disminuirá las propiedades del material en mayor medida, por lo que una de

las intenciones del proyecto es comprobar el tipo de comportamiento del adhesivo.

(Mubashar, 2010)

Para mayor comprensión del comportamiento de los adhesivos frente a esta ley, se

presentan la ecuación 1 y 2 que son respectivamente la ecuación de Fick y la difusión de

masa que se deriva de la ecuación de Fick. (Mubashar, 2010)

𝐹 = −𝐷𝑑𝐶

𝑑𝑥 (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 1)

𝑀𝑡 = (1 −8

𝜋2∑

1

(2𝑛 + 1)2𝑒

−𝐷(2𝑛+1)2𝜋2𝑡4𝑙2

∞

𝑛=0

) ∗ 𝑀∞ (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 2)

En la ecuación anterior, F es el flujo de difusión, D es el coeficiente de difusión, C es la

concentración de difusión, x es la coordinada espacial que se esté analizando, t es el tiempo

recorrido después de someter al adhesivo en agua, Mt es la masa absorbida en el intervalo

de tiempo t, 𝑀∞ es la masa saturada o el valor de la máxima masa a la cual va absorber y l

es la mitad del espesor que se esté realizando en la unión adhesiva (Mubashar, 2010).

Es importante observar que, según lo expuesto en la sección 1.1, existen adhesivos que

poseen un comportamiento doble Fickiano como se presenta en la ilustración 9, donde se

puede observar un incremento de la absorción por parte del adhesivo; posteriormente, se

llega a un valor constante de absorción de humedad y, después de un tiempo, se presenta

una segunda absorción; este comportamiento puede ser crítico para las uniones adhesivas.

27

Ilustración 9 Primera absorción para 1 mm de espesor en muestras de adhesivo, condicionadas a 50℃ en agua des ionizada (Mubashar, 2010).


Existen estudios que han determinado tanto los valores del coeficiente de difusión como el

porcentaje de masa saturada, en los cuales se han encontrado valores especializados para

una alta gama de adhesivo como se presenta en la tabla 1; en esta tabla, se pueden observar

valores de coeficientes de difusión desde 0,006 ∗ 10−12 𝑚2/𝑠 hasta 4,7 ∗ 10−12 𝑚2/𝑠 y

valores de porcentaje de masa saturada desde 0,73% hasta 8,6% (Ashcroft & Comyn,

2011).

Tabla 1 Propiedades de absorción de agua para adhesivos estructurales (Ashcroft & Comyn, 2011), (Mubashar, 2010) & (Liljedahl, Crocombe, Wahab & Ashcroft, (2007).

Adhesive Temperature (°C)

D (10^(-12) m^2/s)

ME (%) Referencia

Nitrile-phenolic 25 3,3 1,5 Ashcroft & Comyn, 2011

50 4,7 4,5 Ashcroft & Comyn, 2011

Vinyl-phenolic 25 1,8 3,5 Ashcroft & Comyn, 2011

50 2,3 8,6 Ashcroft & Comyn, 2011

DM1000 epoxide-polamide 1 0,075 (20,4) Ashcroft & Comyn, 2011

25 1,1 (15,8) Ashcroft & Comyn, 2011

50 3,2 (15,5) Ashcroft & Comyn, 2011

FM73-M Epoxy (first absorption)

50 1,17 3,7 Mubashar, 2010

70 3,33 8,5 Mubashar, 2010

FM73-M Epoxy (second absorption)

50 1,49 4 Mubashar, 2010

70 3,05 8,6 Mubashar, 2010

28

FM73 Epoxy 50 0,522 1,2 Liljedahl et al, 2007

Acrylic adhesives toughened with Chlorosulfonated

polyethylene

23 0,64 0,73 Ashcroft & Comyn, 2011

37 1,2 0,82 Ashcroft & Comyn, 2011

47 0,94 3,27 Ashcroft & Comyn, 2011

Acrylic adhesives toughened with Nitrile rubber

23 0,19 1,72 Ashcroft & Comyn, 2011

37 0,28 2,99 Ashcroft & Comyn, 2011

47 0,66 3,89 Ashcroft & Comyn, 2011

DGEBA with hardener Di(1-aminopropylethoxyether)

25 0,13 5 Ashcroft & Comyn, 2011

45 0,46 4,7 Ashcroft & Comyn, 2011

DGEBA with hardener Triethylene tetramine

25 0,16 3,8 Ashcroft & Comyn, 2011

45 0,32 3,4 Ashcroft & Comyn, 2011

DGEBA with hardener 1,3-diaminobenzene

25 0,19 2,3 Ashcroft & Comyn, 2011

45 0,97 3,1 Ashcroft & Comyn, 2011

DGEBA with hardener Diaminodiphenylmethane

25 0,0099 4,1 Ashcroft & Comyn, 2011

45 0,006 1,6 Ashcroft & Comyn, 2011

Los valores de ME entre paréntesis no son valores de equilibrio verdaderos, sino máximo porcentaje

absorbido en sistemas donde después existió una pérdida de peso.

2.6 Recuperación de la resistencia en estudios cuasi-estáticos

Diferentes investigaciones han encontrado un comportamiento particular respecto a los

resultados que se esperarían comúnmente en una prueba cuasi-estática para adhesivos

sometidos a diferentes cargas de humedad. En la ilustración 10 se puede observar este

comportamiento, donde después de un tiempo se presenta una recuperación de la resistencia

del material luego de haber aumentado la humedad absorbida por el adhesivo. Esta

situación se ha explicado en varios estudios determinando que ocurre debido a la

plastificación causada por el ingreso de humedad degradando el módulo de elasticidad, lo

que disminuye el límite elástico del adhesivo y causa una relajación de los esfuerzos

(Mubashar, Ashcroft, Critchlow & Crocombe, 2009). La relajación de los esfuerzos causa

que se recupere parte del tipo de falla cohesivo y parte de la resistencia, presentándose así

la recuperación. En la ilustración 10 justamente se puede ver esta relación entre la carga de

falla máxima por parte del adhesivo y el tipo de falla de la unión y se puede observar que

existe una relación directa entre estos dos factores, ya que, al mismo tiempo que se aumenta

la carga de falla del adhesivo, igualmente se recupera parte de la falla cohesiva del material.

29

Ilustración 10 Comparación de la carga de falla y el tipo de falla en uniones en AL2024 O después de condicionado a 50°C (Mubashar, 2010).

Ya en la ilustración 11 y 12 se puede observar justamente la relación que existe entre el

módulo de elasticidad y el porcentaje de humedad absorbido; según la explicación

presentada anteriormente. Es importante tener en cuenta que, al hablar del límite elástico

del adhesivo se puede apreciar que se está trabajando con un material dúctil, como se

observa en la ilustración 12.

Ilustración 11 Modulo elástico como una función de la difusión de humedad condicionado a 50°C (Mubashar, 2010).

30

Ilustración 12 Tiempo de inmersión contra módulo de Young y contra el limite elástico del adhesivo (Oudad, Madani, Bachir, Belhouari, Cohendoz, Touzain & Feaugas, 2012).

En otros estudios que se han realizado, se da este mismo tipo de comportamientos en

materiales frágiles como se puede observar en las ilustraciones 13 y 14, pero los autores no

han logrado explicar el porqué de este comportamiento o cual sería la causa del mismo. Por

lo anterior, es importante determinar si en los materiales frágiles existe esta relación entre

la carga de falla y el tipo de falla e, igualmente, si el módulo de elasticidad disminuye al

aumentar la humedad absorbida, para comprobar si el comportamiento dúctil es

reproducible para el comportamiento frágil.

