Resistencia de materiales

Resistencia de materiales

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

ENSAYOS DE TENSIN Y COMPRENSIN

CURSO:RESISTENCIA DE MATERIALES

DOCENTE:

ING. D. QUINTANILLA A.

ALUMNO:

CALISAYA FLORES, Ronald William

SEMESTRE:

IV

PUNO- 2014

I. INTRODUCCIN: Ensayos de Traccin y Compresin. Cuando un tcnico proyecta una estructura metlica, disea una herramienta o una mquina, define las calidades y prestaciones que tienen que tener los materiales constituyentes. Como hay muchos tipos de aceros diferentes y, adems, se pueden variar sus prestaciones con tratamientos trmicos, se establecen una serie de Ensayos Mecnicos para verificar principalmente la dureza superficial, la resistencia a los diferentes esfuerzos a que pueda estar sometido, el grado de acabado del mecanizado o la presencia de grietas internas en el material, lo cual afecta directamente al material pues se pueden producir fracturas o hasta roturas.

Ensayo de Materiales Se denomina ensayo de materiales a toda prueba cuyo fin es determinar las propiedades mecnicas de un material. Algunas propiedades evaluadas en estos ensayos son: Elasticidad: En fsica e ingeniera, el trmino elasticidad designa la propiedad mecnica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la accin de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan. Dureza: La dureza es una propiedad mecnica de los materiales consistente en la dificultad que existe para rayar (mineraloga) o crear marcas en la superficie mediante micropenetracin de una punta (penetrabilidad). Embutibilidad: La embutibilidad es la caracterstica que describe la resistencia de un material a ser embutido, o sea, a ser confinado a un espacio reducido o a una matriz, con el fin de que adopte la forma de sta. El proceso de embutido se utiliza ampliamente en la industria latonera, para generar tapas, como las de las botellas de cerveza y gaseosa, o como las de tarros de pintura; tambin se utiliza para formar ollas y otros recipientes similares. Resiliencia: En ingeniera, la resiliencia es una magnitud que cuantifica la cantidad de energa por unidad de volumen que absorbe un material al deformarse elsticamente debido a una tensin aplicada. Cuando un tcnico proyecta una estructura metlica, disea una herramienta o una mquina, define las calidades y prestaciones que tienen que tener los materiales constituyentes. Como hay muchos tipos de aceros diferentes y, adems, se pueden variar sus prestaciones con tratamientos trmicos, se establecen una serie de ensayos mecnicos para verificar principalmente la dureza superficial, la resistencia a los diferentes esfuerzos que pueda estar sometido, el grado de acabado del mecanizado o la presencia de grietas internas en el material , lo cual afecta directamente al material pues se pueden producir fracturas o hasta roturas. Los ensayos en materiales pueden ser de dos tipos, Ensayos destructivos o Ensayos no destructivos, estos ltimos muy importantes en los controles de calidad (es demasiado caro romper para comprobar un nmero de veces que asegure que se cumple los estndaresEs importante aclarar que en el caso de compresin se han considerado barras cuya longitud es pequea en comparacin con su rea transversal, pues de ocurrir lo contrario la barra se flexar longitudinalmente y no es ste objetivo de nuestro tema. Por lo anteriormente expuesto podemos afirmar que las cargas que originan la traccin y compresin son cargas externas axiales. Los ensayos en materiales pueden ser de dos tipos, Ensayos destructivos o Ensayos no destructivos, estos ltimos muy importantes en los controles de calidad (es demasiado caro romper para comprobar un nmero de veces que asegure que se cumple los estndares). Ensayos Destructivos tpicos: son el ensayo a traccin del que se obtiene la curva de comportamiento del material, el de compresin, y torsin, para caracterizar mecnicamente el solido. Ensayos no destructivos tpicos: son los ultrasonidos, para encontrar grietas profundas, el ensayo con corrientes, para medir a travs de las corrientes inducidas el espesor de la pintura en una superficie, y el de campo magntico, que permite a simple vista encontrar grietas superficiales muy pequeas. Los ensayos no destructivos son los siguientes: Ensayo microscpico y rugosidad superficial. Microscopios y rugosmetros. Ensayos por ultrasonidos. Ensayos por lquidos penetrantes. Ensayos por partculas magnticas. Los ensayos destructivos son los siguientes: Ensayo de traccin con probeta normalizada. Ensayo de resiliencia. Ensayo de compresin con probeta normalizada. Ensayo de cizallamiento. Ensayo de flexin. Ensayo de torsin. Ensayo de plegado. Ensayo de fatiga. Ensayo de dureza (Brinell, Rockwell, Vickers). Mediante durmetros.

II. EQUIPOS Y PROCEDIMIENTOS:

Ensayo de Compresin :

El ensayo de compresin es un ensayo de materiales utilizado para conocer su comportamiento ante fuerzas o cargas de compresin. Es un ensayo mucho menos empleado que el ensayo de traccin, aplicndose en probetas de materiales que van a trabajar a compresin pero de forma acelerada hasta llegar al punto de ruptura con el objetivo de analizar la resistencia mxima que el mismo puede alcanzar.Este ensayo resulta esencial para determinar los esfuerzos de compresin de los materiales debido a que se usa en construcciones, tales como columnas y cimientos se encuentran a compresin, es muy similar al de tensin, ya que a una probeta de un material dado se le somete a cargas y se mide su deformacin, de modo que se obtiene una grfica similar al de traccin.

A partir de la curva citada se pueden definir tres puntos caractersticos principales:Y: Lmite de fluencia: punto a partir del cual se producen deformaciones plsticas permanentes U: Lmite de resistencia ltima o lmite de rotura: punto en el que se alcanza la tensin mxima de compresin F: Punto de fractura: punto en el que se produce la rotura de la probeta. La dimensin de las probetas y la necesidad de mquinas de capacidades sumamente elevadas, lo que dificulta la precisin de la prueba.

Requerimientos Para Probetas de Compresin: Para las probetas de compresin se prefieren probetas cilndricas a cualquier otra forma. La seleccin de una relacin entre longitud y dimetro de la probeta es una eleccin que se toma para evitar una serie de inconvenientes, ya que de ser muy ancha y muy corta, las mediciones de deformaciones seran casi irrealizables, de ser muy larga y delgada, se dara una fractura por flexin, entonces se establece una relacin determinada para evitar dichos efectos. El tamao de la relacin depende del tipo de material, del tipo de mediciones y del aparato de ensayo.

Coeficiente de Poisson:

Nombrado por Simeon Poisson es una constante elstica que proporciona una relacin entre las la deformacin lateral que sufre el material y las deformaciones relativas en direccin de la en la direccin de la carga aplicada sobre el mismo.

