INTRODUCCIÓN

Las propiedades mecánicas de los metales y fundiciones son influenciados por la

composición química, producción de material, tratamiento térmico, condiciones

ambientales, velocidad de calentamiento y enfriamiento, y sobre todo su grado de

resistencia ante las deformaciones generadas por fuerzas externas e internas a las que

debe someterse constantemente.

Se debe poseer un alto conocimiento acerca de las condiciones extremas en las que

trabajan los materiales, sobre todo los metales, por ser este el material en el cual

plasmamos nuestros conocimientos de diseño, mantenimiento, producción y construcción.

Esta demás decir que la mejor manera de entender a los aceros es mediante pruebas de

ensayo en probetas experimentales.

En general, cuando se somete un material a un conjunto de fuerzas se produce tanto

flexión, como cizallamiento o torsión, todos estos esfuerzos conllevan la aparición de

tensiones tanto de tracción como de compresión. Aunque en ingeniería se distingue entre

el esfuerzo de compresión (axial) y las tensiones de compresión.

Los ensayos practicados para medir el esfuerzo de compresión son contrarios a los

aplicados al de tracción, con respecto al sentido de la fuerza aplicada. Tiene varias

limitaciones:

Dificultad de aplicar una carga concéntrica o axial, sin que aparezca pandeo.

Una probeta de sección circular es preferible a otras formas.

El ensayo se realiza en materiales:

Duros.

Semiduros.

Blandos.

Materiales cerámicos.

ENSAYO DE COMPRESION Y SUS PROPIEDADES A EVALUAR

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 del cuerpo, y un acotamiento del cuerpo en determinada dirección

(Coeficiente de Poisson).

El ensayo de compresión consiste en determinar las propiedades de un material frente a

una situación axial negativa. Solicitación que pretende comprimir la probeta de ensayo.

Este módulo de compresión estará acoplado a una prensa, que es un dispositivo que se

utiliza para compactar. El termino procede del catalán prensa y está vinculado a ejercer

una presión o emplear una fuerza. La prensa hidráulica, presenta un mecanismo con

vasos comunicantes que son puestos en marcha por pistones y que a través de diversas

fuerzas de poca y mucha intensidad, permite conseguir otras fuerzas de compactación

más intensas

TERMINOLOGÍA

Carga concéntrica: Carga aplicada a una columna o pilote que no es simétrica respecto del eje central produciendo un momento flector. También llamada fuerza excéntrica.

Cizallamiento: Deformación lateral que se produce por una fuerza externa. También llamado corte, cortadura.

Enlace covalente: Los enlaces covalentes se definen como la unión que se produce entre 2 átomos por la compartición de 2 o más electrones de su capa externa con objeto de formar una molécula estable.

Módulo de Young: Relación entre la fatiga unitaria y la correspondiente deformación unitaria en un material sometido a un esfuerzo que está por debajo del límite de elasticidad del material. También llamado coeficiente de elasticidad, módulo de elasticidad, módulo elástico.

Tensión: Fuerza que aplica a un cuerpo elástico le produce o le tiende a producir una tensión. También llamada fuerza de tracción.

Tracción: Hace que se separen entre sí las distintas partículas que componen una pieza, tendiendo a alargarla. Por ejemplo, cuando se cuelga de una cadena una lámpara, la cadena queda sometida a un esfuerzo de tracción, tendiendo a aumentar su longitud.

APLICACIONES

Este tipo de pruebas es importante en aplicaciones como embalaje, diseño de puentes, edificios y otras estructuras.

Por medio de la prueba de compresión se pueden determinar características de los materiales como el módulo de elasticidad, determinando la carga soportada y la deformación presentada en la probeta utilizada.

Estas propiedades son decisivas para determinar la calidad de un material, se usan como base para auditar sus características y determinaciones en grandes proyectos.

NORMAS ASTM

ASTM-E9-89a: Métodos de prueba de compresión de las pruebas de los materiales

metálicos a temperatura ambiente. Estos métodos de ensayo cubren los aparataos, las

muestras y el procedimiento para las pruebas de compresión axial, de carga de materiales

metálicos a temperatura ambiente.

ASTM C-773: Establecida para cerámicos de gran resistencia.

ASTM D-695: Métodos de pruebas estándar para propiedades de compresión de

plásticos rígidos, establecida para polímeros.

ASTM C-39: Establecida para el concreto.

