6. Ensayos

Con objeto de conocer la idoneidad de un material para una determinada aplicación, o si va a soportar determinados esfuerzos, solicitaciones o cargas, debemos valorar, o más bien, cuantificar las anteriores propiedades mecánicas.
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Las propiedades mecánicas se cuantifican con exactitud mediante ensayos.


Para realizar un ensayo se toman muestras del material en cuestión a las que llamaremos probetas, y se someten a distintas pruebas o ensayos y a partir de éstos y de sus resultados podremos:
  • Conocer las propiedades de los materiales, la influencia de su composición química o de los tratamientos a que se han sometido.
  • Predecir el posible comportamiento que tendrá un determinado material.
  • Identificar posibles causas de fallo en servicio y procurar poner los medios para evitar los fallos.
  • Seleccionar los materiales más idóneos para usos concretos.
Ensayo de tracción
Analiza el comportamiento de un material ante un esfuerzo progresivo de tracción hasta su rotura.

Para ello se somete a una probeta de un material, de dimensiones normalizadas, a un esfuerzo progresivo. Ésta va aumentando de longitud (alargamiento unitario ε= Δl/lo) mientras su sección se va reduciendo, estricción, hasta que llega un momento en que la probeta se rompe.

Estado de la probeta en el inicio de un ensayo de tracción.

Finalización del ensayo de tracción con la rotura de la probeta.
Imagen 49. Wikimedia. Creative Commons.
 Imagen 50. Wikimedia. Creative Commons.
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En esta página tienes la información de cómo se desarrolla un ensayo de tracción (fíjate que hay tres partes).

En ella aparece de forma esquemática la máquina de ensayos, las probetas utilizadas, y la gráfica obtenida para interpretar los resultados del ensayo.

No hace falta que te pares mucho en las expresiones matemáticas, porque eso lo trabajarás el curso que viene.

 

http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/materiales/materials3.html


Ensayo de compresión
 
Estudia el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo progresivo de compresión, hasta que éste se rompe por aplastamiento.

Probeta de material pétreo sometido a compresión.

Imagen 51. Wikimedia. Creative Commons
Ensayo de cortadura o cizalladura

Analiza el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo progresivo de cortadura hasta conseguir la rotura por deslizamiento en la sección de cortadura.

Ensayo de flexión

Estudia el comportamiento de un material apoyado en sus extremos y sometido en su parte central a un esfuerzo progresivamente creciente, comprobando la deformación producida en él, flecha.

Inicio de un ensayo de flexión. La probeta no ha sufrido ninguna deformación.
Fin de un ensayo de flexión. La probeta ha sufrido una gran deformación.
Imagen 52. ONI escuelas. Creative Commons.
 		Imagen 53. ONI escuelas. Creative Commons.
A mayor fuerza aplicada, mayor deformación
A mayor longitud del estante, mayor deformación
Imagen 54. Kalipedia. Creative Commons. Imagen 55. Kalipedia. Creative Commons.
Ensayo de pandeo

Analiza un material esbelto al que se somete a un esfuerzo de compresión progresivamente creciente, hasta conseguir su flexión lateral o pandeo.

En la fotografía se pueden ver distintas deformaciones que puede sufrir un material sometido a pandeo

Probeta sometida a pandeo
Imagen 56. Isftic. Creative Commons
Ensayo de torsión

Analiza el comportamiento de un material sometido a esfuerzos de torsión progresivos hasta alcanzar su rotura.

Ensayo de resiliencia
El ensayo de resiliencia consiste en romper una probeta de un material mediante un único impacto de un péndulo de una masa determinada.
La resiliencia será el cociente entre el trabajo realizado y la sección de rotura.
Para la realización de este ensayo, reproducido en el esquema, se emplea un péndulo Charpy como el que vemos a continuación.
Detalle del elemento que impacta sobre la probeta en el péndulo Charpy.
Esquema de un péndulo Charpy y de la probeta utilizada en el ensayo.
Imagen 57. Wikimedia. Creative Commons. Imagen 58. Wikimedia. Creative Commons
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Aquí te explican cómo se desarrolla un ensayo de resiliencia. Verás también cómo son las probetas utilizadas.

http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/materiales/materials6-1.html


Ensayo de dureza

 

Sobre la superficie del material a ensayar se aplica una fuerza mediante un durómetro o penetrador, obteniéndose la dureza mediante el cociente entre la carga aplicada y la superficie de la huella que queda sobre el material.

Existen varios métodos de ensayos de dureza que se diferencian por la forma del penetrador y por la distinta carga aplicada:

  • El ensayo Rockwell.
  • El ensayo Brinell, emplea una bola de acero extraduro.
  • El ensayo Vikers utiliza una pirámide de base cuadrada de unas dimensiones determinadas.


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Aquí tienes una explicación clara de los ensayos de dureza.

Están perfectamente explicados los distintos penetradores usados en el ensayo, que es lo que lo caracteriza.

http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/materiales/materials6-2.html


Otros ensayos tecnológicos

Se pueden realizar también una serie de ensayos tecnológicos para tratar de predecir que comportamiento tendrán los materiales ante este tipo de exigencias en los procesos de fabricación, y así habrá ensayos de plegado, de embutición, de forjado, de fatiga…

 

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La fatiga es la condición por la que un material se agrieta progresivamente, pero de forma súbita, como resultado de la repetición de cargas.

Como curiosidad mostramos dos imágenes de un pistón, separadas por tan sólo treinta y dos segundos. En la primera el pistón está en condiciones normales de uso, y en la segunda el pistón que ya ha fallado por fatiga.

Pistón en condiciones normales de funcionamiento.
Pistón con rotura por fatiga.
Imagen 59. Univ. Simón Bolívar. Creative Commons.
 		Imagen 60. Univ. Simón Bolívar. Creative Commons.

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Cualquier aspecto de un ensayo tecnológico está normalizado.

Las normas UNE recogen desde la forma y dimensiones de la probeta, hasta los rangos de las cargas aplicadas.

Por ejemplo , en el caso de un ensayo a tracción, la norma UNE 7282 nos determina cómo debe realizarse la preparación de las probetas, la UNE 7262-73 las tolerancias en su mecanizado y la UNE 7010 sus dimensiones.


AV - Pregunta de Selección Múltiple
Las probetas son:
La muestra del material con la que probamos su comportamiento frente a diferentes esfuerzos.
La muestra con que se realiza el ensayo de tracción.
La muestra con que se realiza el ensayo de resiliencia.



Los ensayos nos sirven para:
Conocer las propiedades de los materiales.
Seleccionar el material más adecuado para una determinada aplicación.
Evitar que un material falle.



En los ensayos:
Aplicamos una carga progresiva hasta que el material rompe.
Aplicamos una carga cíclica hasta que el material rompe.
Aplicamos una carga puntual hasta que el material rompe.



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