PRUEBAS Y ENSAYOS DE MATERIALES
1.- NORMATIVIDAD PARA PRUEBAS DE MATERIALES
1.1.- CONCEPTOS FUNDAMENTALES:
La industria moderna ha cimentado su desarrollo en un conjunto
de reglas que determinan las caractersticas que deben cubrir los
materiales, los productos, la maquinaria o los procedimientos.
Dichas reglas implementadas adecuadamente, constituyen los
estndares o normas industriales, cuya aplicacin ha sido factor
determinante del desarrollo cientfico y tecnolgico, solo alcanzado
por algunos pases de nuestro planeta.
Las normas establecen con precisin el reconocimiento de calidad,
estimulando la confianza del consumidor, dan prestigio al
fabricante, fomentan la organizacin de estructuras slidas para el
incremento de una produccin masiva, simplificando los procesos y
aumentando la eficiencia del trabajo, reducen los costos y aumentan
los beneficios.
En general se dice que una norma (una regla) es la que determina
dimensiones, composicin y dems caractersticas que debe poseer un
material producto u objeto industrial; establecido de comn acuerdo
con la autoridad gubernamental competente y los principales
usuarios. La cual se usar como base comparativa durante un tiempo
determinado.
1.2.- NORMAS:
A.I.S.I., A.S.M.E., A.S.T.M., A.W.S., D.I.N., S.A.E., A.S.N.T.,
D.G.N.
En los Estados Unidos de Amrica se establecieron las bases para
el desarrollo industrial por medio de asociaciones o sociedades,
las cuales son agrupaciones cientficas y tcnicas de profesionales.
Cientficos expertos que a travs de comits o grupos de trabajo
desarrollan las normas, teniendo por objetivo suministrar los
conocimientos, experiencias y habilidades de sus miembros relativas
a los materiales, productos, componentes, sistemas, servicios y
mltiples actividades, de tal manera que resulten efectivamente
tiles a la industria, gobierno, instituciones educativas,
profesionales y pblico en general, a travs de acciones cooperativas
y especializadas.
A continuacin mencionaremos algunas:
A.I.S.I.- (American Iron and Steel Institute) Instituto
Americano del Hierro y el Acero.
A.S.M.E. - (American Society of Mechanical Engineers) Sociedad
Americana de Ingenieros Mecnicos.
A.S.T.M.- (American Society of testing Materials ) Sociedad
Americana para prueba de Materiales.
A.W.S.- (American Welding Society) Sociedad Americana de
soldadura.
S.A.E.- (Society American of Engineers) Sociedad Americana de
Ingenieros.
N.E.M.A.- (Nacional Electrical Manufacturers) Asociacin Nacional
de Fabricantes de Aparatos Elctricos.
A.N.S.I.- (American Nacional Standars Institute ) Instituto
Nacional Americano de Estndares.
1.2.1.- DEPENDENCIAS NACIONALES E INTERNACIONALES Debido a la
necesidad de producir materiales, equipos de la mejor calidad que
sean competitivos mundialmente. Cada pas cuenta con un departamento
Gubernamental de Normalizacin como ejemplos tenemos:
D.G.N.- Direccin General de Normas MEXICO
A.N.S.I.- Instituto Nacional Americano de Estndares EE.UU.
D.I.N.- Normas Industriales de Alemania ALEMANIA
A.B.N.T.-Asociacin Brasilea de Normas Tcnicas BRASIL
N.C.- Direccin de Normas y Metrologa CUBA
B.S.- Instituto Britnico de Estndares INGLATERRA
E.N.- Comit Europeo de Normalizacin EUROPA
A nivel mundial tenemos varias Organizaciones y/o Comisiones,
como:
I.S.O.- Organizacin Internacional de Estandarizacin IEC.-
Comisin Electrotcnica Internacional CEE.- Comunidad Econmica
Europea COPANT.-Comisin Panamericana de Normas Tcnicas CODEX.-
Comisin de Codex Alimenticios . 1.2.2.- N. O. M. (Norma Oficial
Mexicana).
La DGN de la secretara de Industria y Comercio de Mxico, emite
las normas y recomendaciones para los fabricantes y usuarios; adems
cualquier fabricante de algn producto puede conseguir un nmero NOM,
con el cual se indica que el material o producto cubre una serie de
normas. El ostentar el nmero NOM incrementa la confiabilidad del
usuario al adquirir dicho producto.