31

Ilustración 13 Carga de falla para diferentes tipos de condicionamiento (Goglio & Rezaei, 2015).

Ilustración 14 Predicción de la carga ultima de falla para compuesto EA9321 en SLJ (Hua, Crocombe, Wahab & Aschroft, 2006).

2.7 Análisis de impacto

Una prueba de impacto consiste en realizar golpes controlados a un material. Los golpes

tienen una fuerza controlada, pero la alta velocidad producida por ellos, causa que pasen

vibraciones de una gran amplitud, afectando en gran medida el material, siendo esta una de

las pruebas donde se ejerce una mayor fuerza sobre la probeta. Entre las pruebas de impacto

existentes se conoce la drop weight test que es un método de impacto tradicional utilizado

32

comúnmente en probetas de traslape simple. Este tipo de pruebas es utilizado

principalmente para realizar pruebas de impacto por fatiga, donde estudios anteriores han

demostrado que la fatiga causa el deterioro de la resistencia del material (Adams, 2000).

La Universidad de los Andes posee la máquina DIPVM, diseñada específicamente para

experimentos de drop weight test. Esta máquina fue diseñada para realizar impactos, donde

se pueden variar la altura de la masa o del proyectil para aumentar o disminuir la fuerza la

cual se está aplicando a la probeta. Una de las variables que se trabajan al utilizar la

máquina de impacto es el factor de amortiguamiento que es el tiempo en el que los

amortiguadores detienen el golpe del proyectil. La distancia recorrida por el martillo o

proyectil sirve para encontrar la velocidad con la que éste impacta la probeta. Los

resultados son dados por la máquina, donde se puede determinar el tiempo que se demoró el

martillo en realizar el golpe y la fuerza con la que realiza éste, pudiendo entonces establecer

la energía que es aplicada a la probeta. En la ilustración 15, se puede apreciar la vista

general y en detalle el martillo y la zona de prueba para la DIPVM ubicada en la

Universidad de los Andes.

Ilustración 15 DIPVM (a) Vista general, (b) Detalle martillo, (c) Zona de pruebas. (Avedaño, 2013).

33

3. METODOLOGIA

Para la experimentación se realizaron unos pasos específicos para el desarrollo de cada una

de las caracterizaciones. Como es importante tener un alto control de las variables en el

experimento, el análisis de estos se determinó así: Primero, se realizó una caracterización al

espesor, donde se buscó si el tamaño de las partículas inertes era el adecuado. Segundo, se

buscó caracterizar la humedad para observar si se encontraba un segundo Fickiano en el

adhesivo y si no, de igual forma poder observar cual era la máxima proporción de humedad

que puede absorber el adhesivo desarrollando dos modelos por los cuales se puedan

determinar el coeficiente de difusión y el porcentaje de masa saturada y el tiempo de

estabilización al haber obtenido estos dos valores. Tercero, se buscó caracterizar el material

para comprobar que los resultados eran parecidos a los presentados en la ficha técnica,

asegurar un correcto uso del adhesivo y poder comprobar la influencia de las partículas

inertes en el adhesivo. Cuarto, se buscó realizar la experimentación para poder resolver el

objetivo general del proyecto que es realizar la experimentación tanto dinámica como

cuasi-estática.

3.1 Caracterización del espesor

Para poder comprobar el espesor al cual iba a trabajar el adhesivo se seleccionó como

partícula inerte la arena de Ottawa, la cual era fácil de conseguir. Según la norma ASTM

G65-04 (2010) se encuentran las especificaciones de los tamaños de arena y se comienza a

categorizar la misma según el tamaño. En la tabla 2 se encuentran los valores de los

tamaños de la arena. De esta tabla se puede concluir que la arena se presenta en un rango

entre 425 µm y 150 µm siendo éste muy grande comparado al deseado pues el espesor

podría llegar a ser 150 o 425 µm, entonces se realiza un tamizado.

Tabla 2 Rango de tamaños de la arena según norma ASTM G65-04(2010).

U.S. Sieve Size Sieve Opening % Retained on Sieve

40 425 µm (0.0165 in.) none

50 300 µm (0.0117 in.) 5 max

70 212 µm (0.0083 in.) 95 min

100 150 µm (0.0059 in.) none passing

El tamizado es un proceso por el cual se busca dividir la arena de Ottawa en diferentes

tamaños, para reducir el rango que presenta la norma técnica, de tal forma que se utiliza la

norma ASTM D422-63(2007) para lograr este cometido el cual presenta el procedimiento

necesario. Para esto, se utilizaron tamices de los tamaños según los presentados en la norma

técnica ASTM E11-15 los cuales se pueden observar en la tabla 3. Estos tamices se

determinan en la ilustración 16a y en la ilustración 16b donde se presenta el montaje por el

34

cual se realiza el tamizaje y en la ilustración 16c se muestra como es el resultado de la

arena en uno de los tamices.

Tabla 3 Tamices utilizados en la caracterización del espesor según norma técnica ASTM E11-15.

Designación del Tamiza Diámetro del alambre

80 180 µm

70 212 µm

60 250 µm

50 300 µm

40 425 µm

30 600 µm

Ilustración 16 (a) Tamices utilizados segun norma tecnica E11-15. (b) Maquina utilizada para el proceso de tamizaje. (c) Presentacion del resultado de la arena de Ottawa despues del tamizajes.

Como no se han realizado análisis más profundos que determinen cual es el espesor óptimo

del adhesivo, se utilizó el rango de los resultados entre 425 µm y 600 µm, según los

estudios realizados por Anderson y DeVries donde el adhesivo tiene una alta capacidad de

resistir la falla a un espesor entre 0,13 mm y 0,6 mm, utilizando como adhesivo el EA934

(Anderson & DeVries, 1989); ahora bien, Srivastava en sus esudios presentó que los

adhesivos trabajaban muy bien en un rango entre 0,44 mm y 0,54 mm para un adhesivo

diferente al EA934NA (Srivastava, 2002). Por lo anterior, se decidió utilizar los resultados

de ambos estudios para encontrar el rango en el cual debe trabajar el adhesivo.

35

3.2 Preparación del adhesivo

Para realizar el adhesivo se debe utilizar recipientes para ubicar cada una de los

compuestos, esto es, se necesita la parte A, la parte B y un tercer recipiente donde se hace

la mezcla de ambos componentes. En algunos casos, se necesitará un cuarto recipiente para

realizar las probetas con arena de Ottawa, pues se utilizarán durante la experimentación

dinámica. Es aconsejable recortar parte de la punta del recipiente en donde se van a unir los

compuestos ya que facilita la mezcla del mismo. Los recipientes se presentan en la

ilustración 17. Teniendo los recipientes y los elementos se procede a medir con una balanza

digital las masas de los vasos antes y después de haber agregado el elemento según la

proporción que uno requiera. La balanza digital utilizada fue la Balanza Mettler AM100

presentada en la ilustración 18. Cuando se obtenga la proporción necesaria de parte A, parte

B y arena de Ottawa como se presenta en la ilustración 19 a, b y c, se procede a mezclarlos

en el último recipiente y con una pala de madera se procede a mezclar los compuestos

como se presenta en la ilustración 20 a y b, hasta que no quede rastro individual de ninguno

de los elementos, obteniendo así el adhesivo que se ubicará en la prensa mecánica o para el

uso que se le vaya a dar. Este procedimiento se utiliza para cada uno de los métodos,

exceptuando a una de las probetas de caracterización cuasi-estática en probetas con arena

de Ottawa, ya que no se introducirá arena en una de las probetas para comparar el

comportamiento del adhesivo según la ficha técnica.

