Compresion

ensayo de compresion acero 8620

1. UNIVERSIDAD SANTO TOMAS
DIVISIÓN DE INGENIERÍAS
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
Asignatura: MATERIALES INDUSTRIALES I


Alejandro Corredor Rodríguez (A. Corredor), Brayan Camilo Casas Tangarife (B. C. Casas), Diego Armando Gutiérrez Matiz (D.A. Gutiérrez)
Materiales Industriales I - Ensayo No. 1, Grupo 3A, Febrero de 2016, pág.1 a pág.3

Ensayo de Compresión



Alejandro Corredor Rodríguez (A. Corredor), Brayan Camilo Casas Tangarife (B. C. Casas), Diego
Armando Gutiérrez Matiz (D.A. Gutiérrez)


(1 de junio de 2016)




RESUMEN

El ensayo de compresión, consiste en un ensayo donde se busca evaluar el esfuerzo o
la carga axial capaz de resistir un material antes de que llegue a su punto de fluencia.
Para poder realizar este ensayo se deben seguir una serie de normas reguladas por el
ASTM, esto con el fin de que los datos obtenidos sean más precisos.

Palabras clave - Esfuerzo, Deformación, Modulo de Young, Elasticidad, Fluencia.

ABSTRACT

The compression test is a test which seeks to assess the effort or the axial load a
material can withstand before it reaches its yield point. To perform this test must follow
a set of standards regulated by the ASTM, this in order that the data obtained are more
accurate.

Keywords – Stress, strain, Young's modulus, Elasticity, Creep.

Alejandro Corredor Rodríguez: [email protected]. Estudiante de Ingeniería,
Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.
Brayan Camilo Casas Tangarife: [email protected]. Estudiante de Ingeniería, Facultad
de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.
Diego Armando Gutiérrez Matiz: [email protected]. Estudiante de Ingeniería, Facultad
de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.
Materiales


I. INTRODUCCIÓN
Las propiedades mecánicas de los aceros y fundiciones son influenciadas por la composición química,
producida del material, tratamiento térmico, condiciones ambientales, velocidad de calentamiento e
enfriamiento y ante todo su grado de resistencia ante las deformaciones generadas por fuerzas externas e
internas a las que debe someterse constantemente.

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Materiales Industriales I - Ensayo No. 1, Grupo 3A, Febrero de 2016, pág.1 a pág.3
Como futuros ingenieros mecánicos debemos poseer un alto conocimiento acerca de las condiciones
extremas en las cuales trabajan los materiales, en especial el acero ya que este es uno de los más utilizados
para plasmar nuestras ideas de diseño, producción, mantenimiento etc.






II. OBJETIVOS
 Determinar la resistencia de un material y su deformación ante un esfuerzo de compresión, en el
mayor de los casos siempre se realiza en metales aunque se puede realizar en cualquier material.
 Caracterizar algunas propiedades mecánicas del material (propiedades curvas de
comportamiento).
 Estudiar el comportamiento de los materiales dúctiles en especial el (acero 8620) cuando son
sometidos a carga axial de compresión.

III. MARCO TEÓRICO
Fundamentos teóricos
En general, cuando se somete un material a un conjunto de fuerzas se produce tanto flexión, como
torsión, todos estos esfuerzos conllevan la aparición la aparición de tensiones de tracción como de
compresión. Aunque en ingeniera se distingue entre el esfuerzo de compresión (axial) y las tensiones de
compresión.
Compresión
La compresión puede ser un proceso físico o mecánico que consiste en someter a un cuerpo a la
acción de dos fuerzas opuestas para que disminuya su volumen. Se conoce como esfuerzo de
compresión al resultado de estas tensiones.


Esfuerzo de compresión
El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existen dentro de un sólido
deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen En un prisma
mecánico el esfuerzo de compresión puede ser simplemente la fuerza resultante que actúa sobre una
determinada sección transversal al eje baricéntrico de dicho prisma, lo que tiene el efecto de acortar la
pieza en la dirección de eje baricéntrico. Las piezas prismáticas sometidas a un esfuerzo de compresión
considerable son susceptibles de experimentar pandeo flexional, por lo que su correcto dimensionado
requiere examinar dicho tipo de no linealidad geométrica.


.

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TERMINOLOGIA [1]

1. Pandeo: Fenómeno de inestabilidad elástica ocasionado por la compresión de un material, este
suele ocurrir por cuatro razones principales:
 La inestabilidad elástica a través de la columna o material y la no axialidad de la carga
aplicada.
 Únicamente inestabilidad a lo largo de la probeta
 Inestabilidad local, elástica o inelástica, en una porción de la probeta
 Falla torsional

2. Columna: objeto o material que posee una carga axial y que puede llegar a poseer un pandeo.

3. Esfuerzo Critico: Es el esfuerzo axial uniforme que causa el pandeo de un material, la carga critica
es calculada por la multiplicación del esfuerzo critico por la sección transversal del área.


4. Radio de Giro: Se define como la raíz cuadrada del momento de inercia dividido en la sección
transversal del área.
�=√
??????
??????