En Ingeniera especialmente en Mecnica se pueden utilizar las
normas NMX (Norma Mexicana). Todas las normas contienen las siglas
iniciales seguida de un guin con una letra mayscula, seguida de un
guin y un nmero progresivo continuo, con un guin y el ao en que se
emite, y/o actualiza.
1. NORMA INDUSTRIAL.
2. NORMA DE PROCESO.
3. NORMA DE MATERIAL.
4. NORMA DE CALIDAD.
5. NORMA DE SEGURIDAD.
6. NORMA DE DIBUJO, ETC.
1.2.3.- A.S.T.M. (Sociedad Americana para el Ensaye de
Materiales).
De gran inters e importancia para quienes efectan ensayos o
inspeccin de materiales; la ASTM desempea doble funcin.
a) Normalizacin de las especificaciones y los mtodos de prueba o
ensaye de los materiales, los cuales se realizan por comits
permanentes.
b) Mejoramiento de los materiales de Ingeniera, la cual se logra
a travs de investigaciones de comits y miembros individuales, los
resultados obtenidos se hacen pblicos en la revista de la
asociacin.
1.2.4.- I. S. O. (Organizacin Internacional de Estndares).
La DGN pertenece a esta organizacin y toda la documentacin que
emite ISO puede ser adaptada por el pas. En Mxico la DGN adapto las
normas ISO 9000 y les puso el distintivo NMX -CC - nmero progresivo
- ao de emisin y las siglas IMNC.
2.- ENSAYOS DESTRUCTIVOS:
OBJETIVO.
Son aquellos que sirven para determinar las propiedades y
caractersticas de un material sometidos en algunos casos hasta su
ltima resistencia. Estos ensayos se dividen en dos grupos:
a) Estticos. b) Dinmicos.
ENSAYOS ESTATICOS.
Estos son:
Dureza. Tensin. Compresin. Flexin. Torsin.
ENSAYOS DINAMICOS.
Los ensayos dinmicos se caracterizan por tener un movimiento
para desarrollar la prueba o ensayo, los cuales son:
Dureza. Impacto Fatiga.
2.1.- DUREZA.
PRINCIPIOS. Cualidad de la materia que tiene que ver con la
solidez y firmeza del material
DEFINICIN. Es la propiedad que tienen los materiales de
resistirse a ser rayados o penetrados. Esta propiedad no constituye
una caracterstica especfica de los materiales sino que est
ntimamente ligada con las propiedades elsticas y plsticas.
OBJETIVO. Ensayo para determinar una caracterstica del material
por medio de una muestra.
2.1.1.- EQUIPOS Y MATERIALES DE PRUEBA.
DUROMETROS.
Existe gran variedad en lo que respecta a durmetros porque los
hay para probar polmeros, cermicos, metales y materiales
compuestos.
El Durmetro tipo A-2 se usa para probar hule y plsticos
suaves.
El tipo D para probar hules y plsticos duros.
Estos durmetros difieren principalmente por el punto de
penetracin, la magnitud de la carga aplicada al penetrador por
medio de un resorte calibrado.
El durmetro tipo D tiene el penetrador ms agudo y ms fuertemente
cargado, el resorte que acciona la penetracin de la punta.
La dureza obtenida con estos durmetros es una medida de la
profundidad de penetracin; La cual vara desde 100 para una
penetracin 0 dependiendo de la profundidad de penetracin la dureza
se indicar automticamente en la escala de la cartula;
La mxima penetracin es de 100 milsimas.
Existen durmetros para Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop y
Shore.
El ensayo de dureza se puede aplicar en la maquina universal de
5 toneladas, as mismo se pueden efectuar el de tensin, compresin,
corte y embutido, instalando los dispositivos adecuados para cada
ensayo.
DISPOSITIVOS DE MEDICIN. Para el ensayo de Brinell se usa el
microscopio porttil de 20x, con una legibilidad de 0.01mm., para
medir el dimetro de la huella que deja el penetrador sobre la
superficie de la probeta.
