ENSAYO DE COMPRESIN 1. RESUMEN.

En el siguiente informe concerniente al ensayo en la mquina de compresin se hablar de los esfuerzos que se realicen sobre cierta superficie, ya sea de madera o de concreto y de las deformaciones que se producen al final de cada procedimiento. Este mismo ensayo lo realizaremos tanto con concreto como con madera. La mejor manera de entender lo que es la compresin es precisamente analizando los resultados en estos materiales luego de someterse a la mquina de compresin del laboratorio, donde vemos como se produce un acortamiento en el largo del elemento (seccin axial) y un aumento en su dimetro (seccin transversal.) Dentro de este informe encontraremos teora relacionada, imgenes, tablas, etc., que nos permitirn entender con mayor facilidad el tema. Luego de la realizacin de este ensayo se vio como la probeta de madera present una pequea grieta en cambio la probeta de concreto present rupturas considerables. PALABRAS CLAVE: compresin, esfuerzo, deformacin, transversal, axial. 2. INTRODUCCIN. Como es de saber, un elemento se encuentra trabajando a compresin cuando es sometido a dos fuerzas de igual magnitud y sentido opuesto cuyas lneas de accin pasan y actan sobre el eje del elemento. Dichas fuerzas producen, como se dijo anteriormente, producen un acortamiento de la longitud en la direccin de la carga (axial), as como tambin un aumento de su seccin transversal. Cabe mencionar que la compresin la encontramos a diario en vuestra vida cotidiana, desde el momento en que nos sentamos en una silla (patas a compresin) hasta las columnas que se encuentran entre el piso y una viga. Con esto podemos decir que es de suma importancia conocer como trabajan los elementos a compresin para poderlos disear de la mejor manera y evitar que fallen de forma inmediata cuando se les tenga que utilizar. Esta experiencia consiste ms que todo en someter probetas (2 de madera y una de concreto) a fuerzas crecientes que compriman el elemento para conocer sus propiedades. Con la realizacin de este informe se buscar conocer el comportamiento de la madera cuando es sometida a una carga de compresin, as como tambin se tendr objetivo calcular el esfuerzo ltimo de falla o de la probeta y conocer la deformacin de rotura de esta (probeta). Es importante mencionar que con lo dicha anteriormente se realizar la grfica de esfuerzo vs deformacin para luego calcular el mdulo de elasticidad de la madera y finalmente calcular la relacin Poisson que fue precisamente estudiada y analizada por el fsico francs Simen Poisson (1781 - 1840). Poisson public entre 300 y 400 trabajos matemticos incluyendo aplicaciones a la electricidad, el magnetismo y la astronoma. Dentro del presente informe, concerniente a la experiencia en la mquina de compresin podremos encontrar toda la teora relacionada con el tema (compresin), aparte de esto se hablar sobre como fue el proceso que se sigui dentro del laboratorio y sobre cmo utilizar las frmulas para conocer los datos que se necesiten, posterior a esto se resolvern unas preguntas de anlisis de resultados que nos darn una mayor claridad acerca de lo que se hizo realmente en esta experiencia.

3. MATERIAL Y MTODOS. 3.1 Marco Terico: El ensayo de compresin relaciona esfuerzo vs deformacin y muchos otros aspectos pero ms que todo gira en torno a estos dos conceptos. Es importante conocer todo lo relacionado con esta experiencia, es por eso que se har un breve recuento de toda la teora que abarca el tema. El esfuerzo se define como la distribucin de una fuerza sobre una superficie, es la razn de fuerza sobre rea de la seccin transversal o perpendicular a la carga. Sus unidades son N/m2 (pascales en el SI) y lb/plg2 en sistema ingls. La deformacin por su parte, simplemente es la forma que adopta el elemento cuando sobre el acta una fuerza. Esta puede ser elstica cuando recupera su forma inicial una vez se haya retirado la carga y los tomos que constituyen el material vuelven a su posicin inicial; y es plstica cuando permanece deformada aunque se le haya retirado la carga, los tomos no pueden recuperar sus posiciones iniciales. Estos comportamientos se analizarn ms a fondo con la grfica esfuerzo vs deformacin. Para tener ms idea sobre lo que abarca en s este informe definiremos ciertos trminos tales como: Deformacin unitaria: Es la razn entre la variacin de la longitud entre la longitud inicial. esfuerzo deformacin: Es la representacin grfica del comportamiento del material ante diferentes magnitudes de carga para el cual se genera una deformacin, y es til para caracterizar el material ya que permite observar sus distintas fases de deformacin, iniciando por su comportamiento elstico, pasando plstico hasta la rotura. Mdulo de elasticidad: Es una constante elstica que caracteriza los materiales y depende de la constitucin de este. Estudiada por Thomas Young en 1807, se define como el esfuerzo necesario para producir una deformacin unitaria, la cual mide la rigidez de un material. Entre ms rigidez mayor mdulo de elasticidad. Empricamente se conoce al calcular la pendiente de la parte elstica del diagrama esfuerzo deformacin. Relacin de Poisson: Es otra constante elstica que caracteriza al materia, fue estudiada por el fsico francs Simen Poisson. Esta relacin se conoce dividiendo la deformacin en la direccin lateral entre la deformacin axial de la probeta. Isotropa: Simetra elstica: es cuando las propiedades fsicas y mecnicas son las mismas en todas las direcciones del espacio. Por ejemplo, mismo mdulo de elasticidad en todas las direcciones. Anisotropa: Propiedades fsicas y mecnicas diferentes en las direcciones del espacio. La madera presenta este tipo de comportamiento.

Ahora se presentar una tabla con los valores de mdulo de elasticidad de algunos materiales usados en la industria: Material | M. de elast. (Kg/cm2) | | 100000 225 000 | 90 000 100 000 | |

Madera dura direccin paralela a las fibras Madera blanda direccin paralela a las fibras Aluminio | 700 000 | | | 1 000 000 | | | |

Acero | 2 039 000 Vidrio | 700 000 Hierro de fundicin Bronce | 900 000 Cobre | 1 100 000 Caucho | 10 Plata |

| 80 000

3.2 Materiales y desarrollo experimental: Hay que mencionar que los materiales que se necesitaron para llevar a cabo esta experiencia fueron: mquina de ensayo de compresin, calibrador y 1 probeta de madera. Pero para que el ensayo se lleve a cabo de la mejor forma se necesita que: el material sea homogneo, la carga se aplique axialmente, la seccin longitudinal sea recta, las probetas deben cumplir ciertas especificaciones para que la compresin sea pura y no se generen flexiones (relacin de esbeltez menor que 60), la velocidad del ensayo sea constante y los extremos de las probetas de compresin sean planos. El proceso que se sigui dentro del laboratorio fue el siguiente: * Se toman las medidas de las dimensiones de la probeta: en nuestro caso, el dimetro y la altura. * Se coloca la probeta en la mquina de ensayo, cerciorndose de que la superficie de la seccin transversal a la aplicacin de la carga est libre de grasa para evitar deslizamientos entre la superficie del material con las placas de contacto de la mquina y que no se generen esfuerzos flexionantes que tiendan a pandear al elemento. * Poner en contacto a la superficie de la probeta con las placas de la mquina y aplicar la carga lentamente de forma axial sin que se generen excentricidades que produzcan pandeos en el elemento. * Una vez haya fallado la probeta se mide nuevamente en su condicin deformada A. PROPIEDADES MECNICAS DE LOS MATERIALES En ingeniera se necesita saber cmo responden los materiales slidos a fuerzas externas como la tensin, la compresin, la torsin, la flexin o la cizalladura. Los materiales slidos responden a dichas fuerzas con una deformacin elstica (en la que el material vuelve a su tamao y forma originales cuando se elimina la fuerza externa), una deformacin permanente o