Ilustración 17 Recipientes utilizados para ubicar los elementos necesarios en el proceso de la realización del adhesivo.

36

Ilustración 18 Balanza Mettler AM100 resolución: 0.0001 g.

Ilustración 19 (a) Recipiente con arena de Ottawa. (b) Recipiente con parte A. (c) Recipiente con parte B.

37

Ilustración 20 (a) Mezcla de los tres compuestos. (b) Forma final del adhesivo ubicado en el último recipiente.


La caracterización de la humedad se realiza para observar si existe o no un comportamiento

Fickiano doble por parte del adhesivo, ya que al momento de realizar la experimentación

esto podría afectar los resultados obtenidos, causando que existan variaciones en la

resistencia respecto a este elemento. Se van a realizar dos experimentos para poder

determinar si se presenta el doble Fickiano y determinar tanto la constante de difusión del

adhesivo como el diferencial de humedad del mismo o también conocido como el 𝑀∞.

Antes de comenzar la experimentación, se deben desarrollar las probetas. El sistema que se

encuentra en la ilustración 21 a y b, se puede observar que se utilizan placas de aluminio

(top y botton plate) como bases para ejercer la fuerza; luego se utilizan dos hojas de papel

teflón (PTFE film) con el objetivo de que el adhesivo no se adhiera a las placas de

aluminio; después se utiliza un molde (mould), en este caso de dimensiones

100X100X1mm, de tal forma que se obtendrá una placa con dichas dimensiones;

posteriormente se ubica un desmoldante de silicona sobre el molde para que el adhesivo no

se adhiera al molde y se culmina ubicando el adhesivo dentro del molde. Ya teniendo el

sistema, se coloca en una prensa mecánica junto con el adhesivo utilizando el

procedimiento de la sección 3.2.

38

Ilustración 21 (a) Configuración del molde para curado de láminas de adhesivo (Mubashar, 2010). (b) Configuración realizada con el adhesivo epoxico EA934NA.

Para la realización de las probetas en la prensa mecánica se debe trabajar según la ficha

técnica del adhesivo donde dice que el curado se debe realizar a una temperatura de 93℃,

se debe dejar durante 1 hora (Henkel) y se aconseja utilizar una presión de 50 psi sobre el

sistema (Hurtado, 2014). También es aconsejable realizar al menos 10 ciclos donde se

aprete y se aligere la carga al inicio del proceso para que se distribuya el adhesivo alrededor

de todo el molde y no queden poros sobre el mismo.

Una vez se obtiene la placa de adhesivo como se presenta en la ilustración 22a, se procede a

cortarla en las diferentes probetas que se vayan a utilizar, se puede usar un motor tool o

alguna otra herramienta de corte para este fin, dando como resultado las probetas como se

presenta en la ilustración 22b. En este caso, se toma una placa de dimensiones 100mm x

100mm x 1mm y las probetas tienen las dimensiones aproximadas de 47mm x 30mm x

1mm, debido a los errores que se pueden presentar al momento de cortar la placa.

39

Ilustración 22 (a) Placa de adhesivo después de salir de la prensa mecánica. (b) Probetas de adhesivos después de haber sido cortadas.

Ya teniendo las probetas se procede a realizar las pruebas de humedad a temperatura

ambiente donde es necesario liberar la probeta de cualquier tipo de humedad que haya

adquirido entre el tiempo que se sacó de la prensa y el momento que se introdujo en un

recipiente con agua. Para lograr lo anterior, se utiliza la norma ASTM D570-98(2010) en

la cual se especifica que las probetas se deben dejar en un horno durante 1 hora a 110℃.

Posterior a esto, se procede a ubicarlas en un recipiente con agua destilada (Mubashar,

2010) a temperatura ambiente, tomando los datos de la absorción por parte del adhesivo en

la Balanza Mettler AM100 y midiendo la masa inicial de las probetas y la masa a cada uno

de los diferentes valores medidos.

Para la realización de estas pruebas es necesario tener en cuenta las siguientes

recomendaciones: Utilizar guantes de nitrilo al momento de sacar las probetas del agua para

no contaminar el agua destilada. Para un secado mucho más efectivo utilizar papel de

pañuelo (paper tissue) (Mubashar, 2010). Cuando se vaya a medir la masa tomar una base

de que valor se va a tomar, ya que en una balanza de alta resolución los valores pueden

cambiar y es mejor trabajar con un estándar propuesto por el ingeniero.

Es importante utilizar la ecuación 3 que es una adaptación de la ecuación presentada por

Mubashar como se muestra en la ecuación 4, para encontrar el porcentaje absorbido por una

probeta, es decir, para los valores encontrados de masa final y según el área de cada

probeta se debe de hallar el porcentaje de masa absorbido sobre área para analizar de forma

más correcta los datos.

𝑀𝑡𝐴 =𝑀𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑀𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑀𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100% 𝐴⁄ (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 3)

40

𝑀𝑡 =𝑀𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑀𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑀𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙∗ 100% (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 4)

De las ecuaciones, 𝑀𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 es la masa después de la absorción, 𝑀𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 es la masa antes de

la absorción y A es el área de la probeta que está en contacto con la humedad.

3.3.1 Modelo para determinar el coeficiente de difusión y el porcentaje de masa

saturada

Para poder desarrollar un modelo por medio del cual se pueda determinar el coeficiente de

difusión y el porcentaje de masa saturada, es importante utilizar el modelo de Fick

(ecuación 2). Al utilizar este modelo, se encuentran dos variables con las cuales se puede

determinar el comportamiento de la unión adhesiva, a saber: a) El coeficiente de difusión

(D) y, b) el porcentaje de masa saturada (𝑀∞). Ahora bien, para hallar estos dos valores se

debe realizar el procedimiento que se describe a continuación: Primero, se debe seleccionar

valores de porcentaje saturado máximo y mínimo, donde el mínimo sea un valor muy

cercano al valor experimental al cual se haya encontrado, dependiendo siempre del rango

en que se esté presentando la absorción y el máximo un valor que ya el ingeniero considere

lo suficientemente alto para que el adhesivo no presente este comportamiento. Segundo, se

encuentra el valor de difusión utilizando como 𝑀∞ el propuesto por el ingeniero y haciendo

uso del tiempo utilizado experimentalmente, se varía el coeficiente de difusión hasta

encontrar un 𝑀𝑡 de por lo menos 3 décimas de exactitud en comparación con el obtenido

experimentalmente. Tercero, se prosigue con la graficación de los valores máximos y

mínimos propuestos por el ingeniero y, si los valores experimentales no entran dentro del

rango propuesto, se seleccionan nuevos valores máximo o mínimo. Cuarto, se procede a

encontrar el error presente en la simulación utilizando la ecuación 5 y 6,

𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = |𝑀𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 𝑀𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜| (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 5)

𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ = ∑𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟𝑖

𝑛

𝑛

𝑖=1

(𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 6)

donde n es el número de tiempo que se tomaron y puntos que se compararon, y para cada

tiempo se tiene un valor de error, donde se obtiene la diferencia entre la masa experimental

y la masa teórica propuesta. (Lienhard & Beckwith, 1993)

Quinto, se procede a proponer nuevos valores del porcentaje de masa saturada y se repiten

los pasos del 2 al 4 hasta encontrar un valor, tanto del porcentaje de masa saturada, como

del coeficiente de difusión que produzca el menor error del porcentaje de masa saturada.