5. Ecuaciones de Pandeo: Si el esfuerzo de pandeo es menor o igual la limite proporcional del material
entonces

�=��
2
∗??????(
??????
�
)
2

Donde:
S = Esfuerzo del pandeo
Y = Modulo de Young
L= Largo columna
C = coeficiente de fijeza
p = Radio de giro


6. Módulo de Young: parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico,
dependiendo de la magnitud y la dirección de la carga.
??????=
??????
??????

Donde:
Y = Modulo de Young
ε = Deformación
σ = Esfuerzo


7. Diagrama Esfuerzo-Deformación:

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Figura1. Diagrama Esfuerzo-Deformación [2]









CONSIDERACIONES TEORICAS

A continuación, se enumeran una serie de consideraciones a tomar en cuenta en el ensayo, en estas se
explica la causa de que los resultados obtenidos en el ensayo posean cierto errores o inexactitudes [3]:

1. La dificultad de aplicar una carga verdaderamente concéntrica o axial.

2. El carácter relativamente inestable de este tipo de carga en contraste con la tracción. Existe siempre
una tendencia al establecimiento de cargas flexionantes ya que el efecto de las irregularidades de
alineación accidentales dentro de la probeta se acentúa a medida que la carga prosigue.

3. La fricción entre los puentes de la máquina de ensayo o las placas de apoyo y las superficies de los
extremos de la probeta debido a la expansión lateral de ésta. Esto puede alterar considerablemente
los resultados que se obtendrían.

4. Las áreas seccionales, relativamente mayores de la probeta para ensayo de compresión para
obtener un grado apropiado de estabilidad de la pieza. Esto se traduce en la necesidad de una
máquina de ensayo de capacidad relativamente grande o probetas tan pequeñas y, por lo tanto, tan
cortas que resulta difícil obtener de ellas mediciones de deformación de precisión adecuada.

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TAMAÑO PROBETAS

El ASTM E9 reconoce tres tipos de probetas(Figura2), que pueden ser utilizadas en la práctica, cada una
posee ciertas ventajas y desventajas, entre más corta la probeta menos precisa los datos obtenidos, pero
cuanto más larga existe mayores probabilidades de que se establezcan cargas flexionantes las cuales
afecten los resultados. Por esta razón se decidió utilizar una probeta de longitud mediana con un diámetro
de 3/8 de pulgada o 15 – 16 mm y un largo de 40 mm aproximadamente.


Figura2. Tamaño Probetas [4]







ROTULA

Es necesario utilizar una rotula para evitar posibles errores en el ensayo y por propia seguridad del
estudiante y el docente, como se puede observar en las consideraciones teóricas el objeto tiende a moverse
lateralmente, la rótula impedirá este movimiento, según la ASTM E9 la rótula debe contener una forma
parecida a la Figura3.



Figura3. Rotula [5]

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PROCEDIMIENTO INDUSTRIAL [6]

1. Medición de la Probeta: Con un micrómetro un calibrador Vernier, se tomarán las debidas
mediciones de la probeta, tanto del diámetro inicial como de su largo inicial.
2. Limpieza: Se realizará una limpieza de la probeta con acetona u otro disolvente, con el fin de limpiar
cualquier tipo de grasa o aceite.
3. Lubricación: La fricción puede afectar los resultados, por esta razón se aconseja lubricar la superficie
de la probeta.
4. Instalación de la probeta: Coloque la probeta en su respectiva rotula, alineándola de tal manera que
la probeta soporte una carga concéntrica de manera axial, además ajuste a la probeta cualquier otro
accesorio que posea la rótula.
5. Rango de Carga o Esfuerzo: Seleccione el rango de carga que desea estudiar, este rango debe ser
un tercio del valor máximo de carga supuesto.
6. Velocidad: Si la máquina de compresión posee alguna función para ajustar la velocidad, se debe
mantener una velocidad constante en un valor cercano a 0.005 m/m*min.
7. Inicio Prueba: Después de colocar y alinear correctamente la máquina, inicie el programa que
recolecta los datos e inicie la máquina, al terminar el ensayo tome los datos del diámetro final y la
longitud final de la probeta.+


REPORTE [7]

 Material Probeta
 Configuración Probeta
 Dimensiones Probeta
 Características Maquina
 Diagrama de Esfuerzo-deformación
 Módulo de Elasticidad
 Límite de Elasticidad
 Fuerza Compresiva
 Fallas y Anomalías
 Precisión





IV. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO


1)

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Siguiendo el reglamento de seguridad del laboratorio utilizamos todos los implementos necesarios para
nuestra seguridad antes de comenzar con la práctica (gafas, protectores, bata ,etc)
2)



Colocamos todas la herramientas necesarias para el ensayo a nuestra disposición (probeta, máquina de
ensayos universal, calibrador pie de rey).
3)

Realizamos las mediciones necesarias de la probeta como son diámetro y longitud.
4)

Colocamos la probeta en la máquina de ensayos universal y bajamos el fuelle móvil hasta que este haga
contacto con la probeta de esta manera podemos dar inicio al ensayo de compresión.