una fractura. Los efectos de una fuerza externa dependientes del tiempo son la plastodeformacin y la fatiga, que se definen ms adelante. La tensin es una fuerza que tira; por ejemplo, la fuerza que acta sobre un cable que sostiene un peso. Bajo tensin, un material suele estirarse, y recupera su longitud original si la fuerza no supera el lmite elstico del material. Bajo tensiones mayores, el material no vuelve completamente a su situacin original, y cuando la fuerza es an mayor, se produce la ruptura del material. La compresin es una presin que tiende a causar una reduccin de volumen. Cuando se somete un material a una fuerza de flexin, cizalladura o torsin, actan simultneamente fuerzas de tensin y de compresin. Por ejemplo, cuando se flexiona una varilla, uno de sus lados se estira y el otro se comprime. La plastodeformacin es una deformacin permanente gradual causada por una fuerza continuada sobre un material. Los materiales sometidos a altas temperaturas son especialmente vulnerables a esta deformacin. La prdida de presin gradual de las tuercas, la combadura de cables tendidos sobre distancias largas o la deformacin de los componentes de mquinas y motores son ejemplos visibles de plastodeformacin. En muchos casos, esta deformacin lenta cesa porque la fuerza que la produce desaparece a causa de la propia deformacin. Cuando la plastodeformacin se prolonga durante mucho tiempo, el material acaba rompindose. La fatiga puede definirse como una fractura progresiva. Se produce cuando una pieza mecnica est sometida a un esfuerzo repetido o cclico, por ejemplo una vibracin. Aunque el esfuerzo mximo nunca supere el lmite elstico, el material puede romperse incluso despus de poco tiempo. En algunos metales, como las aleaciones de titanio, puede evitarse la fatiga manteniendo la fuerza cclica por debajo de un nivel determinado. En la fatiga no se observa ninguna deformacin aparente, pero se desarrollan pequeas grietas localizadas que se propagan por el material hasta que la superficie eficaz que queda no puede aguantar el esfuerzo mximo de la fuerza cclica. El conocimiento del esfuerzo de tensin, los lmites elsticos y la resistencia de los materiales a la plastodeformacin y la fatiga son extremadamente importantes en ingeniera. CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES Toda la discusin se ha basado en la suposicin de que prevalecen en el material dos caractersticas, esto es, que tenemos un: MATERIAL HOMOGNEO: Que tiene las mismas propiedades elsticas (E, mu) en todos los puntos del cuerpo. MATERIAL ISTROPO: Que tiene las mismas propiedades elsticas en todas las direcciones en cada punto del cuerpo. No todos los materiales son istopos. Si un material no tiene ninguna clase de simetra elstica se llama anistropo o, a veces, aeolotropico. En lugar de tener dos constantes elsticas independientes (E, mu) como un material istropo, esta sustancia tiene 21 constantes elsticas. Si el material tiene tres planos de simetra elstica perpendiculares entre s dos a dos se dice que es ortotrpico, en cuyo caso el numero de constantes independientes es 9. MATERIALES DCTILES Y FRGILES:

Los materiales metlicos usados en la ingeniera se clasifican generalmente en dctiles y frgiles. Un material dctil es el que tiene un alargamiento a traccin relativamente grande hasta llegar al punto de rotura (por ejemplo, el acero estructural o el aluminio), mientras que un material frgil tiene una deformacin relativamente pequea hasta el mismo punto. Frecuentemente se toma como lnea divisoria entre las dos clases de materiales un alargamiento arbitrario de 0.05 cm/cm. La fundicin y el hormign son ejemplos de materiales frgiles. EFECTOS INTERNOS DE LAS FUERZAS BARRA CARGADA AXIALMENTE: Probablemente, el caso ms sencillo que se puede considerar para empezar es el de una barra metlica inicialmente recta, de seccin constante, sometida en sus extremos a dos fuerzas colineales dirigidas en sentidos opuestos y que actan en el centro de las secciones. Para que haya equilibrio esttico, las magnitudes de las fuerzas deben ser iguales. Si estn dirigidas en sentido de alejarse de la barra, se dice que sta esta sometida a traccin, mientras que si actan hacia la barra, existe un estado de compresin. Bajo la accin de estas dos fuerzas aplicadas se originan otras fuerzas internas dentro de la barra, que pueden estudiarse imaginando un plano que la corte en un punto cualquiera y sea perpendicular a su eje longitudinal. DISTRIBUCIN DE LAS FUERZAS RESISTENTES: Llegados a este punto, es necesario hacer alguna hiptesis sobre el modo en que varan estas fuerzas repartidas, y como la fuerza aplica P acta en el centro, se suele admitir que son uniformes en toda la seccin. Esta distribucin probablemente no se dar nunca exactamente, a consecuencia de la orientacin caprichosa de los granos cristalinos de que esta compuesta la barra; el valor exacto de la fuerza que acta en cada elemento de la seccin transversal en funcin de la naturaleza y la orientacin de la estructura cristalina en ese punto, pero para el conjunto de la seccin la hiptesis de una distribucin uniforme da una exactitud aceptable desde el punto de vista de la ingeniera. TENSIN NORMAL: En lugar de hablar de la fuerza interna que acta sobre un elemento de superficie, probablemente es ms significativo y ms til para la comparacin considerar la fuerza normal que acta sobre una superficie unidad de la seccin transversal. La intensidad de la fuerza normal por unidad de superficie se llama tensin normal y se mide en unidades de fuerza por unidad de superficie, kg/cm2. A veces se usa la expresin tensin total para expresar la fuerza resultante axial total, en kilogramos. Si las fuerzas aplicadas a los extremos de la barra son tales que sta esta sometida a traccin, se establecen tensiones de traccin en la misma; si esta sometida a compresin, tenemos tensiones de compresin. ES esencial que la lnea de aplicacin de las fuerzas pase por el centro de cada seccin transversal de la barra. PROBETAS DE ENSAYO: La carga axial es frecuente en los problemas de diseo de estructuras y de maquinas. Para simular esta carga en el laboratorio se coloca una probeta entre las mordazas de una maquina de ensayos del tipo accionado elctricamente o de una hidrulica, maquinas usadas corrientemente en los laboratorios de ensayo de materiales para aplicar una traccin axial. En un intento de tipificar los mtodos de ensayo, la sociedad Americana de Ensayos de Materiales, comnmente conocida por A.S.T.M., ha redactado especificaciones que son de uso comn en USA y numerosos pases de Amrica y Europa. Se prescriben varios tipos de

probetas para materiales metlicos y no metlicos, tanto para ensayos de traccin como de compresin, pero solo mencionaremos ahora dos de ellos, uno para chapas metlicas de espesor mayor de 3/16 de pulgada (unos 47mm.) Las dimensiones indicadas son las especificadas por la A.S.T.M., pero los extremos de las probetas pueden tener cualquier forma que se adapte a las mordazas de la maquina de ensayo que aplique la carga axial. La parte central de la probeta es algo ms delgada que las extremas para que no se produzca el fallo en la parte de las mordazas. Los chaflanes redondeados que se observan tienen por objeto evitar que se produzcan las llamadas concentraciones de esfuerzos en la transicin entre las dos anchuras diferentes. De ordinario se marca una longitud standard patrn en la que se miden los alargamientos, perforando dos pequeos orificios en la superficie de la barra con una separacin de 2 o de 8 pulgadas, como puede verse. DEFORMACIN NORMAL: Supongamos que se ha colocado una de estas probetas de traccin en una maquina de ensayos de traccin y compresin, y se aplican gradualmente en los extremos fuerzas de traccin. Se puede medir el alargamiento total en la longitud patrn para cualquier incremento predeterminado de la carga axial por medio de un aparato de mediada mecnico y hallar, a partir de estos valores, el alargamiento por unidad de longitud llamado deformacin normal y representado por e, dividiendo el alargamiento total delta por la longitud patrn L, es decir e = delta/L. Generalmente se expresa la deformacin en centmetros por centmetros, por lo que es adimensional. A veces se usa la expresin deformacin total para indicar el alargamiento en centmetros. CURVA TENSIN-DEFORMACIN Cuando se aumenta gradualmente la carga axial por incrementos de carga, se mide el alargamiento de la longitud patrn para cada incremento, continuando de este modo hasta que se produce la rotura de la probeta. Conociendo el rea original de la seccin transversal de la probeta puede obtenerse la tensin normal, representada por sigma, para cada valor de la carga axial, simplemente utilizando la relacin: =P/A donde P representa la carga axial en kilogramos y A el rea primitiva de la seccin transversal. Con varios pares de valores de la tensin normal y de la deformacin normal e podemos representar grficamente los datos experimentales tomando estas cantidades como ordenadas y abscisas, respectivamente. As se obtiene un diagrama tensin-deformacin del material para este tipo de carga. Este diagrama puede adoptar numerosas formas. La curva tensin-deformacin se puede usar para determinar varias caractersticas de resistencia del material. Estas son: LIMITE DE PROPORCIONALIDAD: A la ordenada del punto P se le conoce por limite de proporcionalidad, esto es, la mxima tensin que se puede producir durante un ensayo de traccin simple de modo que la tensin sea funcin lineal de la deformacin. Par un material que tenga la curva tensin-deformacin no existe limite de proporcionalidad. LIMITE ELSTICO: La ordenada de un punto que casi coincide con P se conoce por limite elstico, esto es, la tensin mxima que puede producirse durante un ensayo de traccin simple de muchos

