Prueba de impactoLas pruebas de impacto se utilizan en ingeniería de polímeros para estudiar la tenacidad de un material. Este material puede ser un polímero, un copolímero o un polímero reforzado.

Las pruebas mecánicas pertenecen al grupo de pruebas mecánicas dinámicas.

Generalidades

Según el método Charpy existen dos tipos de prueba de impacto:

Prueba de impacto con flexión Prueba de impacto con flexión y muesca

Ambas pruebas pueden realizarse con instrumentos o sin ellos, es decir, con una computadora que mide los diferentes parámetros implicados en la prueba.

Otras pruebas de impacto no incluidas en Charpy incluyen

Prueba a la caída Pruebas de impacto a alta velocidad

La tenacidad al impacto se mide en kJ/m2 (kilojulio (unidad) por metro cuadrado).

Debido a las características termoplásticas de los polímeros, las pruebas de impacto requieren cierta velocidad en su actuación, velocidades lentas producen más bien movimientos de deformación plástica o creep, permitiendo a los segmentos de las macromoléculas la relajación de esfuerzos. Las velocidades para impacto incluyen el rango de 10-1 - 100 s-1.

Fractura frágil

Los factores que promueven una fractura frágil de polímero incluyen:

Bajas temperaturas Estados de concentración de estrés multiaxiales Tensiones residuales Agujeros y muescas Esquinas y rajaduras Altas tasas de estiramiento o deformación

Algunos de estos factores que propician la ruptura frágil pueden ser simulados al fabricar una probeta con muescas o aplicando la prueba a bajas temperaturas.

Algunos factores del material afectan el comportamiento de fractura al impacto como son:

Morfología del material Orientación de las cadenas poliméricas en la muestra Grado de cristalinidad Tamaño de las esferulitas

La orientación de las cadenas puede influenciar un mejor desempeño en pruebas de impacto en polímeros amorfos, sin embargo, en polímeros semicristalinos, una alta orientación puede resultar en una fractura más frágil.

Experimentación

Los experimentos de impacto de acuerdo con Charpy consisten en probetas con o sin muesca sometidos a una flexión basada en tres puntos.

Un estándar para esta prueba es el ISO 179-1 (2000), en el cual se define la geometría de la muestra o probeta.

Mediciones

Las pruebas de acuerdo con Izod, incluyen una probeta anclada a una prensa la cual sostiene a la misma, que es sujeta al impacto.

Ensayo de Impacto

Los ensayos de impacto se utilizan para la determinación del comportamiento de un material a velocidades de deformación más altas. Los Péndulos clásicos determinan la energía absorbida en el impacto por una probeta estandarizada, midiendo la altura de elevación del martillo del Péndulo tras el impacto. Generalmente se pueden aplicar varios métodos de ensayo:

Charpy (ISO 179-1, ASTM D 6110) Izod (ISO 180, ASTM D 256, ASTM D 4508) y 'unnotched cantilever beam impact' (ASTM D

4812). Ensayo tracción por impacto (ISO 8256 und ASTM D 1822) Dynstat ensayo flexión por impacto (DIN 53435)

Dentro de la norma ISO 10350-1 para valores característicos de punto único, el método de ensayo preferido es Charpy acorde a ISO 179-1, Para ello, el ensayo se realiza en probetas no entalladas con impacto en el canto (1eU). Si la probeta no se rompe en esta configuración, el ensayo se realizará con probetas entalladas, aunque en este caso, los resultados no son directamente comparables. De no producirse la rotura de la probeta, se empleará el método de tracción por impacto.

Dentro de las normas ASTM, el método Izod acorde a ASTM D 256 es el más corriente. En él se emplean siempre probetas entalladas. Un método de aplicación menos común es el "unnotched cantilever beam impact" descrito en la norma ASTM D 4812. Este método es parecido al procedimiento Izod, pero con probetas no entalladas. En el caso de que sólo se pueden producir probetas pequeñas, se puede proceder por el método "Chip-impact" acorde a ASTM D 4508.

El procedimiento Charpy tiene una amplia gama de aplicación y es el más adecuado para el ensayo de materiales que presentan rotura por cizallamiento interlaminar o efectos de superficie. Además, el método Charpy ofrece ventajas en los ensayos con temperaturas bajas, ya que los asientos de la probeta se encuentran más alejados de la entalladura, evitando así una rápida transmisión de calor a las partes críticas de la probeta.

Algunos fabricantes de automóviles alemanes emplean para el ensayo de probetas pequeñas el método flexión por impacto Dynstat. Este método se describe solamente en la DIN.

De acuerdo con ISO, cada martillo se puede emplear en un área del 10 al 80% de su energía nominal inicial. ASTM permite hasta un 85%.

La diferencia principal entre ISO y ASTM reside en la selección del tamaño del martillo. Según ISO, hay que emplear siempre el martillo más grande posible, aunque la cobertura de rangos es a veces mínima. Esta exigencia se basa en el supuesto de que la pérdida de velocidad al romper la probeta se tiene que mantener en un mínimo. El martillo estándar descrito en ASTM tiene una energía nominal de 2.7 Joule, todos los demás tamaños se obtienen multiplicando por dos. En este caso se ha de seleccionar el martillo más pequeño del rango para el ensayo.

Ensayo de Impacto tipo CharpyEl péndulo de Charpy es un dispositivo a modo de péndulo ideado por Georges Charpy. Se utiliza en ensayos para determinar la tenacidad de un material . Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada a flexión en 3 puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía absorbida en el área debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia.