Fig. 2

Cuando un cuerpo se acorta por efecto de una compresin, se alarga en la direccin perpendicular a la compresin. Un cuerpo alargado por efecto de una traccin, disminuye su ancho en la direccin perpendicular a la tensin. Siendo el coeficiente de Poisson La relacin entre la deformacin longitudinal y la deformacin transversal :

Cuando una tensin acta en un cuerpo en una direccin y el volumen del cuerpo es constante, el coeficiente de Poisson tiene su valor mximo igual a 0,5.Tambin se relaciona el mdulo de rigidez y el mdulo de Young en la ecuacin:

donde E es el mdulo de Young, G es el mdulo de rigidez y es el coeficiente de Poisson. La frmula slo es vlida dentro del lmite elstico de un material. El coeficiente de Poisson de un material estable no puede ser menos de -1.0 ni mayor que 0.5 debido al requisito de que el mdulo del esquileo y mdulo a granel tenga valores positivos. La mayora de los materiales tienen entre 0.0 y 0.5. La mayora de los aceros tienen un valor alrededor 0.3, y el caucho es casi 0.5. Un material perfectamente incompresible deformada elstico en las tensiones pequeas tendra cociente de un Poisson de exactamente 0.5

CONSIDERACIONES TEORICAS:Existen varias limitaciones especiales del ensayo de compresin a las cuales se debe dirigir la atencin:1.La dificultad de aplicar una carga verdaderamente concntrica o axial.2.El carcter relativamente inestable de este tipo de carga en contraste con la carga tensva. Existe siempre una tendencia al establecimiento de esfuerzos flexionantes y a que el efecto de las irregularidades de alineacin accidentales dentro de la probeta se acenta a medida que la carga prosigue.3.La friccin entre los puentes de la mquina de ensaye o las placas de apoyo y las superficies de los extremos de la probeta debido a la expansin lateral de sta. Esto puede alterar considerablemente los resultados que se obtendran si tal condicin de ensayo no estuviera presente.4.Las reas seccionales relativamente mayores de la probeta para ensayo de compresin para obtener un grado apropiado de estabilidad de la pieza. Esto se traduce en la necesidad de una mquina de ensaye de capacidad relativamente grande o probetas tan pequeas y, por lo tanto, tan cortas que resulta difcil obtener de ellas mediciones de deformacin de precisin adecuada.Se supone que se desean las caractersticas simples del material y no la accin de los miembros estructurales como columnas, de modo que la atencin se limita aqu al bloque de compresin corto.Requerimientos para probetas de compresin.Para el esfuerzo uniforme de la probeta de compresin, una seccin circular es preferible a otras formas. Sin embargo, la seccin cuadrada o rectangular se usa frecuentemente y para piezas manufacturadas, tales como el azulejo, ordinariamente no resulta posible cortar probetas que se ajusten a ninguna forma en particular.La seleccin de la relacin entre la longitud y el dimetro de una probeta de compresin parece ser ms o menos un compromiso entre varias condiciones indeseables. A medida que la longitud de la probeta se aumenta, se presenta una tendencia creciente hacia la flexin de la pieza, con la consiguiente distribucin no uniforme del esfuerzo sobre una seccin recta. Se sugiere una relacin entre altura y dimetro de 10 como un lmite superior prctico. A medida que la longitud de la probeta disminuye, el efecto de la restriccin friccional en los extremos se torna sumamente importante; asimismo, para longitudes menores de aproximadamente 1.5 veces el dimetro, los planos diagonales a 10 largo de los cuales la falla se verificara en una probeta ms larga intersectan la base, con el resultado de que la resistencia aparente se aumenta. Comnmente se emplea una relacin entre longitud y dimetro de 2 o ms, aunque la relacin entre altura y dimetro vare para materiales diferentes.El tamao real depende del tipo de material, del tipo de mediciones a realizar, y del aparato de ensaye disponible. Para materiales homogneos para los cuales se requiera solamente la resistencia ltima, pueden usarse probetas pequeas. El tamao de las probetas de materiales heterogneos debe ajustarse al tamao de las partculas componentes o agregados.Los extremos a los cuales se aplica la carga deben ser planos y perpendiculares al eje de la probeta o, de hecho, convertidos as mediante el uso de cabeceo y dispositivos de montaje.Los tramos de calibracin para mediciones de deformacin deben preferiblemente ser ms cortos que el largo de la probeta cuando menos el dimetro de la probeta.Los requerimientos generales en lo relativo a la seleccin y preparacin de las probetas se han tratado en el Capo 2.Probetas estndar.Las probetas para ensayos de compresin de materiales metlicos recomendados por la ASTM (ASTM E 9) se muestran en la Fig. 5.25. Las probetas cortas son parausarse con metales antifriccin, las de longitud mediana para uso general y las largas para ensayos que determinen el mdulo de elasticidad. Las probetas para ensayos de compresin de lmina metlica deben cargarse en una plantilla que provee apoyo lateral contra el pandeo sin interferir con las deformaciones axiales de la probeta. Los detalles de esas plantillas y las probetas correspondientes estn cubiertos por la ASTM (ASTM E 9).

Para el concreto, las probetas estndar son cilindros con una altura del doble del dimetro. Para el concreto con agregado de tamao mximo no mayor de 2 plg, el tamao normal del cilindro es de 6 por 12 plg; para el concreto que contenga agregados de tamao mximo hasta de 2* plg se usa un cilindro de 8 por 16 plg. (ASTM e 31). Es prctica comn en muchos laboratorios usar cilindros de 3 por 6 plg para concreto con agregados hasta % plg Y para ensayos de concreto con agregados hasta de 6 plg, se usan cilindros de 18 por 36 plg. Los cubos se usan en Inglaterra y Europa; en Inglaterra el cubo de 6 plg es de un tamao comn para concreto ordinario.Para morteros frecuentemente se usa el cilindro de 2 por 4 plg aunque la ASTM ahora especifica un cubo de 2 plg (ASTM e 109). Las probetas para ensayos de compresin de piezas pequeas y limpias de madera paralela a la fibra son prismas rectangulares de 2 por 2 por 8 plg. Los ensayos de compresin perpendiculares a la fibra se hacen sobre probetas nominalmente de 2 por 2 por 6 plg, como las mostradas en la Fig. 5.26. La carga se aplica a travs de una placa metlica de apoyo de 2 plg de ancho atravesada sobre el canto superior a distancias iguales de los extremos y en ngulo recto con el ancho (ASTM D 143).

La resistencia a la compresin del ladrillo para construccin se determina sobre medio ladrillo con superficie aproximadamente plana y paralela, ensaye acostado (ASTM e 67). Remitimos al lector a las especificaciones de la ASTM para el tipo de probetas para ensayos de compresin de otros materiales tales como la loseta para desage (ASTM e 4), el bloque de barro estructural (ASTM e 112), el tubo de albaal (ASTM e 13, e 14), el ladrillo refractario (ASTM e 133), el hule vulcanizado (ASTM D 395, D 575), los materiales aislantes moldeados (ASTM D 48), la madera en tamaos estructurales (ASTM D 198), Y roca de construccin (ASTM e 170).Camas y bloques de apoyo.Los extremos de las probetas de compresin deben ser planas para no causar concentraciones de esfuerzos y deben ser perpendiculares al eje de la pieza para no causar flexin debida a la carga excntrica.Las superficies de los extremos de las probetas metlicas pueden maquinarse planas y en ngulo recto con el eje. Las piezas de ensayo de madera usualmente pueden arreglarse para satisfacer estas condiciones. Para materiales tales como el concreto, la piedra y el ladrillo, sin embargo, una cama, con o sin el uso de placas de remate acompaantes, usualmente resulta necesaria. Los materiales comnmente usados para camas son el yeso, el Hydrostone (un compuesto de gilsonita de alta resistencia), los cementos de fraguado rpido, y los compuestos de sulfuro. Al asentar las placas de remate, debe tenerse la precaucin de asegurar la perpendicularidad entre la superficie del apoyo y el eje de la probeta. Ocasionalmente, se usa una plantilla con ese propsito.