materiales son casi idnticos los valores numricos del limite elstico y del limite de proporcionalidad, por lo que a veces se consideran sinnimos. En los casos en que es notoria la diferencia, el limite elstico es casi siempre mayor que el de proporcionalidad. ZONA ELSTICA: La regin de la curva tensin-deformacin que va desde el origen hasta el limite de proporcionalidad. ZONA PLSTICA: La regin de la curva tensin-deformacin que va desde el limite de proporcionalidad hasta el punto de rotura. LIMITE ELSTICO APARENTE O DE FLUENCIA: A la ordenada del punto Y en el que se produce un aumento de deformacin sin aumento de tensin se le conoce por limite elstico aparente o limite de fluencia del material. Cuando la carga ha aumentado hasta el punto Y, se dice que se produce fluencia. Algunos materiales presentan en la curva tensin-deformacin dos puntos en los que hay aumento de deformacin sin que aumente la tensin. Se les conoce por limites de fluencia superior e inferior. MODULO DE RESILENCIA: El trabajo realizado en un volumen unidad de material, cuando se aumenta una fuerza de traccin simple gradualmente desde cero hasta un valor tal que se alcance el limite de proporcionalidad del material, se define como modulo de resilencia. Puede calcularse por el rea bajo la curva tensin-deformacin desde el origen hasta el limite de proporcionalidad, las unidades en que se mide son kg/cm3. As, pues, la resilencia de un material es su capacidad de absorber energa en la zona elstica. MODULO DE TENACIDAD: El trabajo realizado en un volumen unidad de material cuando se aumenta una fuerza de traccin simple gradualmente desde cero hasta el valor que produce la rotura, se define como modulo de tenacidad. Puede calcularse por el rea total bajo la curva tensin-deformacin desde el origen hasta la rotura. La tenacidad de un material es su capacidad de absorber energa en la zona plstica del material. ESTRICCION: La relacin entre la disminucin del rea de la seccin transversal respecto a la primitiva en la fractura, dividida por el rea primitiva y multiplicada por 100, se llama estriccin. Hay que observar que cuando actan fuerzas de traccin en una barra disminuye el rea de la seccin transversal, pero generalmente se hacen los clculos de las tensiones en funcin del rea primitiva. Cuando las deformaciones se hacen cada vez mayores, es mas interesante considerar los valores instantneos del ares de la seccin transversal (que son decrecientes), con lo cual se obtiene la curva tensin-deformacin verdadera. ALARGAMIENTO DE ROTURA: La relacin entre el aumento de longitud (de la longitud patrn) despus de la fractura y la longitud inicial, multiplicada por 100, es el alargamiento de rotura. Se considera que tanto la estriccin como el alargamiento de rotura son medidas de la ductilidad del material. TENSIN DE TRABAJO:

Se pueden usar las caractersticas de resistencia que se acaban de mencionar para elegir la llamada tensin de trabajo. Frecuentemente, esta tensin se determina simplemente dividiendo la tensin en la fluencia o rotura por un nmero llamado coeficiente de seguridad. La eleccin del coeficiente de seguridad se basa en el buen juicio y la experiencia del proyectista. A veces se especifican en los reglamentos de la construccin valores de determinados coeficientes de seguridad. La curva tensin-deformacin no lineal de un material frgil, caracteriza otras varias medidas de la resistencia que no se pueden definir sin la mencionada curva tiene una zona lineal. Estas son: LIMITE ELSTICO CONVENCIONAL: La ordenada de la curva tensin-deformacin para la cual el material tiene una deformacin permanente predeterminada cuando se suprime la carga se llama limite elstico convencional del material. Se suele tomar como deformacin permanente 0.002 o 0.0035 cm por cm; pero estos avalores son totalmente arbitrarios. La ordenada Y representa el limite elstico convencional del material, llamado a veces tensin de prueba. MODULO TANGENTE: A la pendiente de la tangente a la curva tensin-deformacin en el origen se la conoce por modulo tangente del material. Hay otras caractersticas de un material que son tiles para los proyectos, que son las siguientes: COEFICIENTE DE DILATACIN LINEAL: Se define como la variacin por unidad de longitud de una barra recta sometida a un cambio de temperatura de un grado. El valor de este coeficiente es independiente de la unidad de longitud, pero depende de la escala de temperatura empleada. Consideraremos la escala centgrada, para la cual el coeficiente que se representa por alfa es para el acero, por ejemplo, 11 x 10-6 por grado C. Las variaciones de temperatura en una estructura dan origen a tensiones internas del mismo modo que las cargas aplicadas. RELACIN DE POISSON: Cuando una barra esta sometida a una carga de traccin simple se produce en ella un aumento de longitud en la direccin de la carga, as como una disminucin de las dimensiones laterales perpendiculares a esta. La relacin entre la deformacin en la direccin lateral y la de la direccin axial se define como relacin de Poisson. La representaremos por la letra griega .Para la mayora de los metales esta entre 0.25 y 0.35. LEY DE HOOKE: Para un material cuya curva tensin-deformacin, resulta evidente que la relacin entre tensin y deformacin es lineal para los valores relativamente bajos de la deformacin. Esta relacin lineal entre el alargamiento y la fuerza axial que lo produce (pues cada una de estas cantidades difiere solo en una constante de la deformacin y la tensin, respectivamente) fue observada por primera vez por sir Robert Hooke en 1678 y lleva el nombre de ley de Hooke. Por tanto, para describir esta zona inicial del comportamiento del material, podemos escribir =E

donde E representa la pendiente de la parte recta de la curva tensin-deformacin. MODULO DE ELASTICIDAD: La cantidad E, es decir, la relacin de la tensin unitaria a la deformacin unitaria se suele llamar modulo de elasticidad del material en traccin o, a veces, modulo de Young. En los manuales aparecen tabulados los valores de E para diversos materiales usados en la ingeniera. Como la deformacin unitaria es un numero abstracto (relacin entre dos longitudes) es evidente que E tiene las mismas unidades que la tensin, por ejemplo, kg/cm2. Para muchos de los materiales usados en la ingeniera el modulo de elasticidad en compresin es casi igual al contrado en traccin. Hay que tener muy en cuenta que el comportamiento de los materiales bajo una carga, tal como de estudia en este tema, se limita (sin o se dice lo contrario) a esa regin lineal de la curva tensin-deformacin. B. ENSAYOS DE LOS MATERIALES ENSAYOS ESTTICOS DE TENSIN Y DE COMPRESIN Los trminos ensayo de tensin y ensayo de compresin usualmente se usan para referirse a ensayos en los cuales una probeta preparada es sometida a una carga monoaxial gradualmente creciente (es decir, esttica) hasta que ocurra la falla. En un ensayo de tensin simple, la operacin se realiza sujetando los extremos opuestos de la pieza de material y separndolos. En un ensayo de compresin, se logra sometiendo una pieza de material a una carga en los extremos que produce una accin aplastante. En un ensayo de tensin la probeta se alarga en una direccin paralela a la carga aplicada; en un ensayo de compresin la pieza se acorta. Dentro de los lmites de la practicabilidad, la resultante de la carga se hace coincidiendo con el eje longitudinal de la probeta. Con excepcin de algunas piezas de ensayos arbitrariamente formadas, las probetas son cilndricas o prismticas en su forma y de seccin transversal constante a lo largo del tramo dentro del cual las mediciones se toman. Las probetas en compresin quedan limitadas a una longitud tal que l flambeo debido a la accin columnar no constituya un factor. As (con ciertas excepciones), se hace un intento para obtener una distribucin uniforme del esfuerzo directo sobre secciones crticas normales a la direccin de la carga. El logro de estas condiciones ideales est limitado por la forma y su fidelidad de la pieza de ensayo, por la efectividad de los dispositivos de sujecin y apoyo, y por la accin de la mquina de ensayo ms comnmente realizados y son de los ms simples de todos los ensayos mecnicos. Como lo que pudiera considerarse el inicio del ensayo cientfico, los ensayos de tensin, cuando menos, han recibido una gran proporcin de a tensin, y durante los pasados cincuenta aos, una grande y probablemente merecida confianza, se ha concedido al valor y a la significacin, tanto de los ensayos de tensin como de los de compresin. Cuando se realizan debidamente en probetas adecuadas, estos ensayos, entre todos los dems, se acercan ms a la evaluacin de las propiedades mecnicas fundamentales con el diseo como finalidad, aunque debe advertirse que las propiedades tensiones y compresivas no son necesariamente suficientes para permitir la prediccin del desempeo de los materiales bajo todas las condiciones de carga. Cuando se emplean mtodos de ensayo normales, los resultados constituyen criterios adecuadas de la calidad de los materiales de los cuales se ha logrado acumular suficiente experiencia para proveer la certeza de que un nivel de calidad dado significa un comportamiento satisfactorio en servicio. Estos ensayos implican la normalizacin de las probetas con respecto al tamao, forma y mtodo de preparacin y la de los procedimientos de ensayo. Como en el caso de cualquier ensayo, es embargo, para aquellos materiales recientemente desarrollados, los ensayos de tensin y de compresin