Es importante anotar que si el porcentaje de masa saturada es inferior al real, la gráfica se

estabilizará a una mayor velocidad causando que los valores del porcentaje de masa sean

mayores a un menor tiempo en comparación con los datos experimentales. Por otro lado, si

41

el porcentaje de masa saturada es superior al real, la gráfica se estabilizará en una menor

velocidad causando que los valores del porcentaje de masa sean menores a un menor

tiempo en comparación con los datos experimentales. Según esto, se puede encontrar que

existe una relación entre el comportamiento de la gráfica y el porcentaje de masa saturada,

de tal forma que se pueda hallar una curva parecida a la experimental al variar el porcentaje

de masa saturada y adaptar el coeficiente de difusión.

3.3.2 Modelo para determinar el tiempo de estabilización

Cuando existe el caso en que la curva de absorción de humedad no llega a un valor

constante, se puede encontrar el tiempo en que la curva se estabiliza; para lograr esta

situación, se utiliza el modelo de Fick, donde se aumenta el valor del tiempo

considerablemente y se busca el valor en el que se considere que se estabiliza el tiempo.

Para encontrar el tiempo en que la humedad sea constante, se debe tener una confianza del

99%, de tal forma que cuando se realice la gráfica en el tiempo que se presente este valor,

será la situación en que se considere que la curva es constante. Es importante asumir un

valor menor al 100% ya que el modelo de Fick presenta un comportamiento asintótico por

lo que el modelo no convergerá en el valor del porcentaje de masa saturada y la medición

no llegará a este valor propuesto teóricamente. Además, en los estudios realizados respecto

a este tema no se encuentra un valor que se considere que la absorción de humedad llegó a

un valor constante, por lo que se decidió utilizar el valor de 99% para la obtención de una

alta confiabilidad al dato estimado.


Para la experimentación cuasi-estática es necesaria la realización de una placa de acero, ya

que según la norma, las probetas necesitan ser de 4mm de espesor. Por lo anterior, se debe

conseguir una placa de acero inoxidable y realizan los cortes de la placa como se muestra

en la ilustración 23. Ya teniendo el molde, se procede a obtener la placa de adhesivo

correspondiente como se explicó en la sección 3.3, donde se busca obtener una placa de 97

cm X 135 cm con un espesor de 4mm. Al obtener esta placa y utilizando adhesivo como se

explicó en la sección 3.2 se hace uso de una CNC (Control numérico por computador), la

cual dá las dimensiones de las probetas según la norma técnica ASTM D638-10 como se

presenta en la ilustración 23, obteniendo las probetas necesarias para la experimentación

como se presenta en la ilustración 24.

42

Ilustración 23 Dimensiones de la placa de acero y ubicación de las probetas, donde la forma de las probetas esta según la norma ASTM D638-10.

Ilustración 24 Probetas obtenidas a partir de la norma técnica ASTM D638-10.

Para finalizar la experimentación, se someten las probetas a pruebas cuasi-estáticas en la

máquina de ensayos universales Instron 3367 como se presenta en la ilustración 25. Para lo

anterior, se toma la medida tanto de espesor como de ancho en la sección pequeña donde se

va a fracturar el adhesivo, para calcular así el esfuerzo que resisten las probetas. Además de

lo anterior, es importante considerar que según la norma técnica ASTM D638-10 se debe

aplicar la fuerza a una velocidad de 5 mm/min para probetas de adhesivo.

43

Ilustración 25 Probeta de adhesivo según norma técnica ASTM D638-10 ubicado en la máquina de ensayos universales Instron 3367.

3.5 Tratamiento superficial y realización de probetas de traslape simple

Para realizar las probetas de traslape simple es necesario un tratamiento superficial sobre la

superficie de las probetas de aluminio 7075. Primero, se cortan las probetas a partir de una

placa utilizando una cizalla para tal fin e igualmente se debe limar las superficies para que

no queden poros o alguna otra imperfección en las probetas. Cuando se tengan las probetas,

se procede a lijar a la superficie de la probeta donde se aplicará el adhesivo entre la unión

de las dos probetas y en el punto donde se ubica el end tab, situación que se puede observar

en la ilustración 26. Para la realización de esta acción se deben utilizar 3 valores de lijas así:

Primero, se aplica la lija de 150, luego se utiliza la lija de 280 y se finaliza con la lija de

400; las lijas se muestran en la ilustración 27. El lijado es principalmente para dar una

primera limpieza de la suciedad que puede presentar estas probetas.

44

Ilustración 26 Probetas lijadas.

Ilustración 27 Lijas de 150, 320 y 400 utilizadas para lijar la superficie de la unión.

Una vez lijadas las probetas, se realiza un proceso de sand blasting, consistente en disparar

arena a alta velocidad sobre la superficie, para que otorgue una superficie rugosa y lograr

que la adhesión sea mucho mejor por parte del adhesivo; en la ilustración 28a se presenta el

resultado obtenido de realizar este tratamiento superficial. Es importante tener en cuenta

que este tratamiento se debe realizar solo en donde se vaya a ubicar la unión de traslape

simple, ya que en donde se ubiquen los end tabs, no es necesario realizar el sand blasting,

pues no se necesita una alta fuerza en la unión adhesiva. Posterior a realizar el sand

blasting, se procede a limpiar la suciedad dejada por este tratamiento utilizando acetona

para dar una mayor limpieza; el resultado de utilizar acetona se presenta en la ilustración

28b y la acetona se presenta en la ilustración 29.

45

Ilustración 28 (a) Superficie después de realizar sand blasting. (b) Superficie después de limpiar con acetona.

Después de la acetona, se debe aplicar el SIKA Cleaner 205, producto de limpieza de

superficies de aluminio para dar un tratamiento final y asegurar la limpieza final de las

probetas. De igual forma, según la ficha técnica se debe aplicar este producto por un

intervalo de tiempo entre 10 minutos y 2 horas, ya que un tiempo mayor, a este puede

inactivar la actividad del limpiador. Un ejemplo de este limpiador se presenta en la

ilustración 29. Para finalizar se aplica el SIKA Primer 210, siendo este producto el

activador que ayuda a aumentar la resistencia por parte del adhesivo y al terminar de aplicar

el SIKA Primer, se termina el procedimiento correspondiente a la limpieza superficial. Un

ejemplo del Primer se presenta en la ilustración 29.

Ilustración 29 Acetona a la izquierda, SIKA Cleaner en el centro y SIKA Primer a la derecha.

Para realizar las probetas de traslape simple, se mide la cantidad de adhesivo

correspondiente según el procedimiento presentado en la sección 3.2 y se aplica éste sobre

la superficie. Es importante anotar que las dimensiones, tanto de la probeta como de la

unión, se realizan según la norma técnica BS ISO 4587:2003, lo cual se observa en la

ilustración 30. En el caso trabajado, se utilizan unos filetes que cubran toda la sección

46

vertical en el punto de adhesión, para otorgar una mayor resistencia a la unión adhesiva.

Ahora bien, para lograr la unión, se procede a aplicar el adhesivo en la superficie como se

muestra en la ilustración 31, después se ubican unos soportes o ganchos en el punto de

unión para ejercer una fuerza sobre el punto de adhesión, como se muestra en la ilustración

32 a y b; posterior a esto, se aplican con mucho cuidado el adhesivo en forma de filete y se

procede a ubicar las probetas en un horno a una temperatura de 93℃ durante 1 hora según

lo sugerido por la ficha técnica del adhesivo y después de la hora se obtiene la unión

adhesiva, como se presenta en la ilustracion 33 a y b. Es importante aclarar, según como se

aprecia en las imágenes, que se debe seguir este mismo procedimiento para ubicar los end

tabs a excepción de la realización del filete.