Es deseable que el material de cabeceo pasea un mdulo de elasticidad y una resistencia cuando menos iguales a los del material de probeta. La cabeceada debe ser tan delgada como sea prctico. Si un compuesto para taponar contiene agua, ello puede afectar la resistencia de los materiales absorbentes como el ladrillo, de modo que una capa de goma laca o una hoja de papel encerado se fija sobre los extremos de la probeta antes de rematarla. Los materiales sueltos, tales como la arena o los pequeos balines de acero, no han resultado eficaces para los retacados de los extremos. Los retacados suaves tales como las lminas de hule y las placas de fibra deben evitarse, pues tienden a fluir lateralmente bajo carga y causar que la probeta se parta.Las placas sencillas de apoyo o remate deben llevar superficies maquinadas, planas y paralelas. El material de la placa de apoyo deber ser fuerte y duro en relacin con el de la probeta. Vanse ASTM E 39 y E 192 para tpicos requerimientos detallados.Usualmente un extremo de la probeta debe apoyarse en un bloque o dado esfricamente asentado. La Fig. 5.27 muestra arreglos satisfactorios de la probeta y del bloque. El objeto del bloque es contrarrestar el efecto de una pequea falta de paralelismo entre el puente de la mquina y la cara extrema de la probeta, confiriendo a la probeta una distribucin inicial de la carga tan pareja como sea posible. Es deseable que el bloque de apoyo esfricamente asentado, est en el extremo superior de la probeta. Para que la resultante de las fuerzas aplicadas al extremo de la probeta no quede excntrica con respecto al eje de la probeta, es importante que el centro de la superficie esfrica de este bloque yazca en la cara plana que se apoya en la probeta, y que la probeta misma sea cuidadosamente centrada con respecto al centro de esta superficie esfrica. Debido a la aumentada resistencia a la friccin a medida que la carga crece, el cojinete esfricamente asentado no puede confiarse en que se ajuste a s mismo a la accin flexionante que pueda ocurrir durante el ensayo. En algunas condiciones de ensayo, el bloque de apoyo esfricamente asentado puede omitirse mientras que, en otras, dos de tales bloques pueden requerirse.

Realizacin de los ensayos.En los ensayos comerciales la nica propiedad ordinariamente determinada es la resistencia a la compresin. Para los materiales quebradizos en los cuales Ocurre una fractura, la resistencia ltima se determina fcil y definitivamente. Para aquellos materiales en los cuales no hay un fenmeno singular que marque la resistencia ltima, se toman lmites de deformacin arbitrarios como criterios de resistencia. Vanse, por ejemplo, las ASTM B 22 Y D 575.En los ensayos para determinar la resistencia a la cedencia de los metales en compresin, los criterios usuales (descritos en el Capo 2) pueden seguirse. Las dimensiones deben determinarse con una precisin apropiada. Las precisiones recomendadas para mediciones transversal seccionales en la labor ordinaria son las siguientes: metales, hasta el 0.001 plg ms cercano; concreto y madera, hasta el 0.01 plg ms cercano. En las probetas cilndricas las mediciones deben hacerse sobre, cuando menos, dos dimetros mutuamente perpendiculares. Si se requieren pesos unitarios, las probetas deben medirse ordinariamente con una precisin de aproximadamente 0.5%.Al ensayar los metales, los extremos de la probeta y las caras de los bloques de apoyo deben limpiarse con acetona o cualquier otro solvente adecuado inmediatamente antes del ensaye para quitar la grasa y el aceite que pudieran influir en la restriccin friccional de las superficies extremales ( ASTM E 9).En un ensayo de compresin, una distribucin de esfuerzos absolutamente uniformes prcticamente nunca se alcanza. Al realizar determinaciones precisas de esfuerzo y deformacin con la mira de encontrar el lmite proporcional resulta pues deseable medir las deformaciones a lo largo de cuando menos tres lneas d':..s1ibracin con 1200 de separacin alrededor de una pieza cilndrica. Para determinaciones ordinarias del mdulo de elasticidad, un compresmetro del tipo de promediacin es usualmente suficiente.Observaciones de ensayo.La identificacin, las dimensiones, las cargas crticas, las lecturas compresomtricas (en caso de que hayan sido tomadas), el tipo de la falla, incluyendo los croquis, se registran en una forma apropiada al tipo de ensayo y la extensin de los datos a tomar. Los materiales quebradizos comnmente se rompen ya a lo largo de un plano diagonal, o ya con una fractura en forma de cono o pirmide, ocasionalmente denominada fractura en forma de reloj de arena (vase la Fig. 5.28). El hierro fundido usualmente falla a lo largo de un plano inclinado, y el concreto exhibe una fractura de tipo cnico. Tales fracturas son esencialmente fallas por corte.

En la Fig. 5.29 se muestra por medio del crculo de esfuerzos de Mohr, el estado de esfuerzo al ocurrir la falla en un elemento sometido a un esfuerzo principal uniforme en solamente una direccin. De la representacin de los ngulos de ruptura en el diagrama circular de Mohr se puede demostrar que a = 45 - /2 o = 45 + /2.

Efecto de las variables importantes.El efecto del tamao y de la forma de las probetas de materiales quebradizos sobre la resistencia a la compresin queda ilustrado por los resultados de una investigacin del concreto resumidos en la Tabla 5.4.

La ASTM da factores de correccin a aplicar a la resistencia de probetas de concreto tomados de estructuras de concreto paraobtener resistencias equivalentes a las del cilindro normal con CJ.2: relacin entre longitud y dimetro de 2, segn se muestra en la tabla 5.5.

Las resistencias a la compresin relativas de los cilindros grandes de concreto estn ilustrados en la Tabla 5.6. Estos datos se han resumido de ensayos realizados por la Agencia de Rehabilitacin de los Estados Unidos.

R. F. Blanks y C. C. McNamara, "Mass Concrete Tests in Large Cylinders"(Ensayos de Concreto Ciclpeo en Cilindros Grandes),PTOC. ACI, Vol. 31, 1935, y discusin en el Vol. 32, 1936.Las condiciones extremas en el momento del ensayo, el mtodo de rematacin, y las condiciones extremales antes del rematado pueden tener un efecto pronunciado sobre la resistencia a la compresin de cilindros de concreto para ensayos (565, 566). Los cilindros moldeados con placas maquinadas para producir extremos convexos y ensayados sin remate arrojan reducciones pronunciadas de la resistencia aun para una pequea cantidad de convexidad. Para una convexidad de slo 0.01 plg en un cilindro de 6 plg de dimetro, ensayos de proporciones de 1: 2 y 1: 5 han acusado reducciones de la resistencia de aproximadamente 35 y 20% respectivamente [565]. Esto demuestra la importancia de tener extremos planos en las probetas. Tambin han demostrado que mientras ms alta sea la resistencia a la compresin del material del remate, ms alta ser la resistencia indicada del concreto y menor el efecto de los extremos irregulares antes del rematado sobre la resistencia indicada. Con cabeceo de yeso o municin de acero la resistencia indicada del concreto normal puede reducirse tanto como un 10% aun para cilindros con extremos planos, pero para extremos irregulares antes del rematado, las resistencias pueden reducirse hasta en un 25%.Los resultados de ensayos que muestran las resistencias relativas obtenidas con varios tipos de cabeceo se resumen en la Tabla 5.7.