MATERIALES DE PRUEBA. El ensayo se puede aplicar a materiales
ferrosos, no ferrosos, aleaciones por ejemplo:
* Hierro maleable. * Zinc. * Aceros. * Bronce fosforado. *
Aluminio. * Cobre al berilio. * Cobre. * Plomo, etc.
El espesor de la probeta debe cumplir lo especificado en la
norma que es: en la superficie opuesta al ensayo no deben aparecer
huellas u otras marcas, por lo tanto es espesor debe ser cuando
menos 10 veces la profundidad de la huella. La distancia del centro
de la huella a la orilla de la probeta debe ser cuando menos 3
veces el dimetro de la misma.
Las caras de la probeta deben ser paralelas. Una de las caras de
la probeta debe de estar pulida con un material de tipo fino, con
el fin de evitar malos ensayos por impurezas.
- La prueba debe ser realizada a un mnimo de tres veces el
dimetro de la huella de separacin de cada lado de la probeta
(figura 1).
- La probeta deber tener un ancho mnimo de 10 veces la
profundidad de la huella (Figura 2).
- La separacin entre las huellas de diferentes ensayos deber ser
de un mnimo de dos veces el dimetro de la huella (figura 3).
La probeta que usaremos son de las dimensiones siguientes 50 x
50 x 10 mm.
2.1.2.- PROCEDIMIENTOS Y METODOS DE PRUEBA.
El ensayo de dureza comnmente se aplica a metales y a cualquier
otro tipo de material por lo tanto se clasifican en tres
grupos:
Burdo Rebote. Penetracin.
a).- Burdo. Este mtodo se subdivide en rayado, esmerilado,
corte, limado y acstico.
METODO DE RAYADO.
Es para determinar la resistencia que opone un material usando
diferentes minerales o polvos; este mtodo tambin se conoce como
rasguo de la escala de MOHS establecido en 1882. La escala
mineralgica est formada por 10 materiales que van del ms suave al
ms duro, los minerales ocupados fueron numerados en la forma
siguiente:
1. Talco laminar. 2. Yeso cristalizado. 3. Calcio. 4. Fluorita
(Espato flor). 5. Apatita. 6. Feldespato. 7. Cuarzo. 8. Topacio. 9.
Corindn (Zafiro). 10. Diamante.
MTODO DE ESMERILADO.(Ensayo de chispa)
La prueba de la chispa producida por una muela, usando
materiales ferrosos (aceros y fundiciones) el cual consiste en
tomar una muestra del material que se requiere conocer su dureza,
pasndolo sobre la piedra de esmeril o contra la piedra de esmeril,
la chispa puede ser de diferente coloracin, intensidad y forma; en
funcin de la dureza ser la cantidad del material arrancado. En este
proceso impera la experiencia de la persona que lo efecta, en
algunos casos se tienen contratipos de materiales ya analizados que
sirven de referencia.
MTODO DE CORTE
Si sometemos un material a un esfuerzo de corte, este opondr una
resistencia que depender de la dureza de dicho material. Entre ms
duro mayor resistencia opondr (no olvide que el espesor del
material tambin influye).
MTODO ACUSTICO
Por medio del sonido se puede comprobar la dureza de un
material. Entre ms elevado o ms agudo es el sonido del material al
golpearlo con otro, ser mayor la dureza de dicho material.
b).- Ensayo de dureza dinmico.
Los primeros ensayos de dureza dinmica fueron los de RODMAN, el
experimento con un penetrador piramidal en 1881. Investigaciones
posteriores se llevaron a cabo utilizando un pequeo martillo con
extremo esfrico comprobando los ensayos de RODMAN. El escleroscopio
de SHORE probablemente el dispositivo ms utilizado de tipo dinmico,
en el cual el rebote del baln determina la dureza del material.
c).- Dureza de penetracin. (Ensayos estticos de dureza por
indentacin).
Es el ms empleado en la industria actualmente y se basa en la
medicin de una huella que produce un penetrador al incidir sobre la
superficie de un material bajo una carga determinada. Estos ensayos
son Brinell, Rockwell, Vickers y KNOOP.
2.1.3.- MACRODUREZA.
Los ensayos considerados son Brinell y Rockwell debido al tamao
de la huella que se produce al incidir el material con el
penetrador.
2.1.3.1.- BRINELL
Este mtodo fue creado por el ingeniero Juan Augusto Brinell en
1900.