Ilustración 30 Geometría de unión de traslape simple (sin escala) según BS ISO 4587:2003 (Mubashar, 2010).

Ilustración 31 Ubicación del adhesivo sobre la superficie de la probeta.

47

Ilustración 32 (a) Ubicación de los ganchos para ejercer presión. (b) ubicación de los ganchos en los end tabs.

Ilustración 33 (a) probeta ya con todas las uniones realizadas. (b) unión de traslape simple con filetes.

Para finalizar es importante anotar en la ilustración 34a, que la probeta deja rebaba o

sobrante por parte del adhesivo, la cual es necesaria limarla y dejar limpia como se observa

en la ilustración 34b, ya que este sobrante aumenta la masa del adhesivo y puede causar una

distribución de esfuerzos diferente a la deseada. Una vez realizado el proceso, tanto para la

unión de traslape simple como con los end tabs, se obtiene finalmente las probetas las

cuales serán utilizadas en los diferentes experimentos.

48

Ilustración 34 (a) unión adhesiva sin limar. (b) unión adhesiva después de limar.


Teniendo las probetas se inicia la respectiva experimentación. Para realizar la

experimentación cuasi-estática se hacen los mismos pasos explicados en la sección 3.4, solo

que en este caso, se utiliza la norma técnica D5868-01 donde especifica que la velocidad de

prueba es de 13 mm/min para probetas de traslape simple. Complementario a esto, para la

medición del esfuerzo de las probetas se determina el volumen total de la unión adhesiva,

realizando la máquina una relación entre el volumen y la falla para otorgar el esfuerzo

máximo del mismo.

Ahora bien, para realizar las pruebas dinámicas se utiliza la máquina DIPVM, ubicando la

probeta en el sistema según la configuración que se presenta en la ilustración 35, así:

Primero se ubica el tornillo, luego una arandela que va ajustada al equipo, después se

coloca otra arandela, la probeta, una guasa y después una tuerca dejando un espacio entre la

tuerca y el soporte del equipo y, por último, se debe poner una tuerca de seguridad.

Después de haber realizado este sistema, se coloca en el montaje general de la máquina

como se presenta en la ilustración 36 y se sigue el procedimiento especificado por Hurtado

(Hurtado, 2014). Una vez realizados estos pasos, se debe determinar a qué altura se

impactará la probeta, utilizando una probeta de prueba y, posterior a esto, se procede a

realizar el impacto y se toman los datos de como falla la unión. Es importante anotar, que la

gráfica va a tener un comportamiento en el cual la fuerza ejercida sube hasta el punto

máximo que resiste la probeta y falla causando un decrecimiento de la fuerza.

49

Ilustración 35 Elementos presentes en la sujeción en la DIPVM (a) Tornillo, arandela y soporte. (b) Soporte, arandela, probeta, guasa, tornillo y soporte. (c) Soporte y tuerca de seguridad.

Ilustración 36 Ubicación de la probeta en el soporte de la máquina de impacto.

Es importante determinar la velocidad con la que impacta el martillo sobre la superficie y

sobre la probeta, para determinar la energía de impacto; esta velocidad se puede hallar

realizando una relación de energías, entre la energía potencial que tiene almacenado el

martillo y la energía cinética al momento del impacto y despejando la ecuación que produce

50

esta relación, se obtiene la ecuación 7. De esta ecuación se puede encontrar la velocidad al

momento del impacto dependiendo de la altura entre la probeta y el martillo que se

determina experimentalmente. Es importante tomar en cuenta la masa del martillo si se

desea determinar la energía de impacto la cual tiene un valor de 13,9 kg (Téllez, 2014).

𝑉 = √2 ∗ 𝑔 ∗ ℎ (𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 7)

Ahora bien, al momento de trabajar con la máquina de impacto DIPVM se logró identificar

que la gráfica no era uniforme, razón por la cual se comenzó a realizar combinaciones

utilizando diferentes materiales para corregir este error. Lo anterior, es debido a que el

ángulo del golpe de la máquina puede no ser el mismo entre el martillo y la superficie

donde golpea, causando que el martillo realice más de un golpe a la estructura, aún cuando

la superficie sea rectificada; en el Anexo 1 se encuentran las diferentes configuraciones que

se realizaron para corregir tal problema. Es importante dejar en claro, que la solución

propuesta fue la cuarta configuración donde la gráfica tenía un error bajo además de tener

un forma simétrica a ambos lados del pico. Así mismo, el error producido en la gráfica

aumenta al incrementar la altura a la que se sometieron las probetas, por lo que si se trabaja

una altura baja, las probetas van a tener un menor error en su curva de fuerza contra tiempo.

51

4. RESULTADOS Y ANALISIS

En este capítulo se presentarán los resultados obtenidos de la caracterización de la humedad

a temperatura ambiente y se procederá a realizar el respectivo análisis de los datos

determinando el coeficiente de difusión y porcentaje de masas propuesto según el modelo

y, de acuerdo con lo encontrado, se realizará una predicción del tiempo de estabilización.

Después se procederá a presentar y analizar los resultados de la caracterización de la arena

de Ottawa, se mostrarán los resultados obtenidos de las pruebas cuasi-estáticos y dinámicos

por separado, de igual forma la comparación de los resultados según el tipo de falla, se hará

una relación de la humedad absorbido por las probetas sometidas a cargas dinámicas y las

probetas sometidas a cargas cuasi-estáticas y, por último, los resultados de la

caracterización de la máquina DIPVM.


Se realizó la experimentación con 4 probetas de dimensiones parecidas y se obtuvieron los

resultados presentados en la ilustración 37. En esta gráfica se presentaron los datos del

porcentaje de humedad absorbido sobre área, lo que se puede hallar a partir de la ecuación

3 contra el tiempo en que se tomó cada uno de los datos. Se puede observar que estos

resultados están presentados para un tiempo total de absorción de humedad de 98 días. En

ésta se puede ver que existió un comportamiento casi constante para las probetas, donde al

inicio existió una alta absorción y, transcurrido el tiempo, este valor se fue estabilizando.

Ilustración 37 Aumento de la humedad en el adhesivo en forma del porcentaje absorbido sobre el área de las probetas para cuatro probetas diferentes.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0 2 4 6 8 10

Po

rce

nta

je d

e h

um

ed

ad a

bso

rbid

o s

ob

re

are

a

tiempo (*10^6 s)

1

2

3

4

52

Es importante tener en cuenta que no se puede determinar si el adhesivo presenta un

comportamiento doble Fickiano, ya que el tiempo en que el adhesivo se estabiliza es muy

largo, pero se puede apreciar que al momento de someter el adhesivo a humedad y a alguna

otra variable, este comportamiento no afectará a corto plazo.


Teniendo en cuenta los resultados experimentales, se continúa con la determinación del

coeficiente de difusión y el porcentaje de masa saturada utilizando el modelo presentado en

la sección 3.3.1, donde en la ilustración 38 se presentan los valores máximo y mínimo que

se seleccionaron, donde los datos entrarán en el rango analizado, utilizando el promedio de

las cuatro probetas de la ilustración 37. Teniendo el rango, se buscan valores de porcentaje

de masa saturada y coeficientes de difusión con sus respectivos errores como se presenta en

la tabla 4. Al obtener diferentes datos se encontró que el error converge en un valor de error

del 0,0017%, por lo que se decidió tomar el valor medio entre estos valores como el

porcentaje de masa saturada que más se aproxima al comportamiento de los datos

experimentales tal y como se muestra en la ilustración 39.