Nota: Los cilindros con extremos normales planos y cabeceo de Hydrostone tomados con una resistencia relativa de 100.a G. E. Troxell, "The Effect of Capping Methods and End Conditions before Capping upon the Compressive Strength of Concrete Test Cylinders", (El Efecto de los Mtodos de Rernatacin y las Condiciones Extremales antes del Rematado sobre la Resistencia a la Compresin de los Cilindros de Prueba de Concreto), Proc. ASTM, Vol. 41, 1941.b Un compuesto de gilsonita; resistencia a 1 hr 5000 lb/plg'; mdulo, 1.6 X 10" Ib/plg2. , Una mixtura de sulfuro y slice; resistencia a las 24 hr, 8500 lb/plg'; mdulo 2.2 X ID" lb/plg'.d Municin de acero de 1/16 plg. Aceitada. Resultados prcticamente iguales con municin seca .e Un compuesto de gilsonita; resistencia a 1 hr, 1 700 lb/plg'; mdulo 0.5 X lOS lb/plg'.f Planos, pero no perpendiculares al eje. Pendiente de 3/16 plg en 3 plg de dimetro.g Protuberancia esfrica de 3/16 plg.h Depresin esfrica de 3/16 plg.La velocidad de ensaye tiene un efecto definido sobre la resistencia a la compresin aunque el efecto es usualmente muy pequeo dentro de los rangos de velocidad usados en el ensaye ordinario. Los resultados de los ensayos sobre el concreto indican que la relacin entre la resistencia y la velocidad de carga es aproximadamente logartmica -mientras ms rpida es la velocidad ms alta es la resistencia indicada [581, 582]. La resistencia de una probeta cargada, digamos, a 6000 lb/plg2/min sera, aproximadamente 15% mayor que la resistencia de una probeta cargada a 100 lb/plg/min. El mdulo de elasticidad tambin parece aumentar con la velocidad de carga, aunque la mayora de los observadores han atribuido este efecto a la reduccin del creep durante el periodo de ensayo.Para el efecto de la estructura interna sobre la resistencia de varios materiales, vase la Ref. 141 en los captulos acerca de las propiedades de la madera, la piedra, el ladrillo, el concreto, el hierro y el acero. Para el efecto del flambeo principal y local de los elementos sobre su resistencia a la compresin.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO:1.-Siguiendo el reglamento colocamos el equipo de seguridad de manera adecuada (gafas protectoras, calzado adecuado, camisola, protectores auditivos).

2.- Colocamos los herramentales a nuestro alcance (platos, probeta, extensmetro, maquina de ensayouniversal, calibrador vernier).

3.- Realizamos mediciones y dibujo de la probeta antes del ensayo.

4.- En la prctica anterior trabajamos con la mquina universal as que esta vez es ms rpido y cmodo familiarizarnos con ella.

5.- Seleccionar el rango de carga (en el primer ensayo 20,000 en el segundo 10,000 y en el tercero 25,000).

6.- Colocar el papel milimtrico en el tambor de la mquina para graficar los ensayos.

7.- Encendemos la maquina y esperamos unos minutos a que se nivele el sistema hidrulico.

8.- Colocamos el plato superior en el fuente mvil,y en el centro de la base de la mquina universal colocaremos el plato inferior tomando mediciones para obtener su centro exacto.

9.- De acuerdo a los resultados anteriores colocamos de manera acertadamente cntrica la probeta.

10- Bajar el fuente mvil (o inferior) hasta que el plato superior haga contacto con la probeta (si es posible mantenemos una distancia de alrededor de 2.0mm +- 1.0mm entre la probeta centrada y el plato superior.

11.- Colocar de manera correcta el extensmetro en el mismo sentido principal de la maquina para poder observar mediciones.

12.- Se inicia el control de la carga abriendo la vlvula de control.

13.- Al comenzar la carga en el indicador se observa el desplazamiento que proporciona el indicador de caratula del extensmetro formando una tabla de relacin carga-desplazamiento.

14.- Al alcanzar una carga mxima de acuerdo a los estndares e instrucciones se detiene la carga, se cierra la vlvula y se apaga la mquina.

15.- Retiramos con cuidado el extensmetro.

16.- Realizamos mediciones y dibujos de la probeta despus del ensayo.

17.- Se repite desde el paso 3 para las siguientes dos probetas con la carga correspondiente.

EQUIPO:

NORMAS UTILIZADAS:ASTM E 9-89a

ASTM E 9-70

ASTM E9-89AJustificacin:Estos mtodos de ensayo cubren los aparatos, las muestras, y el procedimiento para las pruebas de compresin axial de carga de materiales metlicos a temperatura ambiente.Para conocer los requisitos adicionales relativos a los carburos cementados.Anteriormente bajo la jurisdiccin del Comit E28 sobre pruebas mecnicas, estos mtodos de ensayo fueron retirados en marzo de 2009 en conformidad con el artculo 10.5.3.1 del Reglamento de los Comits de Administracin tcnicos de ASTM, que exige que las normas se actualizaran para el final del octavo ao desde lafecha de aprobacin ltima.

1.mbito de aplicacin1.1 Estos mtodos de ensayo cubren los aparatos, las muestras, y el procedimiento para las pruebas de compresin axial de carga de materiales metlicos a temperatura ambiente.Para conocer los requisitos adicionales relativos a los carburos cementados.Nota 1 - Para las pruebas de compresin a temperaturas elevadas, vea E209 prctica.

1.2 Los valores indicados en unidades pulgada-libra deben ser considerados como el estndar.Los valores equivalentes mtricas citada en la norma puede ser aproximada.

1.3 Esta norma puede involucrar materiales peligrosos, operaciones y equipos.Esta norma no pretende tratar todos los problemas de seguridad asociados con su uso.Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer prcticas de seguridad y salud y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reguladoras antes de su uso.

2.Documentos de ReferenciaLos documentos que se enumeran a continuacin se hace referencia en el estndar de tema, pero no se proporcionan como parte de la norma.Normas de ASTMB557 mtodos de prueba para la tensin de prueba forjado y fundicin de aluminio y productos de aleacin de magnesio Prcticas E4 para la verificacin de la Fuerza de Mquinas de prueba E6 Terminologa relacionada con los mtodos de Ensayos Mecnicos Prctica E83 para la verificacin y clasificacin de los sistemas de Extensmetro E 111 Mtodo de prueba para mdulo de Young, mdulo tangente, y Mdulo de acordes Especificacin E171 para Atmsferas de acondicionamiento y las pruebas materiales de barrera flexible E177 Prctica para el uso de la precisin de los Trminos y sesgo en los mtodos de prueba ASTM E209 Prctica para pruebas de compresin de los materiales metlicos a temperaturas elevadas con velocidades de calentamiento convencional o rpida y velocidades de deformacin E251 mtodos de prueba para las caractersticas de rendimiento de la cepa metlico de resistencia en condiciones de servidumbre de medidores E691 Prctica para la realizacin de un estudio entre laboratorios para determinar la precisin de un mtodo de prueba axial de compresin; disparaba; bloques de apoyo; pandeo; compreso; plantilla de hoja de compresin, diagrama de tensin-deformacin, sub-prensa, mquina de ensayos, nmero de cdigo ICS 77.040.10.

ASTM E 9-70Este mtodo cubre los aparatos y procedimiento de compresin de metales a temperatura ambiente.Nota 1: excepto aquellos provisionales de este mtodo que tal vez necesitan una especificacin individual para algn mtodo o material en particular.Nota 2: los valores estndares son aquellos utilizados en E.U. los valores utilizados o equivalentes pueden ser aproximados.Los datos obtenidosde un ensayo de compresinincluyen fuera de compresin,el punto de compresin,el mdulo deelasticidad,y paraalgunosmateriales dela resistenciaa la compresin.En elcasode unmaterial quefallaen lacompresinde unafuerza que rompe laresistencia a la compresintieneunvalor definitivo. En el casodeunmaterialquenofallarenel ensayo de compresinporunpor fuerza de rupturaesarbitrariay dependiendo delgradode distorsinesque se considera comouna indicacin de fracaso total del material.resistenciaa la compresinde las muestrasrectangularesotipo dehoja-rara vezse puededeterminarporquepor lo generalse produceun pandeolocal eantes delaresistenciaa la compresindel materialque se lleg.Definiciones delos trminoslos nios?oplazo en relacin conlas pruebasde compresinesdefinido en la normaastme6.plazoen relacinalos mtodosde las pruebas mecnicasseconsiderarque se aplicaalostrminoso+utilizados enestosmtodos de control decompresin.aparatos.DIBUJO DE LA PROBETAAntes del ensayo

Despus del ensayo

TABLA DE DATOS:TABLA DE DATOS

ENSAYO DE COMPRESIONPRACTICA NO. 4

PROBETA:ACERO 1045TIPO DE LUBRICANTE: ACEITE GRADO 10 (baja viscosidad)

