ENSAYO DE FLEXIÓN DE UN TIPO DE MADERA

BENDING TEST OF A TYPE OF TIMBER

Vanegas Cristian, Piñeres Camilo.

DEMÓSTENES DURANGO ÁLVAREZUniversidad de Córdoba, Facultad de Ingenierías

Ingeniería Mecánica, Curso de Resistencia de Materiales IIMontería- Córdoba

RESUMEN: Existen diversos ensayos para conocer las propiedades mecánicas de los materiales dependiendo a la carga que se esté sometiendo a este material, uno de ellos es el ensayo de compresión.

Este ensayo se realiza utilizando probetas normalizadas generalmente de acero o de hormigón, pero se puede usar cualquier tipo de material, las cuales se someten a compresión en una maquina universal de ensayos.

El ensayo de compresión se utiliza para determinar la resistencia que tiene un material o la deformación de un material debido a un esfuerzo de compresión. El ensayo de compresión axial en metales (ASTM E 9) es útil para la medida del flujo plástico y la determinación de los límites dúctiles de los metales.

Palabras clave: Compresión, Resistencia, Deformación, Flujo plástico, Ductiles.

ABSTRACT: There are various tests for the mechanical properties of the materials according to the load that is being subjected to this material, one of which is the compression test.

This test is performed using standard usually steel or concrete specimens, but you can use any type of material, which is subjected to compression in a universal testing machine.

The compression test is used to determine the resistance of a material or a material deformation due to compressive stress. The axial compression test on metals (ASTM E 9) is useful for the measurement of the plastic flow and the determination of the ductile metal boundaries.

Keywords: Compression, Endurance, Deformation, Plastic Flow, Ductile.

INTRODUCCIÓN

En la vida cotidiana podemos observar todo tipo de materiales que están sometidos a fuerzas o cargas que le producen deformaciones, para ello se debe conocer las propiedades mecánicas de dicho material y así obtener un mejor resultado en el uso de estos.

Existen diversos ensayos para conocer estas propiedades mecánicas dependiendo a la carga que esté sometido el material, uno de ellos es el ensayo de compresión, utilizado para determinar la resistencia que tiene un material o la deformación de un material debido a un esfuerzo de compresión.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar las propiedades mecánicas de las probetas debido al ensayo a compresión.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Analizar la gráfica esfuerzo-deformación de las probetas a prueba.

Determinar propiedades como resistencia a la compresión, límite de proporcionalidad entre otras.

Resaltar la importancia del ensayo de compresión para la ingeniería.

TEORIA RELACIONADA

El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen o un acortamiento en determinada dirección. En general, cuando se somete un material a un conjunto de fuerzas compresivas se produce tanto flexión, como cizallamiento o torsión.

En un prisma mecánico el esfuerzo de compresión puede caracterizarse más simplemente como la fuerza que actúa sobre el material de dicho prisma, a través de una sección transversal al eje baricéntrico, lo que tiene el efecto de acortar la pieza en la dirección de eje baricéntrico. La fricción entre los puestos de la máquina de ensayo o las placas de apoyo y las superficies de los extremos de las probetas debido a la expansión lateral de esta. Esto puede alterar considerablemente los resultados que se obtendrían si tal condición de ensayo no estuviera presente.

Las aéreas seccionales de la probeta deben ser relativamente grandes para obtener un grado apropiado de estabilidad de la pieza. Requerimientos para una probeta de compresión:

Para el esfuerzo uniforme de la probeta de compresión, una sección circular es preferible a otras formas. Sin embrago, la selección cuadrada

o rectangular se usan frecuentemente.

La selección de la relación entre la longitud y el diámetro de una probeta de compresión parece ser más o menos un compromiso entre varias condiciones indeseables. A medida que la longitud de la probeta se aumenta, se presentan una tendencia creciente a hacia la flexión de la pieza. Se sugiere una relación entre altura y diámetro de 1.5-1 como límite superior practico. A medida que la longitud de la probeta disminuye, el efecto de la restricción friccional en los extremos se toma sumamente importante; así mismo para la longitudes menores comúnmente se aplica una relación entre longitud y diámetro de 2-1 o más, aunque la relación entre altura y diámetro varié para materiales diferentes.

Los extremos a los cuales se aplica la carga deben ser planos y perpendiculares al eje de la probeta o de hecho, convertidos así mediante el uso de cabeceo y dispositivo de montaje.

Probeta estándar:

Las probetas para los ensayos de compresión de materiales metálicos recomendados por la ASTM.

Las probetas cortas son para usarse con metales antifricción.

Las de probetas medianas para uso general.

Las probetas largas para ensayo que determine el módulo de elasticidad.

Diagrama convencional:

figura 1.