Consiste fundamentalmente en oprimir una esfera de acero
endurecido contra una probeta manteniendo la carga durante un
tiempo determinado, de acuerdo con la norma Mexicana: NMX - B -
116- 1996 SCFI.-Industria siderrgica.- Determinacin de la dureza
Brinell en materiales metlicos. Mtodos de prueba. (ASTM E 140 -
1988).
La norma nos indica que para una prueba estndar, se debe de usar
una esfera de 10 mm de dimetro, con una carga de 3000 Kg para
metales duros y un tiempo de aplicacin de 10 a 15 segundos.
As mismo la norma considera otros materiales regulando aplicar
1500 kg para metales de dureza intermedia y 500 kg. Para metales
suaves.
Los rangos de dureza para cargas que indica la norma son:Dimetro
de la esfera (mm)Carga (kgf)Rango Recomendado (DB)
10300096 600
10150048 300
1050016 100
La carga "P" nunca debe exceder a 3000 kg. Esta se usar para
materiales duros (Acero): la de 1 500 kg. Para materiales de dureza
intermedia (cobre): la de 500 Kg. para materiales suaves
(magnesio). La norma nos indica hacer cinco ensayos distribuidos al
azar y en el punto 3.2.2. Indica que la prueba de Brinell no se
recomienda para materiales que tengan una dureza mayor a 630 DB.
Adems contiene tablas con tres columnas que indican 3000, 1500 y
500 Kgf y por rengln indican de 2.00 mm a 6.99 mm el dimetro de la
huella (estos nmeros del dimetro van incrementndose cada centsima
de milmetro por lo tanto se tienen cubiertos todos los nmeros de
dureza.
Tiempos recomendados en ESIME para ensayos en diferentes
materiales:
A).- Materiales Duros (acero y hierro) de 10 a 15 segundos como
mnimo. 3000 kg. B).- Materiales Semiduros (metales no ferrosos) de
30 a 45 segundos. 1500 kg. Cobre, Bronce C).- Materiales Suaves
(magnesio y aluminio) de 120 a 180 segundos. 500kg.
El penetrador es de carboloy (Carburo de tungsteno) en tres
dimetros l0, 5, 2.5 mm.
2.2.- TENSION
El ensayo es para determinar las propiedades de un material por
medio de una muestra, en la cual se busca determinar hasta su ltima
resistencia implicando con esto su deterioro o destruccin.
2.2.1.- CURVA DE CARGA Y DEFORMACIN NOMINAL
La diferencia entre la curva carga-deformacin y una curva
esfuerza-deformacin es que en la primera usamos directamente para
graficar la carga aplicada por la maquina en kilogramos.
Y en la segunda el esfuerzo que se obtiene considerando el rea
de la muestra probada y se grafican los datos kg/cm2. En ambas
curvas se consideran las deformaciones.
Curva Esfuerzo -Deformacin Nominal (Kg/cm-mm)
E = Limite Elstico F = Punto de Fluencia CedenciaG = Carga mxima
H = Punto de Ruptura
SECCION OELa lnea recta que indica el alargamiento proporcional
a la carga aplicada. Entre estos lmites la pieza recuperara su
tamao y forma original cuando se retire la carga, por esto la zona
se llama elstica.
SECCION EF
Muestra un alargamiento grande en comparacin a la carga aplicada
la zona se le denomina dctil. En el punto F llamado de fluencia o
cedencia nos indica que cargas adicionales causaran deformaciones
mayores hasta que llegue al punto mximo de carga que es el G.
SECCION FG
Representa la zona plstica. Al rebasar el punto G que representa
la carga mxima o esfuerzo mximo se presentara la estriccin (cuello
de botella). La probeta sufre mayor deformacin aunque la carga
decrece automticamente debido a que no encuentra resistencia, la
deformacin es heterognea hasta llegar a la ruptura H.
2.2.2.- DEFORMACIN ELASTICA Y PLASTICA
Cuando se aplica una fuerza a una probeta los enlaces entre los
tomos se estiran, el material Se alarga. Cuando se retira la
fuerza, los enlaces regresan a su longitud y la probeta recobra su
tamao normal, esta deformacin se denomina elstica. Si incrementamos
la fuerza, el material se comporta de manera plstica, esto es, se
producen dislocaciones y ocurre un deslizamiento por lo tanto al
retirar la fuerza, el material ya no recobra sus dimensiones, y
forma original; esto es deformacin plstica (permanente).