NO. DE ENSAYOS. 3TEMPERATURA DE ENSAYO: Temperatura Ambiente

INDICADOR NUMERAL(por color)ROJO Y NEGROROJO Y NEGROROJO Y NEGRO

MEDIDASPROBETA 1PROBETA 2PROBETA 3

DIAMETRO12.06mm12.06mm12.06mm

LONGITUD37.9mm25.3mm25.3mm

GRAFICACARGA 20,000CARGA 10,000CARGA 25,000

REL. CARGA DESPLAZAMIENTOCARGA KGDESPLAZAMIENTO mmCARGA KGDESPLAZAMIENTO mmCARGA KGDESPLAZAMIENTO mm

1250 kg.13 mm1000.64mm1250 kg.59 mm

2500.20 mm1500.65mm2500.65 mm

37501.78 mm2000.66mm3750.71 mm

50003.05 mm2500.67mm50001.46 mm

62506.34 mm3000.68mm62502.35 mm

75008.83 mm3500.69mm75004.46 mm

875011.90 mm4000.73mm87505.68 mm

1000013.33 mm4500.75mm100007.20 mm

1125014.59mm5000.79mm112508.58 mm

12500............5500.81mm125009.29 mm

13750............6000.84mm1375010.49 mm

15000............6500.85mm1500011.40 mm

CARGA MAX11,250ERROR15,050

TABLA DE RESULTADOS:PROBETA 1CARGA EN NCARGA KGDESPLAZAMIENTO mmDESPLAZAMIENTO cm

122501250 kg.13 mm0,000169

245002500.20 mm0,0004

3675037501.78 mm0,031684

4900050003.05 mm0,093025

6125062506.34 mm0,401956

7350075008.83 mm0,779689

85750875011.90 mm14,161

980001000013.33 mm1,782,225

1102501125014.59mm2,128,681

12250012500............

13475013750............

14700015000............

ROBETA 3CARGA EN NCARGA KGDESPLAZAMIENTO mmDESPLAZAMIENTO cm

122501250.59 mm0.003481

245002500.65 mm0.004225

367503750.71 mm0.005041

4900050001.46 mm0.021316

6125062502.35 mm0.055225

7350075004.46 mm0.198916

8575087505.68 mm0.322624

98000100007.20 mm0.5184

110250112508.58 mm0.736164

12250012509.29 mm0.863041

1347501375010.49 mm1.100401

1470001500011.40 mm1.2996

GRAFICA:

CONCLUSIONES:Una vez ms trabajamos con la maquina universal para ensayos con una probeta de acero 1045 lamentablemente la edad o el estado de la probeta no era la adecuada ya que en el primer ensayose desvi y no se comprimi como debera de ser,observando asla deficiencia del material de manera macroscpica. En el segundo ensayo ocurri una falla en la carga y la colocacin del extensmetrocausando el reinicio de la prctica para llevara cabo el tercer y ltimo ensayo el cual arrojo resultados satisfactorios permitindonos conocer una pieza sometida a un ensayo de compresin adecuada.

De manera grupal logramos desarrollar una dinmica ms ordenada y respetuosa la cual aporta facilidad para realizar el ensayo aunque cabe destacar que los participantes requieren de gran habilidad para manejar el equipo de manera adecuada, por otra parte la organizacin post-practica sigue siendo deficiente.

De manera individual sigue aportando a mis conocimientosgenerales y mi perfil profesional permitindome conocer cules son mis habilidades y deficiencias para poder tener una mejora continua en todos los aspectos. Es importante contar con el control de ti mismo para poder realizar la prctica aun cuando tu atencin se encuentra en el ensayo para lograr con xito tus propsitos y los de tu equipo, haciendo trabajar un conjunto de maquinaria y hombres como uno solo...

DIAGRAMA Y MECANISMOS DE FALLA:

Introduccin:Se vern las diferentes teoras de falla esttica con sus respectivas metodologas de clculo y anlisis y aplicaciones a casos reales. Esto significa que se analizar desde el punto de vista esttico o quasi-esttico la resistencia de un rgano de mquina.Se sabe que la resistencia es una propiedad o caracterstica de un elemento mecnico. Esta propiedad depende en conjunto de diversos factores, a saber: la identidad del material, el aspecto geomtrico de la pieza, y los aspectos debidos a la solicitacin. Todas estas facetas se deben considerar apropiadamente antes de poder establecer algn cuantificador para la resistencia de una parte del elemento. Las tablas de materiales y tablas de dispositivos (embragues, frenos, etc) no dan informacin alguna sobre la resistencia de partes especficas. La resistencia de una parte del elemento es una propiedad especfica de un elemento de mquina antes de ser ensamblado en la mquina. Tal propiedad es un indicador muy importante para caracterizar la respuesta del elemento de mquina. Sin embargo se debe tener en cuenta que este tipo de indicadores es de carcter aleatorio cuando se trate de elementos producidos en serie o sometidos a variaciones en los procesos de carga o seleccin del material.En esta divisin se analizarn las relaciones entre cargas estticas y resistencias estticas con el fin de tomar decisiones respecto del material y su tratamiento, condiciones de geometra y de carga para poder garantizar un funcionamiento eficiente a un rgano de mquina.Se analizar el concepto de falla y de rotura y la distincin entre ambas.

Rotura y Falla:

La idea de rotura o de falla de una pieza est asociada a la idea de desafectar la misma del mecanismo o mquina en la cual acta. Sin embargo entre ellas existe una diferencia conceptual que permite efectuar un anlisis diferente en cada caso y tomar decisiones afines. Un proceso de rotura significa que la pieza se divide en dos o ms partes dejando as de cumplir con la funcin que tiene asignada como rgano de mquina. Un proceso de falla aunque es entendido de la misma manera que el anterior como que la pieza deja de cumplir con la funcin asignada en la mquina, de por s constituye un concepto algo ms general ya que contempla al anterior sin embargo la falla de una pieza puede ocurrir sin necesidad de su rotura. Esta diferencia se puede apreciar en una comparacin entre dos probetas de ensayo compresivo tal como la que se ve en la Figura 3.54Existen diferentes mecanismos de falla en diferentes tipos de piezas construidas condiferentes tipos de materiales (En algunos casos se presentan dos o ms como en la Figura 3.55, donde pueden aparecen deformacin por fuerzas, impacto, erosin superficial entre otras), algunas de las cuales se pueden enunciar a continuacin:

Distincin del proceso de falla y de rotura

Multiplicidad de efectos de falla en una misma pieza

1. Deformacin inducida por fuerzas y/o Temperatura2. Desplazamientos inducidos por fuerzas o temperatura (pandeo)3. Lmite de Fluencia4. Rotura Dctil5. Rotura Frgil6. Fatiga estructural7. Fatiga Superficial8. Impacto o falla dinmica9. Desgaste por friccin10. Endurecimiento parcial11. Dao por Radiacin: tpico en materiales como los plsticos.12. Corrosin13. Desgaste por Corrosin14. Fatiga por Corrosin15. Fatiga por Fretting16. Desgaste por Fretting17. Relajacin Trmica.18. Rotura por tensiones trmicas: Efectos concentradores de tensiones19. Falla por efectos Creep: presencia de deformaciones sostenidas en el tiempo20. Fatiga Trmica:21. Shock o Golpe Trmico: modificacin estructural por efecto trmico22. Spalling23. Debonding: Prdida de contacto entre fibras y resina en materiales compuestos24. Delamination: Prdida de contacto entre lminas de materiales compuestosLa lista anterior es solo una muestra de la gran cantidad de mecanismos de falla que se pueden presentar en piezas construidas con diversos materiales y formas. Cada una de las precedentes tiene un proceso de anlisis especfico para caracterizar el potencial estado de falla de la pieza. Si bien cada caso es diferente en su enfoque y en las variables que se ponen en juego y los mtodos de clculo que se utilizan (en complejidad y representatividad), todas tienen en comn la necesidad de caracterizar aspectos geomtricos relativos al proceso de falla.