REQUISITOS Y CONDICIONES PARA REALIZAR EL ENSAYO

Determinar la resistencia del material: Duros, semiduros, blandos y materiales cerámicos

y la deformación de cada uno. En muchos casos el ensayo de compresión es fácil de

identificar dependiendo el metal, y por ello se deberán realizar cálculos previos, tablas de

resultados y gráficas para obtener resultados satisfactorios.

EXCEPCIONES Y CONSIDERACIONES AL REALIZAR EL ENSAYO

Debemos tener en cuenta de que tipo de material es la probeta.

Los ensayos se realizan en la maquina universal AMSLER y prensa hidráulica.

La fricción entre los puentes de la máquina de ensayo o las placas de apoyo y las

superficies de los extremos de la probeta debido a la expansión lateral de esta.

Observamos una diferencia notables entre los resultados teóricos y practico.

Detectamos que hay tres tipos de dimensiones sugeridas para las probetas, por

ejemplo: las cortas son para usarse en metales antifricción, las medianas para uso

general y las largas para ensayo que determina el módulo de elasticidad.

A medida que la longitud de la probeta se aumenta, se presenta una tendencia

creciente a hacia la flexión de la pieza.

Aunque con esta prueba puede determinarse muchas propiedades mecánicas

importantes de un material, se utilizan principalmente para determinar la relación

entre el esfuerzo normal promedio y la deformación normal unitaria en muchos

materiales utilizados en ingeniería, sean de metal, cerámica, polímeros o

compuestos.

MATERIALES Y EQUIPO UTILIZADO

Figura 1: Micrómetro de

exteriores, 1 in.

Figura 2: Vernier de 6 in.

Figura 3: Equipo de seguridad industrial.

Figura 4: Prensa Hidráulica de 20

toneladas fuerza.

Figura 5: Placa de prensa hidráulica.

Figura 6: Maquina Universal.

Figura 7: Placa de maquina universal.

DIMENSIONES Y FORMAS DE LAS PROBETAS SEGÚN LA NORMA ASTM E9-89a

Figura 8: Norma ASTM E9-89a.

Figura 9: ASTM E9-89a

Figura 10: Dimensiones sugeridas para las probetas

COMO SE REALIZA EL ENSAYO

1. Se toman las medidas iniciales de la probeta, de longitud y diámetro, si es

necesario tomamos imágenes ulteriores, para así lograr comparar de mejor

manera los resultados.

2. Familiarización con la maquina e instrumentos de ensayo y se colocan os

aditamentos correspondientes para sujetar la probeta. Se procede a bajar la

máquina para colocar la probeta en el lugar indicado, asegurando que este lo más

centrada posible a la base.

3. Verificamos que la prensa este sujetando a la prensa lo suficiente, pero sin ejercer

gran presión.

4. Se da comienzo al ensayo, ejerciendo presión en la prensa hidráulica, tomando

valores cada cierto periodo de tiempo, para observar las variaciones longitudinales

que se genera.

FUNDAMENTO TEORICO

Acortamiento (Δh): Como el material es sometido a cargas de compresión sufre

deformación de acortamiento. Las probetas por lo general cilíndricas de caras planas, en

consecuencia el acortamiento es la variación de la altura.

Donde ho es la longitud calibrada y hf la longitud al final del

ensayo.

Esfuerzo Normal (σ): El esfuerzo es perpendicular al área, por ello se denomina esfuerzo

normal. El esfuerzo se define como la intensidad de fuerza por unidad de área. La figura

20 muestra el corte transversal °nn° de una probeta, si la fuerza axial actúa en el eje

central del área (A) los esfuerzos están distribuidos uniformemente, la siguiente ecuación

es empleada para determinar la magnitud de los esfuerzos:

Cuando se comprime el material el área tiende a

ampliarse. Si se usa el área inicial (AO) de la probeta en la ecuacion16 para el cálculo del

esfuerzo, al esfuerzo se le llama esfuerzo nominal o esfuerzo convencional a compresión.

Figura 11: Esfuerzos normales en la barra.