Ilustración 38 Comparación del máximo y mínimo porcentaje de masa saturada propuestos y el promedio experimental propuesto, dentro del rango de los porcentajes de masa.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Po

rce

nta

je d

e h

um

ed

ad a

bso

rbid

o s

ob

re a

rea

(%/c

m^2

)

tiempo *10^6 (s)

PromedioexperimentalMinf=0.255

Minf=0.35

53

Tabla 4 Valores encontrados para el porcentaje de masa saturada y el coeficiente de difusión utilizando el modelo de la sección 3.3.1 y los resultados experimentales.

Minf (%/cm^2) D *10^-14 (m^2/s) Error (%)

0,255 22,3 0,0247

0,26 16,3 0,013

0,27 12,23 0,0033

0,273 11,5 0,0019

0,274 11,3 0,0017

0,2745 11,18 0,0017

0,275 11,1 0,0017

0,277 10,7 0,0021

0,28 10,19 0,0031

0,29 8,85 0,0065

0,3 7,87 0,009

0,35 5,14 0,0153

Ilustración 39 Valor de porcentaje de masa saturada y coeficiente de difusión que mejor se asemeja a los resultados experimentales según los resultados de la tabla 4.

De lo anterior, se puede observar que el valor obtenido para el coeficiente de difusión se

encuentra dentro del rango presentado en datos de otros estudios como se mostró en la

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Po

rce

nta

je d

e h

um

ed

ad a

bso

rbid

o s

ob

re a

rea

(%/c

m^2

)

tiempo *10^6 (s)

Promedio experimental

Minf=0,2745

54

sección 2.5.3 para otras clases de adhesivos, reafirmando la validez del procedimiento

realizado y del valor hallado del coeficiente de difusión para el adhesivo Hysol EA934NA.

Ahora bien, si se multiplica el porcentaje de masa de humedad absorbido sobre área por el

valor del área en promedio de las probetas que sería de 13,96 cm^2, se obtiene el porcentaje

de masa saturada con un valor del 3,83% ubicándose, igual al coeficiente de difusión, en el

rango de valores analizados para diferentes adhesivos presentado en la sección 2.5.3.

4.1.2 Predicción tiempo de estabilización

Al no llegar al punto de estabilización de la gráfica, se utilizó el modelo presentado en la

sección 3.3.2 a partir de los datos obtenidos de la sección 4.1.1 donde se aumenta el valor

del tiempo considerablemente y se busca el valor en el que se considere que se estabiliza el

tiempo. En la ilustración 40, se puede apreciar el valor al cual se considera que se estabiliza

la gráfica utilizando un valor del 99% del porcentaje de masa saturada, que en este caso,

sería hasta que el porcentaje de saturación llegue a un valor del 0,27176%.

Ilustración 40 Predicción del punto donde se estabilizara la absorción de humedad en el adhesivo.

A partir de la ilustración 40 se puede observar que el porcentaje de masa absorbida en un

tiempo de 1,6*10^7 s se va a estabilizar, teniendo en cuenta que en promedio los meses

tendrán en el año 30 días como factor de conversión. Tomará un tiempo aproximado de 6,2

meses para que se estabilice.

0,27176

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0 5 10 15 20 25 30

Po

rce

nta

je d

e m

asa

satu

rad

a so

bre

are

a (%

/cm

^2)

tiempo *10^6 (s)

55


Para la caracterización cuasi-estática del adhesivo en comparación con la arena de Ottawa,

se usaron probetas sin arena para comprobar que se estuviera trabajando correctamente el

adhesivo y a partir de la experimentación se obtuvo la ilustración 41. Según la ficha técnica

del adhesivo, el esfuerzo a tracción de éste es aproximadamente de 40 MPa y según como

se ve en la ilustración 41, está dentro del rango necesario a trabajar por el adhesivo.

Ilustración 41 Esfuerzo máximo a tracción de probetas de adhesivo que no poseen arena de Ottawa.

Luego de haber realizado la experimentación sin arena de Ottawa se procede a la

realización de las probetas con arena de Ottawa a una proporción de 1% según la masa, a

partir de lo sugerido por las experimentaciones de Hurtado (Hurtado, 2014). Al realizar la

experimentación, se obtuvieron los resultados de la ilustración 42. En ella se puede notar

que el esfuerzo a tracción del adhesivo aumentó considerablemente, casi en 10MPa dando

un valor de esfuerzo a tracción máximo de 50MPa, por lo que la arena a esta proporción

varía en gran medida las propiedades del material y es sugerido disminuir esta proporción.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Esfu

erz

o d

e t

racc

ion

(M

pa)

Extension (mm)

Probeta 1

Probeta 2

56

Ilustración 42 Esfuerzo máximo a tracción de probetas de adhesivo que poseen 1% de arena de Ottawa.

Con base en lo anterior, se decidió disminuir el porcentaje de arena de Ottawa a un valor de

0,5%. Al disminuir este valor se obtuvieron los resultados de la ilustración 43. A partir de

estos, se pudo observar que aunque los valores aún son un poco altos, estos ya entran dentro

de un rango en promedio menos de 2 MPa, causando que se considere que la arena de

Ottawa no esté cambiando las propiedades del adhesivo.

Ilustración 43 Esfuerzo máximo a tracción de probetas de adhesivo que poseen 0,5% de arena de Ottawa.

0

10

20

30

40

50

60

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Esfu

erz

o d

e t

racc

ion

(M

pa)

Extension (mm)

Probeta 1

Probeta 2

Probeta 3

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

Esfu

erz

o d

e t

racc

ion

(M

Pa)

Extension (mm)

probeta 1

probeta 2

57


Teniendo las probetas de traslape simple, ambas se someten a tensión y a impacto. Se

trabajaron tiempos de humedad de 7 días, 14 días, 28 días, 42 días y sin humedad según lo

propuesto por Mubashar (Mubashar, 2010) y se obtuvieron los resultados presentados en la

ilustración 44. En dicha ilustración se puede observar que el comportamiento tanto de

tensión como el de impacto se asemejan, solo que al final las probetas a tensión poseen una

disminución en la resistencia mientras que las probetas de impacto se mantienen a un valor

aproximadamente constante. A continuación se verá una mejor explicación con respecto a

este tema, para cada uno de los casos.

Ilustración 44 Resultados entre las probetas sometidas a tensión y las probetas sometidas a impacto.

4.3.1 Resultados cuasi-estáticos

Los resultados obtenidos en la situación cuasi-estática, incluyendo las barras de error en los

datos, están representados en la ilustración 45. En esta ilustración, se puede observar lo

siguiente: a) En algunos de los puntos se presenta unas barras de error grandes, esto

principalmente se puede explicar por el tipo de falla que presentó cada una de las probetas,

situación que se explicará más adelante. b) Cuando se analiza el comportamiento de la

gráfica se observa que, inicialmente se presenta una disminución en la resistencia como era

lo esperado, pues como se dijo anteriormente, lo que el agua produce es el rompimiento de

los puentes de hidrógeno entre el adhesivo causando que se disminuya la resistencia de la

adhesión, pero ya cuando se aumenta el tiempo en que la probeta ha sido sometida a

humedad, se presenta una recuperación en éstas.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Fue

rza

(kN

)

Tiempo *10^6 (s)

Tension

Impacto

58

Ilustración 45 Datos obtenidos de someter las probetas a tensión junto con las barras de error de los datos.