5)

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Al alcanzar la carga máxima de acuerdo con las instrucciones del profesor se para la máquina y se
registra cual fue el mayor dato obtenido.


6)

Se vuelve a tomar medidas de la probeta después del ensayo para observar cuanta distancia fue la que
se comprimió y observar que otros factores se alteraron.



V. RESULTADOS
Resultados
Para poder conocer cuál es el límite elástico o límite de fluencia y el módulo de Young correspondiente al
acero 8620, el cual fue el utilizado en el ensayo de compresión. Primero se realizó una tabla de los datos
obtenidos (Documento Excel Adjunto), esta contenía la carga aplicada y el desplazamiento o posición,
después se decidió graficar esta tabla obteniendo:

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Esta primera grafica a pesar de que se parece bastante a la del esfuerzo vs deformación, no corresponde
a esta, esto debido a que los valores expresados en los ejes, como se puede ver en la gráfica,
corresponden a toneladas fuerza y milímetros. Cabe resaltar que se omitieron los cuatro primeros datos
debido a que además de que eran anormales, estos no correspondían a la gráfica a causa de que era
cuando la maquina estaba empezando a operar y la probeta aún no estaba del todo acoplada,

Después de realizar la primera grafica se decidió realizar la gráfica de esfuerzo vs deformación, para esto
será necesario saber que:

??????=
�
??????
; ??????=
∆�
��

Donde:
??????=�������� ??????=������??????????????????��
�=�����?????? ∆�=�����??????�??????�??????����
??????=??????��?????? ��=??????��??????????????????�� ??????�????????????????????????�


Mediante la utilización de Excel se obtuvo otra tabla a partir de las cargas y las posiciones (Documento
Excel Adjunto), con esta tabla en la cual se aplicaban las formulas antes mencionadas, se obtuvo la
gráfica esfuerzo vs deformación:

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Esta tabla corresponde al comportamiento del material cuando se le aplica una carga en determinado
tiempo, como se puede observar se obtuvo un esfuerzo en unidades de toneladas fuerza sobre milímetro
cuadrado y la deformación en unidades adimensionales a causa de que al operar se obtiene milímetro
sobre milímetro. Con esta gráfica y con los datos obtenidos ahora si podemos determinar el limite elástico
o de fluencia y el módulo de Young.
Para hallar el límite de fluencia se utilizó el método del 0.2%, entonces se tomó dos valores de la
deformación y se les sumo un 0.002, el dato de esfuerzo se dejó igual. Con estos dos datos se trazó una
recta que era paralela a la zona elástica de la gráfica de esfuerzo vs deformación, y donde intersecara la
recta con la gráfica era donde se ubicaba el limite elástico:

El valor del límite de elasticidad o de fluencia para un acero 8620 es aproximadamente: 0.043
??????��
��
2

Con la gráfica anterior también es posible determinar el módulo de Young, como bien conocemos el
módulo de Young es la pendiente de la zona elástica de la gráfica de esfuerzo vs deformación, como la
recta que se creo es paralela a esta zona elástica quiere decir que posee la misma pendiente, por lo
tanto, se le pidió a Excel que definiera la ecuación de esta recta, procedimiento que nos arrojó como
respuesta: �=2.53�−0.0351, lo cual nos dice que el módulo de Young para un acero 8620 es 2.53
??????��
��
2


y = 2.5347x -0.0351
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0 0.010.020.030.040.050.060.070.08

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VI. CONCLUSIONES
De acuerdo a los cálculos realizados anteriormente utilizando el método del 0,2% de la deformación para
hallar el límite elástico se puede observar:
resultado
Limite
elástico
0.043
���
��
2

De acuerdo a los cálculos tenemos que el módulo de Young según la ecuación 2.53�−0.0351
resultado
Módulo
de Young
2.53
���
��
2



VII. REFERENCIAS

[1] ASTM E9, “Terminologia”, Standard Test Methods of Compression Testing of Metallic Materials at Room
Temperature, 2000.

[2] Monografías, “Diagrama Esfuerzo. Deformación”, Disponible en:
http://www.monografias.com/trabajos38/traccion-en-metales/Image10628.gif

[3] CALLE T. G., HENAO C. E., Consideraciones Teóricas, LABORATORIO DE RESISTENCIA DE
MATERIALES GUÍA DE LABORATORIO, UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, 2009.


[4] CALLE T. G., HENAO C. E., “Tamaño Probetas”, LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES
GUÍA DE LABORATORIO, UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, 2009.

[5] ASTM E9, “Rotula”, Standard Test Methods of Compression Testing of Metallic Materials at Room
Temperature, 2000.

[6] ASTM E9, “Procedimiento”, Standard Test Methods of Compression Testing of Metallic Materials at
Room Temperature, 2000.

[7] ASTM E9, “Reporte”, Standard Test Methods of Compression Testing of Metallic Materials at Room
Temperature, 2000.