2.3.- COMPRESION
Este trmino se define como el trabajo que se debe desarrollar
para aproximar las partculas del material sometido a la prueba o
ensaye en la cual una probeta es sometida a una carga mono axial
gradualmente creciente (casi esttica) hasta que ocurre la falla o
se llega a la condicin deseada por lo que respecta a el sentido y
direccin de la fuerza de compresin es meramente contraria a la
tensin. Existen varios factores que se toman en cuenta para
seleccionar el ensaye de comprensin, las ms importantes son:
A) La conveniencia del material para comprobarse bajo un tipo de
carga dado, B) La diferencia de las propiedades del material bajo
las cargas de tensin o compresin. C) La dificultad y complicaciones
para la sujecin o apoyos de los extremos de la pieza a ensayar.
Nota: En compresin: estamos uniendo o acercando las partculas de
la probeta Cold Roll (rolado en fri, es un proceso de
fabricacin)
Generalmente los materiales frgiles son los que se ensayan a
compresin. Los materiales ferrosos y no ferrosos sus propiedades
mecnicas son simplemente las mismas que las de la compresin y la
tensin.
Las limitaciones especiales para iniciar el ensayo de compresin
son:
1) La dificultad de aplicar la carga verdaderamente concntrica y
axial.
2) El carcter relativamente inestable de este tipo de carga en
contraste con la carga de tensin.
3) La friccin entre los puentes de las mquinas de ensaye o las
placas de apoyo y la superficie de los extremos de la probeta
debido a la expansin lateral de esto.
4) Las reas seccionadas relativamente mayores de la probeta para
obtener un grado apropiado de la estabilidad de la pieza.
2.3.1.- PROBETAS PARA ENSAYO
Las probetas para ensayo de compresin son piezas pequeas de
madera deben estar limpias, libres de nudos y la fibra debe de ser
en un caso paralela a la carga y en otro caso perpendicular a esta
normalmente se usa 2 x 2 x 8cm con la fibra paralela con la carga.
Para ensayos con fibras perpendiculares a la carga las probetas son
2 x 2 x 6cm. La carga se aplica a travs de una placa metlica de 2
de ancho colocadas sobre el canto superior de la carga o a
distancias iguales de los extremos colocndola con el Angulo recto
respecto a la probeta, la resistencia a la compresin de ladrillo
para construccin, se determina utilizando medio ladrillo con la
superficie plana (la mayor) paralela a la placa (ensaye acostado)
(ASTM C - 67).
2.4.- FLEXION
2.4.1.- HIPOTESIS DE FLEXION
Primera hiptesis: es un elemento sometido a flexin dentro del
lmite elstico, en el cual se mantiene en un plano antes y despus de
la flexin. Segunda hiptesis: todos los materiales son perfectamente
homogneos e istropos, (isotropa: es la caracterstica de los
materiales de tener las mismas propiedades en todas direcciones con
un mdulo elstico igual en tensin y en compresin).
2.4.2.- CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Si tenemos un elemento sobre el cual actan unas fuerzas de tal
manera que tiendan a inducir esfuerzos compresivos sobre la parte
superior y sobre la parte inferior esfuerzos tensivos o de tensin
de dicho elemento se comprender que est sometido a flexin. Se deben
analizar los esfuerzos mximos dentro del lmite elstico.
FALLAS EN FLEXION
Para el hierro fundido y para el concreto simple las fallas que
se presentan son siempre de manera sbita.
Las fallas de vigas de concreto armado pueden ser:
1. Falla del acero, debido a los esfuerzos sobre el punto de
cedencia resultante en las grietas verticales sobre el lado tensado
de la viga.
2. La falla del concreto en compresin que se presentan en las
fibras ms alejadas del eje neutro.
3. Las fallas del concreto por tensin diagonal debido a los
esfuerzos cortantes excesivos que resultan en la formacin de
grietas que descienden diagonalmente hacia las reacciones tornndose
frecuentemente horizontales justamente arriba del armado principal
en las vigas de claro simple. Las fallas en vigas de madera
son:
1. Pueden fallar en compresin directa a la superficie
cncava.