La concentracin de tensiones:

La concentracin de tensiones es un efecto geomtrico sumamente localizado. En algunos casos se puede deber a una grieta superficial, en otros se puede deber a un maquinado no adecuado o a la seleccin de radios de acuerdo muy bruscos entre superficies no concordantes. Si el material es dctil, la carga esttica de diseo, puede generar una fluencia en el punto crtico sobre la mueca. Esta fluencia puede conducir a un endurecimiento por deformacin del material y a un incremento de la resistencia de fluencia en tal punto. Suele suceder que siendo las cargas estticas, la fluencia localizada no conduce a fluencia general y en consecuencia la pieza globalmente puede soportar la solicitacin.

Distribucin y concentracin de tensiones evidenciado por foto elasticidad

Distribucin y concentracin de tensiones evidenciado por termo elasticidad radiomtrica

Un concentrador de tensin, es una discontinuidad que altera la distribucin de la tensin en inmediaciones de la discontinuidad. Este tipo de discontinuidades se puede ver en las Figuras 3.56 a 2.57. La concentracin de tensiones es la zona donde se hallan los concentradores de tensiones. Normalmente se define el factor de concentracin de tensiones, como el indicador del incremento de tensiones en la concentracin de tensiones, y se calcula de la siguienteResistencia de materiales

manera:Escuela Profesional de Ingeniera CivilPgina 3

K = Tensin Mxima Puntual C Tensin Promedio Puntual

Los factores concentradores de tensin, histricamente han sido y actualmente son muy tiles para poder emplear metodologas de clculo tradicionales (Resistencia de Materiales) sin incurrir en graves errores de representatividad del estado tensional. De manera que el estadotensional en un punto viene dado por la siguiente expresin:

Max KC Nom

Donde Max es la tensin normal o tangencial que se pretende valorar en la zona concentradora de tensiones, KC el coeficiente concentrador de tensiones y Nom la tensin nominal obtenida por clculo de resistencia de materiales (Flexin, Traccin, torsin, etc.). Para la obtencin de los factores de concentracin de tensiones usualmente se recurra a ensayos de foto-elasticidad (Figura 3.56) o termo-elasticidad radiomtrica (Figura 3.57) los cuales son mtodos costosos en trminos generales. Sin embargo hoy en da con el avance computacional es mucho ms fcil y obtener los factores concentradores de tensin mediante el empleo de plataformas de clculo por elementos finitos bidimensionales y/o tridimensionales, con las cuales se puede hallar en forma precisa el valor de las tensiones en los puntos de inters.Aun as en casos de importancia superlativa, por el riesgo que implica la mala prediccin de los estados de tensiones, se suelen efectuar modelos computacionales de elementos finitos y correlacionarlos con modelos de foto elasticidad a escala o de tamao real tal como se puede ver en el ejemplo de un tren de aterrizaje en la Figura 3.58.Normalmente los factores de concentracin de tensiones se condensan en grficos o bacos o programas de clculo para una configuracin de solicitacin determinada, un elemento estructural determinado para varias configuraciones de parmetros geomtricos, como por ejemplo relaciones de alturas de vigas a radios de acuerdo en muescas, de agujeros, chaveteros, etc.En las Figuras 3.59 a 2.70 se muestran las grficas de factores de concentracin de tensiones para diferentes configuraciones geomtricas y de carga. Ntese que las curvas se grafican en funcin de la razn del radio de acuerdo (o agujero) a una longitud caracterstica (dimetro menor o altura menor, etc). En las Figuras a su vez se indican las formulas particulares de cada caso, homnimas a la (3.156) para calcular la tensin mxima en funcin de la denominada tensin nominal. En el disco que la ctedra suministra se hallan como rutinas declculo en una planilla excel denominada Formulas-Calculo-Basico.xls, todos los casos

identificados en las Figuras 2.59 a 2.70 y otros adicionales que fueron adaptados de lareferencia [3]. El mencionado archivo se halla en D:\Programas-Calculos Varios.

Figura 3.58. Modelo de foto elasticidad de tren de aterrizaje (Tomado de Referencia [4])

Figura 3.59. Concentracin de tensiones para planchuela traccionada con radio de acuerdo

Figura 3.60. Concentracin de tensiones para planchuela flexionada con radio de acuerdo

Figura 3.61. Concentracin de tensiones para planchuela traccionada con muesca

Figura 3.62. Concentracin de tensiones para planchuela flexionada con muesca

Figura 3.63. Concentracin de tensiones para eje traccionado con radio de acuerdo

Figura 3.64. Concentracin de tensiones para eje flexionado con radio de acuerdo

Figura 3.65. Concentracin de tensiones para eje torsionado con radio de acuerdo

Figura 3.66. Concentracin de tensiones para eje con muesca sometido a traccin.

Figura 3.67. Concentracin de tensiones para eje con muesca sometido a flexin

Figura 3.68. Concentracin de tensiones para eje con muesca sometido a torsin

Figura 3.69. Concentracin de tensiones para planchuela con agujero sometida a traccin

Figura 3.70. Concentracin de tensiones para planchuela con agujero sometida a flexin.

En la expresin (3.156), el factor KC cambia de significado cuando cambia el tipo de tensin que magnifica. Esto quiere decir que en los casos de las Figuras 3.65 y 2.68, KC significa un factor de concentracin de tensiones de corte o tangenciales, en cambio para los restantes casos se trata de un factor de concentracin de tensiones normales.La importancia en el uso de los diagramas 2.59 a 2.70 radica en que son indispensables cuando se usa una metodologa de clculo basada en modelos de resistencia de materiales. En caso de contar con una plataforma computacional de anlisis por elementos finitos u otrasemejante, las graficas mencionadas dejan de prestar utilidad.

III. PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES:

En lneas generales, se puede afirmar que no existe ningn material perfecto que se pueda emplear para la fabricacin de cualquier producto. Cada aplicacin necesita de un material que cumpla unas caractersticas determinadas.Ingenieros y diseadores necesitan sopesar las ventajas e inconvenientes de cada uno de los materiales y elegir adecuadamente aquel que mejor se adapte a las necesidades requeridas.Para elegir adecuadamente un material es necesario conocer, entre otras, su pro-piedad sensorial, ptico, trmico, magntico, qumico, mecnico, etctera.La eleccin de un material se debe hacer cuidadosamente desde el punto de vista de sus propiedades, dependiendo de la aplicacin a la que se destine. Propiedades sensoriales: A menudo elegimos los materiales dependiendo del efecto que puedan producir en alguno de nuestros sentidos. Ms o menos agradables al tacto, el olor, la forma, el brillo, la textura y el color.

Propiedades pticas: Se refieren a la reaccin del material cuando la luz incide sobre l. As tenemos:

materiales opacos, que no permiten que la luz los atraviese materiales transparentes, que dejan pasar la luz materiales translcidos, que permiten que penetre la luz pero no dejan ver ntidamente a travs de ellos.Existen otros materiales sensibles a la luz que reaccionan de alguna manera cuando la luz incide sobre ellos como los semiconductores (LDR, placas solares) o que sufren reacciones qumicas como las pelculas fotogrficas, etctera. Algunas propiedades de los materiales Propiedades trmicas: Describen el comportamiento de un material frente al calor. Conductividad trmica: Por lo general, los metales son buenos conductores del calor mientras que el algodn, la lana, la fibra de vidrio, los poliuretanos, etctera. Son aislantes y evitan que el calor los atraviese con facilidad. Modificacin de caractersticas mecnicas con la temperatura.