deben utilizarse con cautela como medios indicadores de niveles de calidad porque la significacin de tales ensayos est limitada por su correlacin con el desempeo. Los ensayos apropiadamente conducidos en partes representativos pueden ser valiosos para indicar directamente el desempeo de tales partes bajo cargas en servicio. Los ensayos adecuados de probeta o partes montadas sometan a tratamientos especficos pueden ser tiles para evaluar cuantitativamente el efecto de esos tratamientos. Aunque, por lo que respecta al sentido y a la direccin del esfuerzo, la compresin es meramente lo contrario de la tensin, existen factores que toman el ensayo de tensin, o compresin ms deseable en un caso especfico. Los ms importantes de estos factores son siguientes: La conveniencia del material para comportarse bajo un tipo de carga dado. Las diferencias en las propiedades de un material bajo carga tensiva y compresiva. Las dificultades y complicaciones relativas inducidas por la sujecin o el apoyo de los extremos sobre las piezas de ensayo. El uso del ensayo de tensin en contraposicin al de compresin probablemente es en gran parte determinado por el tipo de servicio al cual en material haya de s sometido. Los metales, por ejemplo, a los cuales un material haya de ser sometido. Los metales, por ejemplo, generalmente exhiben una tenacidad relativamente alta y son, por lo tanto, mas adecuados y eficientes para resistir cargas tensivas, que aquellos materiales con una resistencia a la tensin relativamente baja. El ensayo de tensin es por ellos comnmente empleado y resulta apropiado para uso general en el caso de la mayora de los metales y aleaciones no ferrosos, fundidos, laminados, o forjados. Para los materiales quebradizos, tales como el mortero, el concreto el ladrillo, y los productos de cermica, cuyas resistencias a la tensin son bajas, en comparacin con sus resistencias a la compresin, y los cuales se emplean principalmente para resistir fuerzas de compresin, el ensayo de compresin es ms significativo y de mayor aplicacin. La resistencia a la tensin de la madera es relativamente alta, pero no se le puede siempre utilizar efectivamente en miembros estructurales, debido a su baja resistencia al esfuerzo cortante, el cual causa la falla en las conexiones de los extremos que utilizan conectadores de pernos, anillos de presin, o placas antes de que la cabal resistencia a la tensin de un miembro pueda desarrollarse. As pues, en lo respectivo a los esfuerzos directos, el ensayo de compresin de la madera es de mayor significacin prctica que el de tensin. Algunos materiales, como el hierro fundido, aunque posean una menor resistencia a la tensin que a la compresin, se usan para resistir ambos tipos de esfuerzos y ocasionalmente se realizan los dos tipos de ensayos. El uso de los ensayos de tensin y compresin no est limitado a la determinacin de las propiedades del material en forma de probetas preparadas (conformadas). Los ensayos de tamao completo de los materiales manufacturados, las piezas fabricadas, y los miembros estructurales se realizan comnmente. La variedad de las piezas elaboradas y los miembros de tamao real, a los cuales los ensayos de tensin y compresin pueden aplicarse, es muy amplia. En muchos casos, los ensayos de esta clase son esencialmente iguales a los realizados con probetas preparadas. Por ejemplo, se usan aparatos y procedimientos de ensayo ms o menos normalizados par determinar las propiedades de tramos seleccionados de alambre, varilla, tubera, barras de refuerzo, fibras, telas, cordeles y cables de alambre en tensin y ladrillo, azulejo, bloques para mampostera, y ciertos tipos de fundiciones metlicas en compresin. El aspecto importante de otros ensayos de tamao real es la duplicacin, tan

aproximada como sea posible, de las condiciones de carga de servicio y la observacin del desarrollo de las debilidades locales, as como de las cargas crticas. Algunas de las piezas de tamao real, sobre las cuales se realizan ensayos, con alguna frecuencia pueden mencionarse: (en tensin), barras tensoras, cadena para anclas, ganchos para ancas, palancas, y articulaciones remachadas y soldadas; (en compresin), tubera de hierro fundido y de concreto, pilares compuestos, pedestales, columnas y secciones murales. Los ensayos de compresin sobre columnas, partes y estructuras montables y similares, involucran problemas de estabilidad elstica y usualmente requieren procedimientos especiales. ENSAYO DE TENSIN Requerimientos para probetas de tensin Aunque ciertos requerimientos fundamentales pueden establecerse y ciertas formas de probetas se acostumbran usar para tipos particulares de ensayos, las probetas para ensayos den tensin se hacen en una variedad de formas. La seccin transversal de la probeta es redonda, cuadrada, o rectangular. Para los metales, si una pieza de suficiente maquinada, se usa comnmente una probeta redonda; para lminas y placas en almacenamiento usualmente se emplea una probeta plana. La porcin central del tramo es usualmente (aunque no siempre), de seccin menos que los extremos para provocar que la falla ocurra en una seccin donde los esfuerzos no resulten afectados por los dispositivos de sujecin. La nomenclatura tpica para las probetas de tensin se indican en la Fig. 5.1. El tramo de calibracin es el tramo marcado sobre en cual se toman las mediciones de alargamiento o extensmetro. La forma de los extremos debe ser adecuada al material, y tal, que ajuste debidamente en el dispositivo de sujecin a emplear. Los extremos de las probetas redondas pueden ser simples, cabeceados, o roscados. Los extremos simples deben ser suficientemente lagos para adaptares a algn tipo de mordazas cuneiformes. Las probetas rectangulares generalmente se hacen con extremos simples, aunque stos ocasionalmente pueden ser cabeceados o contener un orificio para aplicar presin con perno. La relacin entre el dimetro o ancho del extremo y el dimetro o ancho de la seccin reducida, es determinada en gran parte por la costumbre, aunque para los materiales quebradizos es importante tener los extremos suficientemente grandes para evitar la falla a la accin de las mordazas. Si una probeta es maquinada de material ms grande, la reduccin debe ser cuando menos suficiente para remover todas las irregularidades superficiales. La transicin del extremo a la seccin reducida debe hacerse por medio de un bisel adecuado para reducir la concentracin del esfuerzo causada por el cambio brusco de seccin; para los materiales quebradizos, esto es particularmente importante. El efecto del cambio de seccin sobre la distribucin del esfuerzo, es prcticamente inapreciable a distancias mayores de ms o menos o dos dimetros desde el cambio. Para obtener una uniforme distribucin del esfuerzo, a travs de las secciones crticas, la porcin reducida de la pieza frecuentemente se hace con los lados paralelos a todo su largo, aunque muchos tipos de probetas se hacen con un desviaje gradual desde ambos lados de la seccin reducida hasta su tramo central. Las probetas d algunos materiales, son curvas a lo largo de toda la porcin central de su longitud para impedir la ruptura en o cerca de las grapas; en esas probetas, el esfuerzo no es uniforme sobre la seccin crtica; y todas las dimensiones de la probeta deben normalizarse para obtener resultados comparables. Una probeta debe ser simtrica con respecto a un eje longitudinal a toda su longitud, para evitar la flexin durante la aplicacin de la carga. La longitud de la seccin reducida depende de la clase de material a ensayar y las mediciones a tomar. Con los metales dctiles, para los cuales el alargamiento o la reduccin del rea hayan de determinarse, la longitud debe ser suficiente para permitir una ruptura hibidos por la masa de los extremos. Con los materiales dctiles, para los cuales el alargamiento es muy

pequeo y no se mide, y para los que la fractura es plana, la longitud de la seccin reducida puede ser relativamente corta. El tramo de calibracin siempre es un poco menor que la distancia entre las cabeceras, pero la prctica con respecto a la relacin entre estos dos tramos no es uniforme. Si se han de tomar mediciones de extensmetro, se considera deseable que el tramo de calibracin sea ms corto que la distancia entre las cabeceras; cuando menos el equivalente a dos veces el dimetro de la probeta. Los puntos extremos del tramo calibrado deben ser equidistantes del centro del tramo de la seccin reducida. El porcentaje de alargamiento de una probeta de metal dctil de dimetro dado, depende del tramo de calibracin a lo largo del cual se toman las mediciones. Se ha establecido por medio de muchos ensayos que el alargamiento es prcticamente constante para piezas de varios tamaos, si las piezas son geomtricamente similares. Par las probetas cilndricas de metales dctiles, la ASTM (ASTM E 8) exige un tramo de calibracin de cuatro veces el dimetro. Para las probetas mayores de metal ferroso, varias especificaciones de la ASTM (ASTM A 7, A 15) utilizan algn tramo de calibracin y algn grueso o dimetro como base; y el efecto de los diferentes gruesos o dimetros se toma en cuenta por medio de deducciones del alargamiento permisible, de acuerdo con una regla estipulada. Probetas estndar La probeta de tensin redonda para metales dctiles ASTM estndar, frecuentemente se hace de 0.505 plg de dimetro para tener un rea secciona exactamente de 0.200 plg. Pueden utilizarse probetas ms pequeas, siempre y cuando el tramo de calibracin sea de cuatro veces el dimetro de la probeta. Si se hace un adelgazamiento, la diferencia de dimetro entre los extremos y el centro del tramo de calibracin, no debe exceder de 1% aproximadamente. Las ligeras variantes de estos tipos de probetas pueden encontrarse en varias especificaciones particulares. La probeta ASTM Estndar para matrices metlicas fundidas es de 0.25 pl. De dimetro y lleva una barra de 3 pl. de radio y un tramo de calibracin de 2 pl. Las probetas provenientes de barras, o varillas o alambres, usualmente tienen el rea seccional completa del producto que representan. Cuando resulta prctico, el tramo de calibracin debe tener cuatro veces el dimetro de la probeta, aunque para tamaos de pl. y menores, se usa frecuentemente un tramo de calibracin de 10 pl. Los ensayos de tensin de cable de alambre se realizan sobre tramos cortados de cable comercial. Los extremos se sujetan en moldes especiales rellenados con cinc, que haya sido vertido en estado de decrecimiento alrededor de los extremos aplanados del cable. Los tubos pequeos (de 1 pl. o menos) se ensayan a pleno dimetro. Se insertan tapones metlicos de ajuste apretado, en los extremos, hasta una profundidad suficiente para permitir que los sujetadores abracen la probeta son causar el colapso del tupo. Los tapones no deben extenderse hasta aquella parte de la probeta sobre la cual se mide la longitud (ASTM E 8). Para los tubos mayores que no pueden ensayarse a plena seccin, las probetas longitudinales usualmente se cortan, aunque las probetas transversales son ocasionalmente permitidas (ASTM A 106). Dispositivos de montaje La funcin del dispositivo de montaje es transmitir la carga desde los puestos de la mquina de ensaye hasta la probeta. El requerimiento esencial del dispositivo de montaje es que la carga sea transmitida axialmente a la probeta; esto implica que los centros de accin de las mordazas estn alineados al principio y durante el progreso del ensayo, y que no se introduzca ninguna flexin o torsin por la accin, o una falla en la accin de las mordazas. Adems, por supuesto, el dispositivo debe estar adecuadamente diseado para soportar las cargas y no debe aflojarse durante un ensayo.