2. Pueden romperse a tensin sobre la superficie convexa.
3. Pueden fallar por la flexin lateral de las fibras, actuando
como columpio.
4. Pueden fallar por esfuerzo cortantes horizontales a lo largo
de la fibra, cerca del eje neutro. Este tipo de fallas es sbito, es
muy comn en la madera de tamaos estructurales (madera
desecada).
5. Puede fallar en compresin perpendicular a la fibra en los
puntos de carga concentrada.
2.5 IMPACTO
2.5.1.- PRINCIPIOS Y OBJETIVOS
Actualmente tenemos estructuras, equipos y maquinaria las cuales
estn sometidas a cargas dinmicas que involucran adems esfuerzos de
impacto. Un tipo de carga dinmica es aquella que se aplica
sbitamente, como es el caso del impacto de una masa en
movimiento.
Qu ocurre al producirse un impacto?
Cuando un cuerpo a velocidad determinada golpea, se produce una
transferencia de energa, esta produce un trabajo en las partes que
recibi el golpe.
La mecnica del impacto adems de abarcar los esfuerzos inducidos,
toma en cuenta la transferencia, absorcin y la disipacin de
energa.
La energa de un golpe puede absorberse de la siguiente
manera:
a) A travs de la accin friccional de las partes b) A travs de la
deformacin plstica de los miembros o partes del sistema c) A travs
de los efectos de inercia de las partes en movimiento
2.5.2.- PROBETA PARA IMPACTO
Cuando se realizan ensayos de impacto con aceros de alto y
mediano contenido de carbono se pueden emplear probetas sin ranura
debido a que se rompen con facilidad al recibir el golpe porque son
frgiles. Para lograr que se fracturen las probetas se recomienda se
ranuren en la forma siguiente:
a) Con entalladuras (muesca) en forma de "V" que se usa en
probetas de materiales fibrosos, dctiles y algunos materiales
frgiles.
Acot: mm
b) La entalladura en forma de u se efecta en materiales
considerados de dureza media o mayor.
c) La entalladura en forma de ojo de cerradura se efecta en
materiales sintticos como plsticos, acrlicos, (materiales
polimricos).
El efecto de la ranura es conectar los esfuerzos en su raz e
inducir patrones de esfuerzos axiales que limitan el flujo plstico
e incrementan el limite elstico del material debido a que la mayor
parte de energa de ruptura es absorbida en una sola regin de la
pieza originando una fractura de tipo quebradiza.
La tendencia de un material dctil es de comportarse como un
material frgil, al romperse la probeta ranurada, a esto se le
denomina" sensibilidad de ranura de los materiales".
2.5.3.- ENSAYOS DE IMPACTO CHARPY E IZOD
Son los mtodos ms comnmente usados, en ambos se emplea el pndulo
y las probetas ranuradas. La diferencia es que Charpy, la probeta
la apoya en un yunque, como una viga simplemente apoyada y en el
mtodo Izod, la probeta se coloca como una viga en cantiliver.
Generalmente las mquinas para ensayo de impacto utilizan los
siguientes elementos:
W = peso del pndulo 19.31 kg. = ngulo inicial (Charpy = 160.5)
(Izod = 80.3) = ngulo de elevacin H = altura de cada del centro de
gravedad del pndulo h = altura de elevacin del centro de gravedad
del pndulo R = distancia del centro de gravedad Del pndulo a eje de
rotacin cero.
El ensaye de impacto es de tipo dinmico en el cual se golpea y
se puede llegar a la ruptura mediante un golpe dado a una probeta
seleccionada, la cual debe ser maquinada y pulida superficialmente,
usualmente ranurada. Por lo tanto la prueba de impacto se define
como: la energa necesaria para romper una barra prueba por una
carga con impulso. Que no es otra cosa que indicio de la tenacidad
de un material sometido a la carga de choque. Tambin se define como
el choque de dos materiales dejando en el material sometido a
prueba una huella. Generalmente el ensayo de impacto se efecta
mediante el uso de una pieza que cae (se conoce la masa de la pieza
o de un pndulo oscilante o un votante rotatorio). En algunos
ensayos se produce la fractura con un solo golpe, en otros se
emplean varios golpes. Un pndulo pesado inicia con una altura (H),
gira describiendo un arco golpeando a la probeta, la rompe y
contina su giro alcanzando una elevacin menor final (h). Conociendo
la posicin inicial, la elevacin final y el ngulo del pndulo se
calcula la diferencia de energa potencial; esta diferencia es la
energa absorbida por la probeta durante su ruptura.