Deformación Unitaria (ϵ): De la misma manera que se determina en el ensayo de

tracción, la deformación unitaria se determina directamente dividiendo el cambio de altura

(acortamiento) entre la altura original calibrada (ho). Si se supone que la deformación

unitaria es constante en la región calibrada (ho constante), se define la deformación

unitaria nominal como:

Esfuerzos verdaderos (σ´): Como se ha definido en el ensayo de

tracción, debido al cambio del área de la probeta durante el ensayo, se determina el

esfuerzo real o verdadero considerando el área variable en la ecuación 16 para el cálculo

del esfuerzo. Así el esfuerzo real en compresión se determina:

Donde P y Af son la carga y área real, respectivamente.

Normalmente el área se determina por conservación de

volumen y es mayor que el área inicial, por ser el material aplastado.

Los diagramas esfuerzo-deformación unitaria para compresión y tracción tienen, con

frecuencia, formas similares, pero los esfuerzos últimos en compresión son mucho

mayores que los de tracción:

Curva esfuerzo-deformación unitaria: Las curvas esfuerzo-deformación unitaria para

materiales en compresión difieren de las curvas de tracción. Los metales dúctiles, como

acero, aluminio y cobre, tienen límites de proporcionalidad en compresión muy cercanos a

los de tracción, y las regiones iniciales de sus diagramas de esfuerzo-deformación unitaria

a tracción y en compresión son más o menos iguales. Sin embargo, después de que

comienza la fluencia el comportamiento es muy distinto. En una prueba de tracción, la

probeta se estira, puede haber una estricción y finalmente se fractura.

Figura 12: Curva Esfuerzo- Deformación Unitaria.

Cuando el material se comprime, se expande hacia los lados y su forma se vuelve como barril, porque la fracción entre la probeta y las placas en los extremos evita la expansión lateral. Al aumentar la carga se aplana y ofrece una resistencia alta a mayores acortamientos, lo cual significa que la curva esfuerzo-deformación aumenta su pendiente. Esta característica se ilustra en la figura 22. Ya que en el área transversal real de un espécimen probado en compresión es mayor que el área inicial, el esfuerzo real en una prueba de compresión es menor que el esfuerzo nominal.

Figura 13: Curvas esfuerzo- deformación nominal y real para el ensayo de

compresión.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Existen ventajas y desventajas de tener conocimiento acerca del esfuerzo de compresión,

ya que considerarlo ayuda a evitar futuras fallas, retrasos en producción y en casos

graves grandes pérdidas económicas. Para evitar estos sucesos es importante tener

considerado las propiedades de cada material que es ocupado en un proceso o en la

fabricación de algo. Existen ensayos de esfuerzo de compresión en los cuales se puede

considerar las resistencias y los cálculos necesarios para conocer en que partes es

requerido cada material de acuerdo a su función. Entre las ventajas que se pueden

mencionar acerca de estos tipos de ensayos son las siguientes:

Ventajas

Evitar paros en producción a causa de que cierto material no resistió el esfuerzo

de compresión durante el proceso.

Tener identificado que material es adecuado de acuerdo a sus características para

alguna función en la cual haya esfuerzo de compresión.

Los ensayos de compresión no son muy costosos para realizarse.

Tener la seguridad como empresa de que al tener sus materiales normalizados por

las asociaciones correspondientes, se tiene un control con respecto al esfuerzo de

compresión.

Tener los materiales adecuados para los procesos en los que interviene el

esfuerzo de compresión, produce menos la posibilidad de que ocurra una falla en

estos, por consecuencia evitara paros, una mala producción y gastos no

programados.

Desventajas

El no tener conocimiento de lo que puede ocasionar la compresión en los

materiales, genera la posibilidad de un fallo inesperado durante su huso.

El esfuerzo de compresión genera gastos por cambios de materiales.

El esfuerzo de compresión no controlado en los materiales, generara posibles

accidentes a causa del mismo.

CONCLUSIONES

Para terminar con esta investigación es importante tener controlado los sucesos que le

ocurren a los tipos de metales que se tienen en uso, en este caso tener controlado el

esfuerzo de compresión. El uso de normas de asociaciones que se dedican al estudio de

las características de los metales es una excelente forma de hacer pruebas con los

metales y mediante eso tener el entendimiento de qué forma es más apropiado para su

utilización. Por último es recomendable seguir con los procedimientos de utilización de los

metales ya que pueden ocasionar fallas de no ser ocupado en forma correcta y en casos

más graves accidentes en el personal por la baja resistencia que podría tener un material

ante un suceso como lo es el esfuerzo de compresión que ocurra en un área donde es

circulada por personas.