Las mordazas, son un tipo comn de dispositivo de montaje. Resultan satisfactorias para ensayos comerciales de probetas de metal dctil de longitud adecuada, porque una ligera flexin o torsin no parece afectar la resistencia y el alargamiento de los materiales dctiles. No puede hacerse ningn ajuste para impedir la flexin al usar mordazas de esta clase. Las mordazas de tipo de cua son usualmente satisfactorias para usarse con materiales quebradizos, porque la accin presionaste de las mordazas tiende a causar la falla en o cerca de las mordazas. Las caras de las mordazas que tocan la probeta se hacen speras y estriadas para reducir el deslizamiento; para las probetas planas las caras de las mordazas son tambin planas, y para las probetas planas las caras de las mordazas son tambin planas, y para las probetas cilndricas, las mordazas llevan una ranura en V de tamao adecuado. El ajuste se hace por medio de tablillas o alienadores, de modo que el eje de la probeta coincida con el centro de los puentes de la maquina de ensaye y las mordazas queden apropiadamente ubicadas de la mquina de ensaye y las mordazas queden apropiadamente ubicadas en la cabecera. Donde resulta necesario asegurar una alineacin ms exacta lo que es muy importante en ensayos de materiales quebradizos, algn tipo de articulacin o unin universal se usa en los datos en ambos extremos; usualmente es un arreglo de asentamiento esfrico o de perno (denominado enlace autoalineante). La distancia entre los cojinetes esfricos de be ser tan grande como sea posible. Esos dispositivos no siempre son cabalmente efectivos; obviamente, los asientos esfricos no se ajustan fcilmente si no estn debidamente lubricados, y pueden atascarse con cargas altas independientemente de la lubric acin. Para ensayar probetas prismticas de concreto, se pegan placas rgidas de acero a los extremos usando un cemento epxico. Entonces se aplican cargas tensivas a varillas axiales de acero esfricamente asentadas, conectadas a las placas extrmales. Como el cemento epxico es ms fuerte que el concreto, la falla siempre ocurre en el concreto. Otro tipo de ensayo para determinar la resistencia a la tensin del concreto, es un ensayo de tensin por hendido comprendido en la ASTM C 496-62T, utiliza un cilindro normal de 6 por 12 pl., el cual se carga en compresin a lo largo de dos lneas axiales con una separacin de 180. Se usan tiras delgadas de contrachapada de 1/8 pl. como colchn a lo largo de estas lneas de carga. La resistencia a la tensin por hendido se computa de o = 2P/(3.1416*Ld) Donde = resistencia a la tensin por hendido, Lb/Plg. P = carga mxima aplicada, Lb. L = Longitud, pl. D = dimetro, pl. Este tipo den ensayo es ms simple que cualquier ensayo comercial de tensin axial, pero los resultados de los ensayos concuerdan razonablemente bien (aproximadamente un 15% o ms de altos), con los del tipo de ensayo ms convencional. Realizacin de ensayos En el ensayo comercial de tensin de los metales, las propiedades usualmente determinadas son la resistencia a la cedencia (el punto de cedencia de los metales dctiles), la resistencia a la tensin, la ductilidad (el alargamiento y la reduccin del rea seccional), y el tipo de la fractura. Para material quebradizo, solamente la resistencia a la tensin y el carcter de la fractura se determinan comnmente. En ensayos ms complejos, como en una gran parte de la

labor de investigacin, las determinantes de las relaciones entre esfuerzo y deformacin, el mdulo de elasticidad y otras propiedades mecnicas, se incluyen. Previamente a la aplicacin de cargas a una probeta, sus dimensiones se miden. Ocasionalmente, se puede requerir el peso unitario, requiriendo determinaciones de peso y volumen. Las mediciones lineales se hacen con bscula, separadores y escala, o micrmetros, dependiendo de la dimensin a determinar y la precisin a alcanzar. En el caso ms simple, solamente el dimetro o el ancho y el grueso de la seccin crtica se miden, Las dimensiones seccinales transversales de las probetas metlicas deben ordinariamente tomarse con una precisin de aproximadamente 0.5%. Excepto para dimetros pequeos y lminas delgadas, las mediciones hasta 0.001 pl. satisfacen este requerimiento. En las probetas cilndricas, las mediciones deben hacerse sobre dos dimetros cuando menos, mutuamente perpendiculares. Si han de tomarse mediciones de alargamiento, el tramo de calibracin es marcado o trazado. Sobre probetas de metal dctil de tamao ordinario, esto se hace con un punzn de cetros; pero sobre lminas delgadas o material quebradizo, deben usarse rayas finas/ En cualquier caso, las marcas deben ser muy ligeras para no daar el metal, influyendo as en la ruptura. Cuando se debe realizar mucho trabajo, se usa ocasionalmente una perforadora con un punzn cable o mltiple. Resulta conveniente poner las probetas redondas en un bloque en forma de V al marcar los puntos de calibracin. Cuando se usa un tramo de calibracin de 8 pl. en probetas de acero, las marcas se hacen con 1 plg. de separacin. Antes de usar una mquina de ensaye por primera vez, el operador debe familiarizarse con la mquina, sus controles, sus velocidades, la accin del mecanismo de carga y el valor de las graduaciones del indicador de carga. Antes de poner una probeta un una mquina debe comprobarse que el dispositivo de carga de la mquina d la indicacin de carga cero y se hagan los ajustes si fuere necesario. Cuando se coloca una probeta un una mquina, el dispositivo de sujecin debe revisarse para cerciorarse de que funcione debidamente. Si se usan topes o guarniciones para impedir que las mordazas se boten de los datos al ocurrir una falla sbita, los topes deben fijarse en posicin. La probeta debe colocarse de tal manera que resulte conveniente para hacer observaciones en las lneas de calibracin. Si se ha de utilizar un extensmetro, el valor de las divisiones del indicador y la relacin de multiplicacin deben determinarse antes de colocar el extensmetro sobre la probeta. Debe colocrsele centralmente sobre la probeta y alinearse debidamente. Cuando se usan extensmetro del tipo de collares, el eje de la probeta y el del extensmetro deben hacerse coincidir. Despus de sujetrsele en posicin, la barra espaciadora (en caso de existir) se retira y los ajustes se revisan. Frecuentemente una pequea carga inicial se coloca sobre la probeta, antes de poner el extensmetro en posicin de cero. La velocidad del ensaye no debe ser mayor que aquella a la cual las lecturas de carga y otras pueden tomarse con el grado de exactitud deseado, y si la velocidad de ensaye ejerce una influencia apreciable sobre las propiedades del material, el ritmo de deformacin de la pieza de ensayo debe quedar dentro de lmites definidos, aunque los estudios han indicado que pueden ser razonablemente amplios. Los mtodos para especificar las velocidades de ensaye varan. Un nmero de recomendaciones para velocidades den ensaye ha sido hecho y retiradas de las normas de la ASTM para metales. Las observaciones siguientes tienen como nico propsito la informacin general hasta el momento en que las bases generalmente aceptables para consignar las velocidades de ensaye, estn disponibles.