2.6.- TORSION
2.6.1.- GENERALIDADES
Cualquier vector momento que sea co-lineal con un eje geomtrico
de un elemento mecnico se llama vector de momento torsinante debido
a que la accin de tal carga hace que el elemento experimente una
torcedura alrededor o con respecto a ese eje. Una barra sometida a
tal momento se dice que est en torsin.
En la figura se muestra un momento torsionante T aplicado a una
barra mostrado el sentido. Los vectores Momento torsionante se
representan con las flechas mostradas en el eje X. El ngulo de
torsin de una barra de seccin circular se calcula con la siguiente
formula:
= TL /GJ
En donde: = ngulo de torsin (rad) T = momento torsionante (kg -
cm) L = longitud de la barra (cm) G = mdulo de rigidez (Kg./cm2) J
= momento polar de inercia del rea transversal (cm4)
El momento torsionante "T" se calcula considerando el valor de
la fuerza y el radio.
T=FR
El mdulo de rigidez "G" se calcula considerando el mdulo de
elasticidad "E" por una constante de valor de 0.385:
G = 0.385 E
2.6.2.- ELEMENTOS CONCEPTUALES
Para el anlisis de torsin se consideran las siguientes
hiptesis:
a) Sobre la barra acta un momento de torsin puro y las secciones
transversales analizadas estn alejadas del punto de aplicacin de la
carga y de un cambio de dimetro.b) Las secciones transversales
adyacentes, originalmente planas y paralelas, permanecen en este
estado despus de la torsin; adems toda la lnea radial permanece
recta.c) El material cumple con la ley de Hooke. d) Conociendo las
deformaciones en el rango elstico al disear una pieza que se
someter a torsin; se tomara como mximo el esfuerzo de fluencia.
2.7.- TERMOFLUENCIA
La deformacin plstica a altas temperaturas se le conoce como
termofluencia. En ciertas aplicaciones, como turbinas de vapor en
plantas termoelctricas, motores de aviones a reaccin y cohetes,
hornos de fundicin y reactores nucleares, por ejemplo, los
materiales que estn expuestos a temperaturas extremadamente altas.
En el caso de los metales, la influencia de la temperatura se basa
en la Tf la temperatura absoluta de fusin. Cuando la temperatura es
del orden de 0.3 a 0.6 Tf o mayor, los movimientos de los tomos
inducen una deformacin muy lenta, llamada termo fluencia, si el
material esta sometido a esfuerzos. Esta deformacin termina por
causar problemas dimensinales en la estructura o componente, los
cuales provocan mal funcionamiento falla. Si permanece sometidos a
esfuerzos a temperaturas altas, el material se romper o fracturara
finalmente. La Tf tambin se utiliza en las cermicas cristalinas
puras. Sin embargo, en la prctica la mayora de las cermicas son de
mltiples componentes y no tienen una temperatura de fusin definida.
La medida de la capacidad refractaria es el cono pirmetro
equivalente o el punto de reblandecimiento: la temperatura a la que
un cono de cermica estndar de la cermica estudiada se reblandece o
dobla. En el caso de los vidrios, el punto de reblandecimiento es
la temperatura a la que el vidrio se deforma por efecto de su
propio peso. Cuando se trata de polmeros se utiliza la Tv,
(temperatura de transicin vtrea) o la temperatura de desviacin con
carga TDCC. Esta segunda temperatura es relativamente baja, de tal
manera que, a temperatura ambiente, los polmeros y plsticos
presentan una importante termofluencia,
ENSAYO DE TERMOFLUENCIA.
Se aplica un esfuerzo constante a una probeta calentada a alta
temperatura. En cuanto se le aplica el esfuerzo, la probeta se
deforma elsticamente una pequea cantidad, inicio de la primera
etapa. Para determinar el comportamiento de un material se hace
aplicando una carga axial constante, normalmente en forma de
tensin, a una barra o muestra cilndrica del material.
Representacin de las etapas de un ensayo de termofluencia.