Normatividad

En función del tipo de material, su proceso de fabricación, aplicación y condiciones de trabajo, existe una normativa concreta

EN 196-1 : resistencia mecánica de cementos y morteros

ASTM C109: Resistencia a compresión de morteros de cemento con probetas de 2”

ASTM C349: Resistencia a compresión de morteros de cemento usando prismas partidos a flexión

ISO 679 : Determinación de la resistencia del cemento

EN 12390-3: Resistencia a compresión del hormigón

EN 12390-4: Características de la máquina de ensayo para determinación de resistencia del hormigón

ISO 4012: Determinación de resistencia del hormigón a compresión

ASTM C39: Determinación de la resistencia en ensayo de compresión de probetas cilíndricas de hormigón

ASTM E-9 : Ensayo de compresión sobre materiales metálicos

ASTM D-695: ensayo de compresión sobre plásticos

Determinaciones A Efectuar En Un Ensayo De Compresión

En general es posible efectuar las mismas determinaciones que en el ensayo de tracción, por lo que solo insistiremos en las más importantes.

Resistencia estática a la compresión:

Tensión al límite proporcional:

En los metales muy maleables, que se deforman sin rotura, la tensión al límite proporcional resulta el único valor empleado a los fines comparativos.

Tensión al límite de aplastamiento:

El valor de Pf que corresponde al límite de aplastamiento es equivalente al de fluencia por tracción, no presentándose en forma tan nítida como este ni aun en los aceros muy blandos, por lo que generalmente se calcula, en su reemplazo, la tensión de proporcionalidad.

Acortamiento de rotura

Correspondiente al alargamiento de rotura por tracción.

Ensanchamiento transversal.

Corresponde a la estricción en tracción.

MATERIALES UTILIZADOS

Para el ensayo de tensión realizado se usaron los siguientes elementos:

Figura 2.

3 Probetas: las cuales fueron sometidas a compresión. Con medidas aproximadas a las especificadas en la norma ASTM E9.

Probeta 1: acero columna larga

Medidas:

Probeta cilíndrica de dimensiones Ø = 12.6 mm L = 38 mm

Probeta 2: aluminio columna corta

Medidas:

Probeta cilíndrica de dimensiones Ø = 12.7 mm L = 96 mm

Probeta 3: madera

Probeta cuadrada de dimensiones 40x39,7x102mm

Maquina universal de ensayos SHIMADZU AUTOGRAPH:

La Máquina Universal Ametek (MUA) tiene una amplia aplicabilidad en la investigación y desarrollo de nuevos materiales. La MUA permite registrar lecturas de carga y deformación, por lo que puede ser empleada para la realización de ensayos de Tensión, Compresión, y Flexión. Permite ajustar la velocidad de carga y el avance.

figura 3. Máquina de ensayo universal

Pie de Rey

Instrumentos de amplio uso en ingeniería. Se utilizó para medir los parámetros iniciales de las probetas.

figura 4.

MOTANJE Y PROCEDIMIENTO

Primero se realizó la medición de las probetas con el calibrador pie de rey.

Luego se procedió a poner las probetas en la maquina de ensayos.

Se rectificó y se corroboro que todo en la maquina universal de ensayos estuviera bien ajustado y todo en su lugar para realizar el ensayo sin ninguna complicación.

Se verifico que el dispositivo de programación de la maquina estuviera en 0 para proceder a aplicar la carga.

Para realizar el montaje es necesario que la probeta quede en el centro de la plataforma de la maquina de ensayo.

figura 5.

Para obtener las propiedades mecánicas de los materiales de las probetas, se debe someter las probetas fuerzas de compresión, medir las variables fuerza F y alargamiento (ΔL). Con los datos obtenidos construir los gráficos de esfuerzo-deformación (σ-ε), luego realizar un tratamiento grafico para obtener sus propiedades mecánicas (σec, σp, σf).

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Probeta 1: acero columna larga

grafico 1.

σp==σf= 560.89 MPa

σec= 791,46 MPa

Probeta 2: aluminio columna corta

grafico 2.

σp=σf=σec= 554,06 MPa

Probeta 3: madera

grafico 3.

σp=σec= 38,21 MPa

σf= 31.48 MPa

Análisis de gráficos

En los graficos algunos esfuerzos se igualan a los otros, porque su diferencia es muy pequeña y a una escala tan grande no se alcanzan apreciar algunos detalles

Notamos que la columna de madera es la que mejores detalles genera en el grafico a la hora del ensayo de compresión

En el grafico 1, el σec que se tomo es el esfuerzo máximo que resiste la probeta justo al deformarse 6mm como lo especifica la norma ASTM E9.

Análisis del comportamiento de las probetas luego del ensayo.

En la figura 2, se muestra la diferencia entre el comportamiento de una columna larga y una columna corta puesto que la columna corta

tiende a comprimirse y a ensancharse, la columna larga lo que hacer es doblarse cada vez más.

CONCLUSIONES

Para los ensayos de compresión existen varias limitaciones que se pueden disminuir pero son imposible de evitarse.

1. la carga jamás será completamente concéntrica

2. las superficies de la probeta presentara fricción con la superficie de la maquina de ensayo esto genera triaxialidad de tensiones y no homogeneidad de las deformaciones, lo cual influye mucho más en los cálculos de la columna corta.

3. la superficie de la probeta y de la maquina de ensayo deben ser completamente planas para que no se genere momento flector. Lo cual influye mucho más para el ensayo de columna larga.

Los resultados de los ensayos de tensión y compresión son muy parecidos por lo que en este ensayo se resaltan algunas propiedades que solo se pueden apreciar bajo el ensayo de compresión.

BIBLIOGRAFÍA

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Johnston, Jr. John T. Dewolf.

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