Debido al extenso uso anterior de las mquinas de ensaye de propulsin a tornillo en este pas, en el pasado se ha acostumbrado indicar la velocidad de ensaye por la velocidad de desplazamiento de puente movible de la mquina. Sin embargo, durante una o dos dcadas pasadas se ha registrado un marcado aumento en el uso de mquinas de ensaye de tipo hidrulico, en las cuales la velocidad de ensaye se control en trminos de la velocidad de aplicacin de carga. Es deseable que los lmites alternativos de la velocidad del puente y las velocidades de carga, se especifiquen. Las velocidades mostradas para probetas metlicas son los valores mximos; las velocidades pueden ser ms bajas y frecuentemente se utilizan. Para ensayos que involucren determinaciones del punto de cadencia por medio del descenso de la vigueta, la del indicador de carga, o de separadores, una velocidad de deformacin correspondiente a una velocidad de deformacin correspondiente a una velocidad de la cruceta, de aproximadamente 0.05 pl./min, probablemente represente una prctica ordinaria, aunque en los ensayos de laminacin, las velocidades ms altas no son raras. Con frecuencia la carga se aplica rpidamente a cualquier velocidad conveniente, hasta la mitad de la resistencia a la cedencia o el punto de cedencia especificados, o hasta una cuarta parte de la resistencia a la tensin especificada, cualquiera que sea menor. Arriba de este punto la carga es aplicada segn la velocidad especificada. Sobre el punto de cedencia de los metales dctiles, se permiten velocidades ms altas porque la variacin de la velocidad no parece tener efecto sobre la resistencia ltima, como sobre la resistencia a la cedencia; el alargamiento, sin embargo, es sensitivo a la variacin de la velocidad a altas velocidades de carga. Para ensayos que involucren mediciones extensomtricas la carga se aplica aya sea en incrementos, y la carga y la deformacin se leen al final de cada incremento, o se aplica continuamente a una velocidad lenta (generalmente a velocidades del puente, que varan desde 0.01 hasta 0.05 pl./min), y la carga y la deformacin se observan simultneamente. El segundo mtodo se considera preferible. No hay datos disponibles en que basar cualquier regla simple para transferir las velocidades del puente a la velocidad de aplicacin de carga, aunque un factor o mdulo de transferencia para una mquina particular de ensaye puede determinarse experimentalmente. Dentro del rango elstico, por supuesto, la velocidad de carga puede computarse rpidamente de la velocidad de deformacin. Un estudio de la prctica, realizado hace algunos aos, indic que ms de un 50% de los laboratorios involucrados usaban velocidades de carga dentro de los lmites de 10 a 70 Kips*/plg por minuto. Algunos usaban velocidades de carga hasta de 1000 kips/plg por minuto para el acero. Una mxima velocidad de carga de 100 kips/plg por minuto ha sido sugerida para determinaciones del punto de cedencia de los materiales metlicos. Despus de que la probeta se juntan u se miden la distancia entre los puntos de referencia con una escala o un separador hasta el 0.01 pl. ms cercano. El dimetro de la seccin ms pequea se puede calibrar preferiblemente con un separador micromtrico equipado con un uso puntiagudo y un yunque o tas, para determinar la reduccin del rea. Debe emplearse el mismo grado de precisin que se haya usado para medir el dimetro original. Para fracturas irregulares, varias mediciones deben hacerse dependiendo de la naturaleza de l la fractura. Observaciones de ensayo Las observaciones hechas durante un ensayo se registran de alguna manera apropiada, separada, antes de iniciar el ensayo. La identificacin de las marcas y la informacin similar pertinente se anotan Las dimensiones original y final, as como las cargas crticas, se registran al observarse, una bitcora de las cargas y las deformaciones correspondientes. Algunas mquinas de ensaye estn equipadas con un aditamento automtico para trazar el diagrama

de esfuerzo y deformacin. Se anotan, las caractersticas de la fractura y la presencia de algunos defectos. Tambin se anotan en las bitcoras las condiciones del ensayo, particularmente el tipo del equipo usado y la y la rapidez de ensaye. Las deformaciones, esfuerzos, porcentaje de elongacin y reduccin del rea se calculan sobre las bases de las dimensiones originales. La bitcora contiene casi toda la informacin pertinente de un ensayo de tensin, pero no se supone que sea completa, ya que conceptos tales como la flecha y los nombres de operador y del registrador, los cuales deben consignarse, no se incluyen. El alargamiento es el aumento en el tramo de calibracin original. Tanto el porcentaje de aumento como el tramo de calibracin original se consignan. En los metales dctiles, si la ruptura ocurre cerca de un extremo del tramo de calibracin, algunos de los efectos del alargamiento o la destruccin se extendern ms all del tramo de calibracin. De ah que, cuando la ruptura ocurre fuera del tercio medio, las especificaciones frecuentemente requirieren un nuevo ensayo o comprobacin, aunque un mtodo aproximado para obtener el alargamiento puede usarse. La reduccin del rea es la diferencia entre el rea de la seccin transversal ms pequea (ala ocurrir la ruptura) y el rea seccional original, expresada como un porcentaje del rea seccional original. Las fracturas por tensin pueden clasificarse en cuanto a forma, textura y color. Los tipos de fractura, en lo respectivo a la forma, son simtricos: cono y crter, planos e irregularidades. Varias descripciones de la textura son: sedosa, grano fino, grano grueso o granular, fibrosa o astillable, cristalina, vidriosa y mate. Ciertos materiales se identifican efectivamente por sus fracturas. El acero suave en forma de una probeta cilndrica normal usualmente presenta un tipo de estructura sedosa. El hierro forjado presenta una fractura dentada y fibrosa, mientras que la fractura tpica del hierro fundido es gris, plana y granular. Un examen de la fractura puede arrojar una pista posible de los valores bajos de la resistencia o la ductilidad de la probeta. La carga no axial causar tipos asimtricos. La falta de simetra puede tambin ser causada por la heterogeneidad del material o un defecto o una falla de alguna clase, tal como la segregacin una burbuja, o una inclusin de materia que haya sido trabada en fra o posea una condicin de esfuerzo interno, debida a ciertos tratamientos trmicos, frecuentemente existe una apariencia de rayos o vetas que irradian de algn punto cercano al centro de la seccin; esta ocasionalmente es denominada fractura estrella. Una descripcin de la fractura debe incluirse en cada informe de ens ayo, aun cuando su valor sea incidental para las fracturas normales. Efecto de las variables importantes Como se ha sealado repetidamente, las condiciones de ensayo y la condicin del material en el momento del ensayo tienen una influencia muy importante sobre los resultados. Los informes de las investigaciones para determinar tales efectos comprenden una vasta literatura que cubre muchos aos. Un objeto de muchas de esas investigaciones es evaluar los efectos de las condiciones de ensayo con la (nueva) mira de elegir un procedimiento normal que arroje resultados que posean una variedad mnima con una facturacin razonable de las condiciones de ensayo; otro consiste en desarrollar una base para proyectar los resultados de los ensayos realizados bajo condiciones dadas hacia el comportamiento probable bajo algunas otras condiciones. No es posible discutir aqu extensamente el efecto de las numerosas variables del ensaye. Sin embargo, el efecto general para que resulte posible alcanzar una apreciacin de las fuentes de errores.

En general, en los materiales metlicos, si el metal es de calidad uniforme, el tamao de probetas geomtricamente similares no parece afectar apreciablemente los resultados d ensayo y de tensin. Varias investigaciones sobre aceros estructurales han corroborado esto. Sin embargo, es importante recordar que, en el curso de la fabricacin o el procesado de partes o formas, la calidad del metal frecuentemente vara de acuerdo de ensayo para probetas de diferentes tamaos pueden reflejar el efecto de la masividad sobre las propiedades. En el caso del acero rolado en caliente, la ductilidad resulta afectada hasta cierto punto por la labor de rolado, aunque la resistencia del alambre tensado en fro es marcadamente influida por el proceso de tensado. Debido al efecto del endurecimiento por deformacin, hay un aumento considerable en el punto de cedencia y la resistencia ltima de los metales trabajados en fro, pero esto s cambios son acompaado por una marcada disminucin de la ductilidad. En el caso de los metales fundidos, la variacin de la resistencia de acuerdo con el tamao del fundido es marcada, como queda ilustrado por los resultados de ciertos ensayos de tensin de barras de hierro fundido en gran parte diferencias reales de las propiedades de las probetas, por fundicin ms bien que un efecto real del tamao. El alargamiento total de un metal dctil en el punto de ruptura se debe al alargamiento plstico, el cual est ms o menos uniformemente distribuido a lo largo del tramo de calibracin sobre el que se superpone un estiramiento de la seccin restringida, lo cual ocurre justamente antes de la ruptura. El primero es prcticamente independiente de la forma de la seccin transversal y del ramo de calibracin y, es pequeo en comparacin con el angostamiento local final que es afectado por la forma de la pieza. El alargamiento correspondiente sobre varios tramos de calibracin simtricamente dispuesto alrededor de la ruptura, tambin se muestra. El tramo afectado por angostamiento local, final es del orden de dos o tres veces el dimetro de la probeta. Resulta aparente entonces, porque el dimetro de la pieza y del tramo de calibracin (o la razn entre el dimetro y el tramo de calibracin) debe fijarse si han de obtenerse alargamiento comparables y porque las especificaciones exigen el rechazo de un ensayo, si la ruptura est demasiado cercana a los extremos. El requerimiento de la similitud geomtrica de las piezas de ensayo para alargamiento comparable, fue consignado por primera vez por J. Barba en 1880 y frecuentemente es denominado le d la Barba. Numerosas investigaciones desde entonces han confirmado este descubrimiento general de que, cuando el tramo de calibracin L = k Raz A, donde A es el rea seccional transversal y k es una constante para el tipo de la probeta, el alargamiento es prcticamente constante. Si las cabeceras de una barra de ensayo estn demasiado justas, si la pieza est rasurada o estirada transversalmente o contiene agujeros, o si los lados de la probeta son curvos, la resistencia y la ductilidad de la pieza pueden resultar apreciablemente afectadas. La severidad de este efecto depende de la abrupticidad y la magnitud relativa del cambio de seccin y la ductilidad del material. Para una serie de probetas de metal dctil que se agrandan bruscamente en los extremos del tramo de calibracin, el efecto y la relacin entre el dimetro y el tramo (L/d), sobre tanto el alargamiento como la reduccin del rea. Para valores de L/d mayores de ms o menos, 2 la reduccin del rea es independiente de L/d, pero par valores ms bajos se reduce porque los extremos agrandados proveen restriccin lateral contra la reduccin del rea. En el caso extremo, sta se reduce a cero. Cuando L/d excede aproximadamente a 1, el nico efecto aparece sobre el segmento de la curva ms all de la resistencia mxima en F. Cuando ms corta sea la longitud L, ms largo ser el segmento de la curva ms all del punto F. Cuando L se acorta, de modo que los extremos del apoyo a la seccin reducida, la curva se eleva y se acorta. Finalmente, la probeta E con un largo L de cero, arroja una alta resistencia con muy poca deformacin.