Propiedades magnticas: Capacidad que tiene un metal ferroso (hierro y sus aleaciones) para ser atrado por un imn, as como a la posibilidad de que las propiedades magnticas del imn sean transferidas al metal.

Propiedades qumicas: Resistencia a la oxidacin y corrosin (especialmente en los metales). As tenemos que el acero y sus aleaciones se oxidan con bastante facilidad en contacto con la humedad. Propiedades mecnicas: Estn relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales cuando actan fuerzas sobre ellos. Las ms importantes son:

Elasticidad: Capacidad que tienen algunos materiales para recuperar su forma, una vez que ha desaparecido la fuerza que los deformaba. Plasticidad: Habilidad de un material para conservar su nueva forma unavez deforma-do. Es opuesto a la elasticidad. Ductilidad: Es la capacidad que tiene un material para estirarse en hilos (por ejemplo, cobre, oro, aluminio, etctera). Maleabilidad: Aptitud de un material para extenderse en lminas sin romperse (por ejemplo, aluminio, oro, etc.).Aluminio Dureza: Oposicin que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o penetrar por otro o, lo que es igual, la resistencia al desgaste. Fragilidad: Es opuesta a la resiliencia. El material se rompe en aicos cuando una fuerza impacta sobre l. Tenacidad: Resistencia que opone un cuerpo a su rotura cuando est sometido a esfuerzos lentos de deformacin. Fatiga: Deformacin (que puede llegar a la rotura) de un material sometido a cargas variables, inferiores a la de rotura, cuando actan un cierto tiempo o un nmero de veces. Maquinabilidad: Facilidad que tiene un cuerpo a dejarse cortar por arranque de viruta. Acritud: Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en ciertos metales como consecuencia de la deformacin en fro. Colabilidad: Aptitud que tiene un material fundido para llenar un molde. Resiliencia: Resistencia que opone un cuerpo a los choques o esfuerzos bruscos.

IV. PLASTICIDAD, GRAFILIDAD Y DUREZA: PLASTICIDAD: Definicin:La plasticidad es la propiedad mecnica de un material anelstico, natural, artificial, biolgico o de otro tipo, de deformarse permanente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango elstico, es decir, por encima de su lmite elstico.En los metales, la plasticidad se explica en trminos de desplazamientos irreversibles de dislocaciones.En los materiales elsticos, en particular en muchos metales dctiles, un esfuerzo uniaxial de traccin pequeo lleva aparejado un comportamiento elstico. Eso significa que pequeos incrementos en la tensin de traccin comporta pequeos incrementos en la deformacin, si la carga se vuelve cero de nuevo el cuerpo recupera exactamente su forma original, es decir, se tiene una deformacin completamente reversible. Sin embargo, se ha comprobado experimentalmente que existe un lmite, llamado lmite elstico, tal que si cierta funcin homognea de las tensiones supera dicho lmite entonces al desaparecer la carga quedan deformaciones remanentes y el cuerpo no vuelve exactamente a su forma. Es decir, aparecen deformaciones no reversibles.

Este tipo de comportamiento elasto-plstico descrito ms arriba es el que se encuentra en la mayora de metales conocidos, y tambin en muchos otros materiales. El comportamiento perfectamente plstico es algo menos frecuente, e implica la aparicin de deformaciones irreversibles por pequea que sea la tensin, la arcilla de modelar y la plastilina se aproximan mucho a un comportamiento perfectamente plstico. Otros materiales adems presentan plasticidad con endurecimiento y necesitan esfuerzos progresivamente ms grandes para aumentar su deformacin plstica total. E incluso los comportamientos anteriores puden ir acompaados de efectos viscosos, que hacen que las tensiones sean mayores en casos de velocidades de deformacin altas, dicho comportamiento se conoce con el nombre de visco-plasticidad.

La plasticidad de los materiales est relacionada con cambios irreversibles en esos materiales. A diferencia del comportamiento elstico que es termodinmicamente reversible, un cuerpo que se deforma plsticamente experimenta cambios de entropa, como desplazamientos de las dislocaciones. En el comportamiento plstico parte de la energa mecnica se disipa internamente, en lugar de transformarse en energa potencial elstica.

Microscpicamente, en la escala de la red cristalina de los metales, la plasticidad es una consecuencia de la existencia de ciertas imperfecciones en la red llamadas dislocaciones. En 1934, Egon Orowan, Michael Polanyi y Geoffrey Ingram Taylor, ms o menos simultneamente llegaron a la conclusin de que la deformacin plstica de materiales dctiles poda ser explicada en trminos de la teora de dislocaciones. Para describir la plasticidad usualmente se usa un conjunto de ecuaciones diferenciales no lineales y dependientes del tiempo que describen los cambios en las componentes del tensor deformacin y el tensor tensin con respecto al estado de deformacin-tensin previo y el incremento de deformacin en cada instante.

Ejemplo tpico de curva tensin-deformacin para un esfuerzo uniaxial de traccin, en un metal dctil con comportamiento elasto-plstico: el comportamiento es elstico lineal para pequeas deformaciones (tramo recto de color azul) y presenta plasticidad a partir de cierto lmite. Modelos de plasticidad:

En general un modelo de plasticidad requiere definir varios elementos:a. En primer lugar en el espacio de tensiones principales se requiere definir la llamada regin de tensiones admisibles, que ser un conjunto cerrado (y posiblemente compacto) de dicho espacio de tensiones. La frontera de dicho conjunto usualmente se denomina superficie de fluencia.b. Para puntos del slido cuyas tensiones principales estn contenidas en el interior de la regin de tensiones admisibles el comportamiento es elstico. Sin embargo, para puntos de la superficie de fluencia es necesario definir una "regla de flujo" que explicita como aumentarn la deformacin plstica en funcin de la tasa de aumento de la tensin y otros parmetros internos si se aumenta la solicitacin sobre un material que ha alcanzado su lmite de fluencia.c. Los modelos de plasticidad imperfecta requerirn la definicin de un conjunto de variables internas que den cuenta del endurecimiento y del desplazamiento de la regin de tensiones admisibles a lo largo del tiempo en funcin de las tasas de aumento de las otras variables.

FRAGILIDAD:

Definicin: La fragilidad es la cualidad de los objetos y materiales de perder su estado original con facilidad. Aunque tcnicamente la fragilidad se define ms propiamente como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformacin. Por el contrario, los materiales dctiles o tenaces se rompen tras sufrir acusadas deformaciones, generalmente de tipo deformaciones plsticas. La fragilidad es lo contrario de la tenacidad y tiene la peculiaridad de absorber relativamente poca energa, a diferencia de la rotura dctil.La energa absorbida por unidad de volumen viene dada por:

Si un material se rompe prcticamente sin deformacin las componentes del tensor deformacin resultan pequeas y la suma anterior resulta en una cantidad relativamente pequea.La fragilidad de un material adems se relaciona con la velocidad de propagacin o crecimiento de grietas a travs de su seno. Esto significa un alto riesgo de fractura sbita de los materiales con estas caractersticas una vez sometidos a esfuerzos. Por el contrario los materiales tenaces son aquellos que son capaces de frenar el avance de grietas.Ejemplos tpicos de materiales frgiles son los vidrios comunes (como los de las ventanas, por ejemplo), algunos minerales cristalinos, los materiales cermicos y algunos polmeros como el polimetilmetacrilato (PMMA), el poliestireno (PS), o el policidolactico (PLA), entre otros. Es importante mencionar que el tipo de rotura que ofrece un material (frgil o dctil) depende de la temperatura. As mientras algunos materiales como los plsticos (polietileno, polipropileno u otros termoplsticos) que suelen dar lugar a roturas dctiles a temperatura ambiente, por debajo de su temperatura de transicin vtrea dan lugar a roturas frgiles.