La recuperación vista en la ilustración 45, es un comportamiento que han presentado

algunos adhesivos como se determinó en la sección 2.6, donde se estableció la dependencia

entre el tipo de falla y la disminución en el módulo de elasticidad del adhesivo. Es

importante anotar que lo mostrado en la ilustración 12, son los resultados para adhesivos

dúctiles y, como se ha manifestado, en el comportamiento según la caracterización cuasi-

estática, el material trabajado es frágil por lo que no necesariamente los resultados son

reproducibles, pero si es una primera aproximación del porqué se presenta este

comportamiento por parte del adhesivo, especialmente en su recuperación. Como se mostró

en la ilustración 4, la falla que da una menor resistencia al material, es la falla interfacial ya

que de ésta depende únicamente el tipo de tratamiento superficial que se realice, mientras

que la cohesiva produce una mayor resistencia por parte del material.

Finalmente, en el comportamiento cuasi-estático se presenta para los últimos valores donde

la humedad es mayor, un decrecimiento en la resistencia del material, comportamiento que

ya se considera normalizado según los efectos que el agua tiene sobre la unión adhesiva.

4.3.2 Resultados dinámicos

Ahora bien, al hablar de los resultados dinámicos presentados en la ilustración 46, se puede

observar varias cosas, así: 1) Las barras de error comparadas con las cuasi-estática son

mucho menores, esto se debe a que en la falla de impacto no cambia en gran medida el tipo

de falla, ya que la mayoría de las probetas como se muestra en la ilustración 49, presenta

una falla interfacial. 2) El comportamiento inicial, después de que es sometido a humedad,

es muy parecido al cuasi-estático, pero se puede observar que en los últimos valores en vez

de comenzar a decrecer, como se presentó en el comportamiento cuasi-estático, el valor se

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4

Fue

rza

(kN

)

Tiempo *10^6 (s)

Tension

59

produjo prácticamente constante. Respecto a este último punto, existen varias razones por

las cuales se puede presentar este comportamiento; una de ellas es que se produce debido al

no cambio del tipo de falla, como se observa en la ilustración 47 a y b, en la que se

muestran dos probetas: Una donde se falló sin humedad y, la otra se falló después de haber

absorbido durante 42 días. Entre ellas no se presentó diferencia alguna en el tipo de falla,

por lo que se podría asumir que para casos de carga dinámica, no afecta el tipo de falla

realizado. Contrario a esto, en la explicación cuasi-estática, donde la resistencia depende

tanto del tipo de falla como de la absorción, la absorción de humedad no tendría influencia

sobre las cargas dinámicas ya que no se presentó un cambio en el tipo de falla. Sería

importante realizar estudios más profundos sobre este comportamiento, para el momento en

que la humedad ya esté estabilizada y así poder comprobar esta hipótesis.

Ilustración 46 Datos obtenidos de someter las probetas a impacto junto con las barras de error de los datos.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 1 2 3 4

Fue

rza

(kN

)

Tiempo *10^6 (s)

Impacto

60

Ilustración 47 (a) tipo de falla para probeta sometido sin humedad. (b) tipo de falla para probeta sometido durante 42 días a humedad.

A partir de la ecuación 7, se puede determinar el valor de la velocidad de impacto, donde

aproximadamente la altura variaba en un rango de 60 a 63 mm, por lo que la velocidad

variaba en un rango de 1,08 a 1,11 m/s al momento de impactar la probeta el martillo.

4.3.3 Comparación según el tipo de falla

Una de las complicaciones al momento de analizar las uniones adhesivas son los diferentes

tipos de falla que se presentan. En las ilustraciones 48 y 49 se muestran los tipos de falla

que existen en cada una de las probetas sometidas tanto a tensión como a impacto

respectivamente. En las gráficas se diferenciaron principalmente 4 tipos de fallas

determinados por la forma de la falla, pues aunque algunos presentaban valores muy

cercanos al 15% para las superficies interfaciales, este porcentaje era principalmente

característico para las probetas que tenían una proporción de adhesivo en la esquina, lo que

podría parecer un tipo de falla diferente. Los 4 tipos de fallas son:

Interfacial 1 cara: Este tipo de falla ocurre cuando el porcentaje cohesivo es menor

al 15% del área de superficie total y la segunda superficie abarca menos del 15% del

área de superficie total.

Interfacial 2 caras: Este tipo de falla ocurre cuando el porcentaje cohesivo es menor

al 15% del área de superficie total y la segunda superficie abarca más del 15% del

área de superficie total.

Cohesivo: Este tipo de falla ocurre cuando el porcentaje cohesivo es mayor al 75%,

independiente del tipo de falla interfacial.

Cohesivo-Interfacial 1 cara: Este tipo de falla ocurre cuando el porcentaje cohesivo

esta entre el 10% y el 75% del área superficial total y la segunda superficie abarca

menos del 15% del área de superficie total.

61

Ilustración 48 Tipos de falla presente en las probetas que fueron sometidas a pruebas de tensión en cada una de las probetas.

Ilustración 49 Tipos de falla presente en las probetas que fueron sometidas a pruebas dinámicas en cada una de las probetas.

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4

Fue

rza

(kN

)

tiempo *10^6 (s)

Interfacial 1 cara

Interfacial 2 caras

Cohesivo

Cohesivo-Interfacial 1 cara

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 1 2 3 4

Fue

rza

(kN

)

tiempo *10^6 (s)

Interfacial 1 cara

Interfacial 2 caras

Cohesivo-Interfacial 1 cara

62

En la ilustración 48 se puede observar que existieron 2 probetas que tuvieron un

comportamiento totalmente cohesivo, causando que la resistencia en esos puntos fuera

mayor y que se obtuviera una barra de error mucho mayor a la deseada; lo anterior, debido

a que existieron dos tipos de falla totalmente diferentes. También se puede apreciar que el

comportamiento que más se presentó en los tipos de falla fue el Interfacial en 1 cara,

resultados que pueden ser causados por el tratamiento superficial de las probetas, pues

como se manifestó en la sección 2.3.1, existen muchos otros métodos que proporcionan una

mejor unión adhesiva que la realizada aun teniendo una mayor dificultad al momento de su

realización. Se puede observar igualmente otros 2 tipos diferentes de fallas a los ya

mencionados los cuales no presentan un comportamiento significativo o que causen alguna

variación en la medición.

En la ilustración 49 se observa el caso de las probetas sometidas a cargas dinámicas en las

que no se presentó ningún comportamiento cohesivo en ninguna de ellas; ahora bien, en el

caso de las pruebas cuasi-estáticas el tipo de falla que más dominó fue la interfacial en una

cara, se presentaron restos cohesivos en algunas de las probetas los cuales causaron que los

resultados no variaran y que se presentara un comportamiento similar a la interfacial en una

cara al igual que la interfacial en 2 caras; por lo anterior, se consideró que las barras de

error en el caso de las pruebas dinámicas no fueron tan grandes y no causaron un error

mayor en la medición.

4.3.4 Relación dinámica y cuasi-estático con humedad

Uno de los análisis realizados que se deben tener en cuenta es la absorción de humedad

para las probetas de traslape simple. En la ilustración 50 se puede observar que el

porcentaje de humedad absorbido para ambas probetas fue constantemente en aumento de

acuerdo con lo esperado; ahora bien, en los primeros días hubo una pequeña disminución

en la masa por parte de la pérdida del sand blasting al ser sometido las probetas a humedad,

causando que una muy pequeña proporción de la masa se perdiera, pero igualmente en

promedio, en las probetas existió primero una alta absorción por parte de la probeta, valor

que después de los 28 días se comenzó a estabilizar. Es importante anotar que el

comportamiento de absorción por parte de la unión de traslape simple no va a ser

exactamente igual a la absorción por parte de las probetas de adhesivo, ya que la primera no

es completa en toda su superficie sino que es progresiva desde su base hasta el centro que

no está en contacto con el ambiente.