Fórmulas

La energía absorbida en el impacto por la probeta usualmente se calcula como la diferencia de alturas inicial y final del péndulo, esto supone, obviamente despreciar algunas pérdidas por rozamiento). La fórmula de cálculo para la energía de impacto:

Donde:

τ es la energía empleada en la rotura en Joules

P es la masa del péndulo en Kg

g es la gravedad (9,8 m/s²)

h es la altura inicial del péndulo

h' es la altura final del péndulo

l es la longitud del péndulo en metros

α y β son los ángulos que forma el péndulo con la vertical antes y después de soltarlo, respectivamente.

Ensayo de Impacto tipo Izod.

Este ensayo consiste en romper una probeta sostenida en voladizo en posición horizontal, por medio de un golpe en su extremo libre, esto se realiza mediante un péndulo al igual que el ensayo Charpy.

A esta probeta también se le realiza una muesca en su base, la cual se hace a toda su sección transversal.

Forma de la probeta para la prueba Izod.

Mordaza para probetas tipo Izod.

Para el ensayo de impacto tipo Izod, las mordazas deben sujetar la probeta por uno de sus extremos, dejándola en voladizo, para que el golpe suceda a 22mm de la muesca según la norma ASTM E-23.

Martillo para pruebas tipo Izod El martillo para este tipo de prueba de impacto, también requiere que cumpla con ciertas normas, en donde se especifican los ángulos y dimensiones en contacto con la probeta. Es necesario tener en cuenta que como la probeta está en posición horizontal, el martillo debe ser colocado un giro de 90⁰ respecto al eje del péndulo.

ENSAYO DE IMPACTO PARA DESGASTE EN EL AGREGADO GRUESOLa resistencia a la abrasión, desgaste, o dureza de un agregado, es una propiedad que depende principalmente de las características de la roca madre. Este factor cobra importancia cuando las partículas van a estar sometidas a un roce continuo como es el caso de pisos y pavimentos, para lo

cual los agregados que se utilizan deben estar duros.

Para determinar la dureza se utiliza un método indirecto cuyo procedimiento se encuentra descrito en la Normas ICONTEC 93 y Norma ICONTEC 98 para los agregados gruesos.

Dicho método más conocido como el de la Máquina de los Ángeles, consiste básicamente en colocar una cantidad especificada de agregado dentro de un tambor cilíndrico de acero que está montado horizontalmente. Se añade una carga de bolas de acero y se le aplica un número determinado de revoluciones. El choque entre el agregado y las bolas da por resultado la abrasión y los efectos se miden por la diferencia entre la masa inicial de la muestra seca y la masa del material desgastado expresándolo como porcentaje inicial.

Porcentaje de desgaste = [ Pa – Pb ] / Pa

Donde:- Pa es la masa de la muestra seca antes del ensayo (grs)- Pb es la masa de la muestra seca después del ensayo, lavada sobre el tamiz 1.68 mm

En el ensayo de resistencia a la abrasión o al desgaste se utiliza la Maquina de los Ángeles. Esta es un aparto constituido por un tambor cilíndrico hueco de acero de 500 mm de longitud y 700 mm de diámetro aproximadamente, con su eje horizontal fijado a un dispositivo exterior que puede transmitirle un movimiento de rotación alrededor del eje. El tambor tiene una abertura para la introducción del material de ensayo y de la carga abrasiva; dicha abertura está provista de una tapa que debe reunir las siguientes condiciones:- Asegurar un cierre hermético que impida la pérdida del material y del polvo.- Tener la forma de la pared interna del tambor, excepto en el caso de que por la disposición de la pestaña que se menciona más abajo, se tenga certeza de que el material no puede tener contacto con la tapa durante el ensayo.- Tener un dispositivo de sujeción que asegure al mismo tiempo la fijación rígida de la tapa al tambor y su remoción fácil.El tambor tiene fijada interiormente y a lo largo de una generatriz, una pestaña o saliente de acero que se proyecta radialmente, con un largo de 90 mm aproximadamente. Esta pestaña debe estar montada mediante pernos u otros medios que aseguren su firmeza y rigidez. La posición de la pestaña debe ser tal que la distancia de la misma hasta la abertura, medida sobre la pared del cilindro en dirección de la rotación, no sea menor de 1250 mm. La pestaña debe reemplazarse con un perfil de hierro en ángulo fijado interiormente a la tapa de la boca de entrada, en cuyo caso el sentido de la rotación debe ser tal que la carga sea arrastrada por la cara exterior del ángulo.Una carga abrasiva consiste en esfera de fundición o de acero de unos 48 mm de diámetro y entre 390 y 445 gramos de masa, cuya cantidad depende del material que se ensaya.

PROCEDIMIENTOSe mide unos 5000 gr de muestra seca y se coloca junto con la carga abrasiva dentro del cilindro; se hace girar este con una velocidad entre 30 y 33 rpm, girando hasta completar 500 vueltas, teniendo en cuenta que la velocidad angular es constante.

Después se retira el material del cilindro y luego se hace pasar por el tamiz # 12 según lo establecido en la Norma ICONTEC 77. El material retenido en el tamiz #12 debe ser lavado y secado en el horno a una temperatura comprendida entre 105 °C y 110 °C. Al día siguiente se cuantifico la muestra eliminando los finos y luego fue pesada.

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA.

FACULTAD DE INGENIERIA.

ESCUELA DE CIVIL.

AREA DE MATERIALES DE CONSTRUCCION Y OBRAS CIVILES.

MATERIALES DE CONSTRUCCION.

ING. JOSE GABRIEL ORDOÑEZ MORALES.

“PRUEBAS DE IMPACTO Y DESGASTE EN AGREGADOS GRUESOS”

NOMBRE:

HECTOR ALBERTO ALVARADO PACAY.

CARNET: 2002-12526.

SECCION: P.

GUATEMALA, 11 DE FEBRERO DE 2013.