Curvas representativas de Tensin-Deformacin de un material frgil (rojo) y un material dctil y tenaz (azul) Fragilidad dinmica en fsica del estado slido:

En fsica del estado slido, y en especial en la fsica de materiales vtreos/amorfos la fragilidad dinmica, m, se refiere a la capacidad de un material de relajarse o relentizarse cuando este se enfra hacia su temperatura de transicin vtrea, Tg. Normalmente los materiales "frgiles" presentan una variacin muy pronuciada de sus propieades caractersticas en torno a la Tg, mientras que los materiales ms "resistentes" tienen una variacin ms moderada a lo largo de rangos de temperatura mayores.En principio, an no existe un formalismo que relacione directamente la fragilidad mecnica de un material, tema comentado en los epgrafes anteriores, con la fragilidad dinmica estudiada desde el punto de vista termodinmico-fsico. Sin embargo, existen estudios recientes que demuestran que materiales con valores altos del parmetro m, poseen valores bajos de tenacidad mecnica, o capacidad de absorcin de energa antes de su rotura.En ingls no existe desambiguacin entre el trmino fragilidad ("Brittleness") empleado para referirse a las propiedades mecnicas y la fragilidad dinmica, m ("Fragility"), relacionada con el estudio fsico de las propiedades de los materiales a temperaturas cercanas de su Tg.DefinicinEn la definicin ms tradicional de la fragilidad, propuesta originalmente por Angell, se define el grado en el que la dependencia de la viscosidad, , con la temperatura se desva de un comportamiento del tipo Arrhenius como el siguiente:

De esta manera, el parmetro de Fragilidad, m, se determina mediante el valor de la pendiente de la representacin logartmica de los valores de viscosidad (o tiempos de relajacin molecular obtenidos mediante espectroscopa dielctrica, por ejemplo) frente a la la inversa de la temperatura cuando esta se acerda a la temperatura de transicin vtrea, Tg:

Segn la clasificacin de Angell los lquidos "resistentes" presentan viscosidades (o tiempos de relajacin dielctrica, por ejemplo) con comportamientos del tipo Arrhenius frente a la temperatura. El silicio (SiO2) es un ejemplo clsico de un "lquido resistente" mientras que el o-Terfenilo es el ejemplo tpico de un "lquido frgil", formador de vidreos frgiles.5

Grfico de tipo "Angell"2 para la clasificacin de los materiales en funcin del comportamiento de la viscosidad a temperaturas cercanas a su temperatura de transicin vtrea, Tg.

DUREZA:

Definicin:

La dureza es la oposicin que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetracin, la abrasin, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes, entre otras. Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tiene mucha dureza, mientras que el vidrio es mucho ms difcil de rayar.

Escalas de uso industrial:

En metalurgia la dureza se mide utilizando un durmetro para el ensayo de penetracin. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de dureza.El inters de la determinacin de la dureza en los aceros estriba en la correlacin existente entre la dureza y la resistencia mecnica, siendo un mtodo de ensayo ms econmico y rpido que el ensayo de traccin, por lo que su uso est muy extendido.

Durmetro.

Hasta la aparicin de la primera mquina Brinell para la determinacin de la dureza, sta se meda de forma cualitativa empleando una lima de acero templado que era el material ms duro que se empleaba en los talleres.Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes:a. Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de wolframio. Para materiales duros, es poco exacta pero fcil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a traccin.b. Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la profundidad de seales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza estndar.c. Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la ms extendida, ya que la dureza se obtiene por medicin directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeo tamao de la huella.d. Rockwell superficial: Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterizacin de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algn tratamiento de endurecimiento superficial.e. Dureza Rosiwal: Mide en escalas absoluta de durezas, se expresa como la resistencia a la abrasin medias en pruebas de laboratorio y tomando como base el corindn con un valor de 1000.f. Dureza Shore: Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. A mayor rebote -> mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un mtodo elstico, no de penetracin como los otros.g. Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirmide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor.h. Dureza Webster: Emplea mquinas manuales en la medicin, siendo apto para piezas de difcil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell.

Nano identificacin:La nanoindentacin es la prueba de dureza llevada a cabo en la escala de longitudes nanomtricas. Se utiliza una punta pequea para indentar el material de inters. La carga impuesta y el desplazamiento se miden de manera continua con una resolucin de micronewtons y subnanmetros, respectivamente. La carga y el desplazamiento se miden a travs del proceso de indentacin. Las tcnicas de nanoindentacin son importantes para la medicin de las propiedades mecnicas en aplicaciones microelectrnicas y para la deformacin de estructuras a micro y nanoescala. Los nanoindentadores incorporan microscopios pticos. La dureza y el mdulo de elasticidad se miden utilizando la nanoindentacin.Las puntas de los nanopenetradores vienen en una variedad de formas. A una forma comn se le conoce como penetrador de Berkovich, el cual es una pirmide con 3 lados.La primera etapa de una prueba de nanoindentacin involucra el desarrollo de indentaciones sobre un patrn de calibracin. La slice fundida es un patrn de calibracin comn, debido a que tiene propiedades mecnicas homogneas y bien caracterizadas. El propsito de efectuar indentaciones sobre el estndar de calibracin es determinar el rea de contacto proyectada de la punta del penetrador Ac como una funcin de la profundidad de la indentacin. Para una punta de Berkovich perfecta,Ac = 24.5(hc^2)Esta funcin relaciona el rea de la seccin transversal del penetrador con la distancia de la punta hc que est en contacto con el material que se est indentando. La punta no est perfectamente afilada y se desgasta y cambia de forma con cada uso. Por tanto, debe llevarse a cabo una calibracin cada vez que la punta se utiliza.La profundidad total de la indentacin h es la suma de la profundidad de contacto hc y la profundidad hs en la periferia de la indentacin donde el indentador no hace contacto con la superficie del material, es decir,h = hc + hsdonde,hs = (Pmx/S)donde Pmx es la carga mxima y es una constante geomtrica igual a .75 para un penetrador de Berkovich. S es la rigidez al descargar.La dureza de un material determinada por la nanoindentacin se calcula comoH = Pmx/AcLa dureza (determinada por la nanoindentacin) por lo regular se reporta con unidades de GPa y los resultados de indentaciones mltiples por lo general se promedian para incrementar la precisin. Este anlisis calcula el mdulo elstico y la dureza a la carga mxima; sin embargo, actualmente se emplea de modo normal una tcnica experimental conocida como nanoindentacin dinmica. Durante sta, se superpone una carga oscilante pequea sobre la carga total en la muestra. De esta manera, la muestra se descarga de manera elstica continuamente a medida que se incrementa la carga total. Esto permite mediciones continuas del mdulo elstico y de la rigidez como una funcin de la profundidad de la indentacin.

Escalas usadas en mineraloga:En mineraloga se utiliza la escala de Mohs, creada por el alemn Friedrich Mohs en 1820, que mide la resistencia al rayado de los materiales.DurezaMineralComposicin qumica

1Talco, (se puede rayar fcilmente con la ua)Mg3Si4O10(OH)2

2Yeso, (se puede rayar con la ua con ms dificultad)CaSO42H2O

3Calcita, (se puede rayar con una moneda de cobre)CaCO3

4Fluorita, (se puede rayar con un cuchillo)CaF2

5Apatita, (se puede rayar difcilmente con un cuchillo)Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)

6Feldespato, (se puede rayar con una cuchilla de acero)KAlSi3O8

7Cuarzo, (raya el acero)SiO2

8Topacio,Al2SiO4(OH-,F-)2

9Corindn, (solo se raya mediante diamante)Al2O3

10Diamante, (el mineral natural ms duro)C

Escuela Profesional de Ingeniera CivilPgina 77