63

Ilustración 50 Porcentaje de humedad absorbido en promedio de las probetas de traslape simple que fueron sometidas a tensión, impacto y en promedio de las ambas.

4.4 Caracterización DIPVM

Después de adaptar la máquina de impacto según lo presentado en la sección 3.6, se

obtuvieron los resultados que se muestran en la ilustración 51, respecto al comportamiento

presentado por las probetas de traslape simple al momento de fallar. Se puede observar una

subida de fuerza constante hasta llegar al punto máximo de resistencia por parte de la unión

adhesiva y su caída. Igualmente en el máximo punto se puede observar que solo se presenta

un segundo golpe de un nivel bajo antes de la fractura, por lo que se puede considerar que

los análisis realizados en el Anexo 1 ayudaron a mejorar el comportamiento de la máquina

al momento de la obtención de los datos.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0 1 2 3 4

Po

rce

nta

je d

e h

um

ed

ad a

bso

rbid

o s

ob

re a

rea

(%/c

m^2

)

tiempo *10^6 (s)

Tension

Impacto

Promedio

64

Ilustración 51 Forma en que fallaron las probetas de traslape simple al momento de someterse a cargas dinámicas.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001 0,0012 0,0014 0,0016 0,0018 0,002

Fue

rza

(lb

)

tiempo (s)

65

5. CONCLUSIONES

La primera conclusión de este proyecto es que, aunque no se logró comprobar si

existe un segundo Fickiano en el adhesivo Hysol EA934NA ya que el valor de

humedad no se estabilizó, si se logró comprobar que este valor no es crítico para

la medición, ya que el adhesivo se demora al menos más de tres meses de estar

constantemente sometido a humedad, en comenzar a estabilizarse, situación que

dá un alto rango para que esta variable no tenga una influencia en la

experimentación.

Se logró estimar en el adhesivo tanto el coeficiente de difusión como el

porcentaje de masa saturada que, para el presente caso, resultó en un valor de

0,275% el porcentaje de masa saturada sobre área y 11,1 ∗ 10−14 𝑚2/𝑠 el

coeficiente de difusión, siendo este un valor que se encuentra dentro del rango

de valores que se presenta en los estudios analizados.

Se logró determinar si el método usado para el control de espesor, siendo estas

las partículas inertes, ayudaban a realizar las uniones adhesivas de forma

sencilla comprobando que no varía las propiedades del adhesivo.

Se logró comprobar que la arena de Ottawa, como partícula inerte, no varía las

propiedades del adhesivo siempre y cuando se utilice en una proporción de

0,5%, para el caso del Hysol EA934NA

Se logró realizar el tratamiento superficial de las probetas de traslape simple, de

tal forma que mejoraron las propiedades de la unión y se generaran probetas

como se presentó en la ilustración 29.

Se determinaron de forma correcta, las propiedades del adhesivo al someterlo

bajo esfuerzos a tracción y obteniendo los mismos resultados que los propuestos

por la ficha técnica.

Se logró comparar el comportamiento de las probetas sometido a pruebas

dinámicas y cuasi-estáticas, demostrando que existe un comportamiento muy

parecido en ambas; igualmente, se determinó que el comportamiento a cargas

dinámicas se vuelven constante mientras que a cargas de tensión comienzan a

disminuir de tal forma que a altas humedades, de casi 42 días existe una

variación en el comportamiento para ambos tipos de probetas.

Se logró observar una recuperación por parte de la unión adhesiva que al

parecer, fue causado tanto por el módulo de elasticidad como por el cambio en

el tipo de falla (interfacial y cohesiva).

Se pudo identificar una relación entre el tipo de falla de la unión de traslape

simple y la resistencia de la misma para ambos tipos de cargas a las cuales

fueron sometidas las probetas.

66

Se logró observar una constante absorción de humedad por parte de las probetas

de traslape simple y, así mismo, se identificó una pequeña proporción de pérdida

por parte del sand blasting.

Se realizó una caracterización de la DIPVM para encontrar una configuración en

la cual se obtuviera una curva más simétrica, de tal forma que se dieran los datos

con una mayor confianza.

Se identificó, en las probetas sometidas a cargas dinámicas, que a 42 días de

humidificación la resistencia de las probetas no varió, por lo que se puede

concluir que la resistencia dinámica del adhesivo es independiente de la

humedad absorbida por el mismo, debido al tipo de falla al cual es sometida la

probeta, presentándose esta falla a una mayor tasa de deformación en

comparación con las pruebas cuasi-estáticas.

67

6. TRABAJOS FUTUROS

Dentro del trabajo realizado, se encontraron algunas variables y consideraciones que se

deberían tener en cuenta para un trabajo futuro, a saber:

1) Es importante realizar la experimentación necesaria para observar si existe una

variación en la efectividad del espesor al disminuir la proporción aplicada al

adhesivo, variable que no se consideró al momento de realizar la experimentación.

2) Es importante realizar el tratamiento superficial sobre la superficie donde se aplica

el filete. Existen en cada probeta dos superficies que van a estar en contacto con el

adhesivo, siendo estos la base de la probeta donde se ubica el adhesivo y en las

secciones del espesor donde se ubica el filete, por lo que es importante realizar el

tratamiento superficial respectivo a ambas superficies.

3) Sería importante que en un futuro se realizara una experimentación igual a la de este

proyecto pero a un mayor tiempo de humedad de tal forma que se pueda comprobar

que el comportamiento presentado en las cargas dinámicas se mantenga constante

en mayores proporciones de humedad que los 42 días que fue la máxima carga a la

que se sometió.

4) Con los datos obtenidos sería importante realizar una simulación de los

comportamientos tanto de absorción de humedad como de las cargas dinámicas y

cuasi-estáticas, para producir un modelo que defina a este adhesivo, modelo que

podría ser reproducible para otros adhesivos, experimentación adicional que

igualmente sería necesaria.

5) Se considera también necesario realizar la experimentación para diferentes clases de

adhesivo, para comprobar si este comportamiento constante es una propiedad solo

de este adhesivo o si se puede extrapolar a otros.

6) Por último, sería importante tener en cuenta para una próxima experimentación, el

utilizar métodos como espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS),

procesamiento digital de imágenes o escaneo con microscopio electrónico (SEM)

para poder determinar de forma más precisa el tipo de falla que presenta cada una

de las probetas.

68

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España: Aguilar.

70

8. ANEXOS

A continuación se presentan las diferentes configuraciones que se realizaron con los

respectivos materiales y el resultado para cada caso:

1. Sin ninguna configuración:

2. En configuración cuadrada y cinta doble faz:

3. En configuración cuadrada dejando libre la de adelante y cinta doble faz:

71

4. En configuración cuadrada dejando libre la derecha y cinta doble faz:

5. En configuración cuadrada dejando libre la trasera y cinta doble faz:

6. En configuración cuadrada dejando libre la derecha y cinta doble faz:

7. Solo un punto en el centro y cinta doble faz:

72

8. Un punto largo en el lado izquierdo y cinta doble faz:

9. Un punto largo en el lado izquierdo y uno en el centro y cinta doble faz:

10. Un punto corto en el lado izquierdo y cinta doble faz:

11. Cruzada al lado izquierdo y cinta doble faz:

73

12. Cruzada y sobrelapada al lado izquierdo y cinta doble faz:

13. Un punto en el lado izquierdo y felpa circular:

14. Configuración cuadrada y 5 capas de cinta negra:

15. Configuración circular y cinta doble faz:

efectos de la humedad en uniones adhesivas con las

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