El Efecto de la reanudacin es (1) suprimir la distensin de la seccin reducida, debido al apoyo provisto por la masa de las secciones adyacentes ms grandes, y (2) causar una concentracin de esfuerzos en el material de la base de la ranura. Los primero tiende a aumentar la resistencia aparente y reducir la ductilidad tambin aparente de los materiales dctiles. Los segundo tiende a causar una reduccin de la resistencia aparente, y en los materiales dctiles, los cuales sufren poco alargamiento hasta la ruptura, sta es muy pronunciada. Este efecto en un material dctil se demuestra comparando la resistencia de una probeta estndar con la de una probeta rasurada del mismo material, cuando el dimetro en la base de la ranura es el mismo que el de la probeta estndar. Para cierto acero al alto carbono, la resistencia ltima de la probeta estndar fue de 10000 lb/plg mientras que para una probeta con una ranura de 1/32 pl. (de ancho) fue de 163000 lb/plg, computndose ambas de manera convencional. En la segunda probeta se impidieron la distensin y la reduccin de reas usuales, causando as un aumento de resistencia mayor que el efecto diminutivo de las concentraciones de esfuerzos intensos en el borde diminutivo de las concentraciones de esfuerzos intensos en el borde de la ranura. En un material quebradizo, cuando el alargamiento es de pocas consecuencias, la ranura habra causado una disminucin de la resistencia. Debido a los efectos de la curvatura lateral de la pieza y la proximidad de las mordazas, la distribucin transversal de los esfuerzos en la seccin neta de la briqueta estndar de tensin de mortero no es uniforme sino vara. La razn del mximo esfuerzo promedia sobre la seccin transversal crtica, ha sido estimada mediante estudios fotostticos en aproximadamente 1.75. La carga excntrica producida por el dispositivo de montaje causa una distribucin no uniforme de esfuerzos en la barra de ensayo. Un ejemplo de esto de esfuerzo y deformacin para tres lneas de calibracin con 120 de separacin alrededor de una probeta cilndrica. En el ensayo las mordazas cuneiformes en los extremos de probeta tienen una desalinizacin de 0.035 pl., una cantidad relativamente pequea. Esto origino que ciertas partes de la probeta alcanzara el lmite proporcional antes que otras y as result en el lmite proporcional, al determinarse del diagrama de esfuerzo y deformacin promdiales, un poco ms bajo que si la probeta se esforzara uniformemente. El diagrama de esfuerzo y deformacin promdiales (el cual tambin pude hacerse obtenido con un extensmetro promediador) no ofrece ninguna indicacin aparente del efecto de la carga excntrica. En los ensayos para determinar las propiedades de los materiales, el efecto de las cargas excntricas es importante. Bajo condiciones de carga ligeramente excntricas, los promedios de las mediciones de deformacin tomadas en dos elementos opuestos parecen arrojar valores satisfactorios del mdulo de elasticidad. La resistencia de los materiales dctiles no parece resultar muy afectada por ligeras excentricidades de carga; la resistencia de los materiales quebradizos puede ser apreciablemente afectada. Sobre un extremo rango de velocidades, la velocidad de carga tiene un efecto importante sobre las propiedades tensionales de los materiales. Las resistencias tienden a aumentar y la ductilidad a disminuir con las velocidades aumentadas. Por ejemplo, ciertos ensayos han indicado que con una relacin de velocidad de aproximadamente segn el logaritmo de la velocidad. El efecto parece ser ms pronunciado para los materiales que poseen puntos de fusin bajos, tales como el plomo, el cinc y los plsticos que para aquellos con puntos de fusin altos, como el acero. En el caso de algunos materiales, notoriamente la madera, pero aparentemente tambin el acero, el efecto de las cargas muy lentamente aplicadas (ensayos de larga duracin) es una disminucin de la resistencia contra la observada a velocidades de ensaye normales. El trmino viscoelasticidad se usa para designar un comportamiento mecnico dependiente del tiempo que constituye una funcin tanto de los componentes elsticos como de los viscosos. Afortunadamente, investigaciones recientes han demostrado que sobre el rango de velocidades usadas en las mquinas de ensaye ordinarias los efectos de una variacin de

velocidad moderada sobre las propiedades tensionales de los metales son bastante ligeros, y pueden permitirse tolerancias muy amplias sin introducir un error serio en los resultados de los ensayos para los metales dctiles. Por ejemplo, en ensayos de probetas estndar de un acero estructural se descubri que aumentar 8 veces la velocidad de deformacin aumentaba el punto de cedencia en aproximadamente un 4%, la resistencia a la tensin como un 2%, y disminua el alargamiento ms o menos un 5%. En la mquina en que se realizaron estos ensayos, este cambio correspondi a un cambio de velocidad de marcha del puente de 0.05 a 0.40 Pl./min. El efecto de las variaciones de velocidad dentro del rango de velocidades de carga normales sobre la resistencia de los materiales quebradizos como el hierro fundido. Un nmero de factores afecta el carcter de la fractura. Si la resistencia al deslizamiento es la mayor, el material fallar pro separacin, contrarrestando la fuerza cohesiva con muy poco alargamiento plstico y el material se considerara quebradizo si la resistencia depende de su resistencia al deslizamiento, esto es, si la resistencia a la separacin es la mayor, ocurre un alargamiento plstico y una reduccin de rea considerable antes de presentarse la fractura; tal comportamiento caracteriza a los materiales dctiles. Ambas propiedades son funciones de la temperatura y la velocidad a la cual la carga se aplica. Los experimentos demuestran que la resistencia a la separacin resulta menos afectada que la resistencia al deslizamiento. Algunos materiales que muestran una ductilidad considerable bajo cargas lentamente aplicadas fallan con muy poco alargamiento plstico cuando la carga es aplicada repetidamente tanto la resistencia a la separacin como la resistencia al deslizamiento aumentan al descender la temperatura pero la segunda aumento mucho mas marcadamente de este modo resulta posible obtener fracturas por separacin (comportamiento quebradizo) en barras de aceros simples y no ranuradas enfriadas en aire liquido. Un estado de esfuerzo triaxial puede reducir la ductibilidad o causar que una fractura por separacin ocurra en los materiales dctiles con tensin. Como el corte mximo es una funcin de la diferencia entre los esfuerzos (Directos) principales mximos y mnimos, segn se acercan unas ha otras las magnitudes de los tres esfuerzos principales, el corte mxima puede tornarse muy pequeo, aunque los esfuerzos principales sean elevados un estado de esfuerzo triaxial puede ser inducido por cambios de seccin bruscos por la presencia de irregularidades en una pieza de material sometido a carga monoaxial; as resulta posible reducir marcadamente la ductilidad y causar fracturas por separacin a temperaturas moderadamente bajas en el acero. Despus de que una probeta de acero ordinario se ha restringido el estado de esfuerzo en la porcin central de la seccin restringida ya no es ms de tensin simple; esfuerzos tanto radiales como axiales actan sobre los cristales que componen el material el mximo esfuerzo principal puede ser de varias veces el mximo esfuerzo cortante, en lugar de tener la relacin de dos a uno que exista entre la tensin t el corte antes de iniciarse la estriccin. Es as como ha temperaturas moderadamente bajas, el tipo de falla puede ser mixto, esto es, una falla por separacin en la porcin central de una fractura de cono y crter y deslizamiento a lo largo del cono en los bordes. Sin embargo, la evidencia experimental indica que a temperaturas locales el modo de falla del acero suave en la base del cono puede ser el deslizamiento, an cuando el fondo del cono tenga apariencia granular a simple vista; Esto ha sido atribuido a un mayor esfuerzo cortante cerca del centro que cerca de los bordes lo cual tambin explica la observacin de que la primera grieta pueda iniciarse al centro de la seccin. ENSAYO DE COMPRESIN Observaciones generales:

Se ha sealado que cuando menos en teora el ensayo de compresin es meramente lo contrario del el de tensin con respecta a la direccin o el sentido del esfuerzo aplicado. Las razones generales para la eleccin de uno u otro tipo de ensayo se establecieron. As mismo, un nmero de principios generales se desarrolla a travs de la seccin sobre de ensaye de tensin los cuales con igualmente aplicables al ensaye de compresin. Existen sin embargo, varias limitaciones especiales del ensayo de compresin a los cuales se debe dirigir la tensin: La dificultad de aplicar una carga verdaderamente concntrica o axial. El carcter relativamente inestable de este tipo de carga en contraste con la carga tenista. Existe siempre una tendencia el 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. La friccin entre los puentes de la mquina de ensayo o lasa placa de apoyo y las superficies de los extremos de la probeta debido a la expansin lateral de esta esto puede alterar considerablemente los resultados que se obtendran si tal condicin de ensayo no estuviera presente. Las reas seccinales, 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 grandes o probetas tan pequeas y por lo tanto, 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 tensin se limita aqu al bloque de compresin corto. Requerimientos para probetas de compresin: Para el esfuerzo uniforme para la probeta de compresin, una seccin circular es preferible a otras formas. Sin embargo, la seccin cuadrada o rectangular se usa frecuentemente par piezas manufacturadas tale como el azulejo, ordinariamente no resulta posible cortar probetas que se ajusten a ninguna forma en particular. La seleccin de la relacin de la longitud y el dimetro de una probeta de compresin parecer ser ms o menos su compromiso entre varias condiciones indeseables. A medida que la longitud de la probeta aumenta se presenta una tendencia creciente hacia tensin de la pieza, con la consiguiente distribucin no uniforme del esfuerzo sobre una seccin recta se sugiere una relacin en que la longitud de la probeta disminuye, el efecto de la restriccin fricciona en los extremos se toma sumare importante; as mismo, para longitudes menores y de aproximadamente 1.5 veces el dimetro, los planos diagonales a lo largo de los cuales la falla se verificara en una probeta ms larga intercepta la base, con el resultado de que la resistencia aparente se aumenta. Comnmente se emplea una relacin entre longitud y dimetro de dos o ms aunque la relacin de altura y dimetro vari para materiales diferentes, par acomodar un compresmetro con la precisin deseada, con frecuencia es necesario utilizar una probeta relativamente larga. El tamao real depende del tipo de material para materiales homogneos para los cuales se requiera solamente la resistencia ultima, pueden usarse probetas pequeas el tamao de las probetas de material heterogneas 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 del cabeceo y dispositivos de montaje los tramos de calibracin para mediciones de deformacin deben preferiblemente ser mas cortos que el largo de la probeta cuando menos en dimetro de la probeta. Probetas Estndar

Las probetas para ensayos e compresin de materiales metlicos recomendados por ASTM las probetas cortas son para usarse con metales antifriccin, las de longitud mediana para uso general y las largas para ensayos que determine l modulo de elasticidad. Las probetas para ensayos de compresin de lminas metlica deben cargarse en una planta que provee apoyo lateral con el pandeo sin interferir con las deformaciones axiales de la probeta los detalles de estas plantillas y las probetas correspondientes estas cubiertos por la ASTM. 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 pl. El tamao normal del cilindro es de 6 * 12 pl. Para el concreto que contenga agregados de tamao mximo hasta de 2.5 pl. Que se usa en un cilindro de 8 * 16 es practica comn en muchos laboratorios usar 3 * 6 pl. para concreto con lo de agregados hasta d e pl. Y par ensayos de concreto con agregados hasta de 6 pl.) Se usan cilindros de 18 * 36 plg. Los cubos se usan en Inglaterra y Europa, en Inglaterra el cono de 5 pl. Es de una tamao comn para concreto ordinario. Para morteros frecuentemente se usa el cilindro de 2 * 4 pl. para la ASTM ahora especifica un cubo de 2 pl. las probetas de ensayos de compresin piezas y limpias de manera paralela a la fibra son prismas rectangulares. Mtodo para ensayo de construccin de manera perpendicular a la fibra. De 2*2*8 pl. los ensayos de compresin perpendiculares a la fibra se hacen sobre probetas nominalmente de 2*2*6 pl. la carga se aplica a travs de una placa metlica de apoyo de 2 pl. de ancho atravesada sobre el canto superior a distancias iguales de los extremos y el ngulo recto con el ancho la resistencia de la compresin de ladrillos y el ngulo recto sobre el ancho. La resistencia de la compresin de ladrillo para construccin se determina sobre medio ladrillo con superficie aproximadamente plana. Realizacin de ensayos: En los ensayos comerciales 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. Las dimensiones deben determinarse con una precisin apropiada. Las precisiones recomendadas para mediciones transversales seccionales en la labor ordinaria son las siguientes: metales, hasta el 0.001 pl. ms cercana; concreto madera, hasta el 0.01 pl. mas cercano. En las probetas cilndricas las mediciones deben hacerse sobre, cuando mensa, dos dimetros mutuamente perpendiculares. Si se requieren pesos unitarios, las probetas deben medirse ordinariamente con una precisin de aproximadamente 0.5 %. Debe tenerse mucho cuidad para lograr el centrado y alineacin de la probeta y la de los bloques de apoyo en la mquina de ensaye. Para una labor cuidadosa se debe realizar un esfuerzo para hacer coincidir los ejes de la probeta y de los bloques de apoyo con un eje que pase por los centros del puente y de la placa de base de las mquinas dentro de 0.01 pl.. Mientras se est bajando el puente de la mquina para establecer contacto con el bloque de apoyo esfrico, es deseable hacer girar lentamente a mano la parte superior del bloque en un plano horizontal para facilitar el asentamiento del bloque. 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. Para la mquina de engranes de tornillo, la velocidad de ensaye en compresin es todava comnmente especificada en trminos de la velocidad de marcha del puente movible. Observaciones de ensayo. La identificacin, las mediciones, las cargas crticas, las lecturas compresomtricas (en caso de que hayan sido tomadas), el tipo de la falla, incluyendo los croquis, etc.. 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 (probetas cilndricas) o pirmide (probetas cuadradas), ocasionalmente denominada fractura en forma de reloj de arena. 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. Para un material cuya resistencia a la falla se deba tanto a la friccin interna como a la cohesin y el cual se comporte de acuerdo con la teora de la ruptura de Mohr, el ngulo de ruptura no es de 45 (plano de mximo esfuerzo cortante), sino una funcin del ngulo de friccin interna. El comportamiento de materiales tales como el hierro fundido, el concreto o la cermica no se ajusta exactamente al predicho por la teora de la ruptura de Mohr, parcialmente porque su composicin no homognea causa irregularidades en el patrn del esfuerzo. Adems, el ngulo de ruptura puede ser desviado un poco del valor terico debido a la compleja condicin de esfuerzos inducida en las porciones extremales de las probetas, de compresin por la restriccin contra la expansin lateral bajo carga causada por la friccin entre las placas de apoyo y las superficies extremales; este efecto de la restriccin lateral de los extremos se torna ms pronunciado en las probetas cortas. Si la probeta es tan corta que un plano normal de falla no pueda desarrollarse dentro de la longitud de la probeta, entonces la resistencia es apreciablemente incrementada y otros tipos de falla tales como el aplastamiento, pueden ocurrir con los materiales quebradizos e probetas cortas, cuando existe una combinacin de alta resistencia a la compresin y expansin lateral irrestricta en los extremos, las piezas frecuentemente fallan por separacin en forma de fragmentos columnares, arrojando lo conocido como una falla por rajadura fractura columnar. El flujo lateral de una veta tiende a producir una falla por rajadura. `La madera exhibe, bajo carga compresiva, un comportamiento peculiar propio. Es cualquier cosa, mas no un material isotrpico, y se compone de clulas formadas por crecimientos orgnicos que se alinean para formar una serie de tubos o columnas en la direccin de las fibras. Como resultado de esta estructura, el lmite elstico es relativamente bajo, no existe un punto de falla o cedencia definido y se verifica una deformacin permanente considerable antes de la falla. Estas propiedades varan segn la orientacin de la carga con respecto a la direccin de las fibras. Par cargas normales al grano, la carga que causa el colapso lateral de los tubos o fibras (aplastamiento) es la carga significativa. Para cargas paralelas a las fibras, no solamente es importante la resistencia elstica sino tambin la resistencia de ruptura. La ruptura frecuentemente ocurre debido al colapso de las fibras tubulares como columnas. Los materiales dctiles y plsticos con alguna tenacidad protuberan lateralmente y adquieren forma de barril cuando se les comprime siempre y cuando, por supuesto, la probeta no se

doble o flambee. Los materiales con ductilidad relativamente baja y las piezas endurecidas desarrollan ranuras superficiales paralelas al eje de carga cuando la falla torna pronunciada. Efecto de las variables importantes Las condiciones extremas en el momento del ensayo, el mtodo de rematacin, y las condiciones extrmales antes del rematado pueden tener un efecto pronunciado sobre la resistencia a la compresin de cilindros de concreto para ensayos. Los cilindros moldeados con placas maquinadas para producir extremos convexos y ensayados 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 pl. En un cilindro de 6 pl. d dimetro, ensayos de proporciones de 1:2 y 1:5 han acusado reducciones de la resistencia de aproximadamente 35 y 20% respectivamente. 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. Con concreto 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%.