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PRUEBAS Y ENSAYOS DE MATERIALES 1.- NORMATIVIDAD PARA PRUEBAS DE MATERIALES 1.1.- CONCEPTOS FUNDAMENTALES : La industria moderna ha cimentado su desarrollo en un conjunto de reglas que determinan las características que deben cubrir los materiales, los productos, la maquinaria o los procedimientos. Dichas reglas implementadas adecuadamente, constituyen los estándares o normas industriales, cuya aplicación ha sido factor determinante del desarrollo científico y tecnológico, solo alcanzado por algunos países de nuestro planeta. Las normas establecen con precisión el reconocimiento de calidad, estimulando la confianza del consumidor, dan prestigio al fabricante, fomentan la organización de estructuras sólidas para el incremento de una producción masiva, simplificando los procesos y aumentando la eficiencia del trabajo, reducen los costos y aumentan los beneficios. En general se dice que una norma (una regla) es la que determina dimensiones, composición y demás características que debe poseer un material producto u objeto industrial; establecido de común acuerdo con la autoridad gubernamental competente y los principales usuarios. La cual se usará como base comparativa durante un tiempo determinado. 1.2.- NORMAS :

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PRUEBAS Y ENSAYOS DE MATERIALES

1.- NORMATIVIDAD PARA PRUEBAS DE MATERIALES

1.1.- CONCEPTOS FUNDAMENTALES:

La industria moderna ha cimentado su desarrollo en un conjunto de reglas que determinan las caractersticas que deben cubrir los materiales, los productos, la maquinaria o los procedimientos.

Dichas reglas implementadas adecuadamente, constituyen los estndares o normas industriales, cuya aplicacin ha sido factor determinante del desarrollo cientfico y tecnolgico, solo alcanzado por algunos pases de nuestro planeta.

Las normas establecen con precisin el reconocimiento de calidad, estimulando la confianza del consumidor, dan prestigio al fabricante, fomentan la organizacin de estructuras slidas para el incremento de una produccin masiva, simplificando los procesos y aumentando la eficiencia del trabajo, reducen los costos y aumentan los beneficios.

En general se dice que una norma (una regla) es la que determina dimensiones, composicin y dems caractersticas que debe poseer un material producto u objeto industrial; establecido de comn acuerdo con la autoridad gubernamental competente y los principales usuarios. La cual se usar como base comparativa durante un tiempo determinado.

1.2.- NORMAS:

A.I.S.I., A.S.M.E., A.S.T.M., A.W.S., D.I.N., S.A.E., A.S.N.T., D.G.N.

En los Estados Unidos de Amrica se establecieron las bases para el desarrollo industrial por medio de asociaciones o sociedades, las cuales son agrupaciones cientficas y tcnicas de profesionales. Cientficos expertos que a travs de comits o grupos de trabajo desarrollan las normas, teniendo por objetivo suministrar los conocimientos, experiencias y habilidades de sus miembros relativas a los materiales, productos, componentes, sistemas, servicios y mltiples actividades, de tal manera que resulten efectivamente tiles a la industria, gobierno, instituciones educativas, profesionales y pblico en general, a travs de acciones cooperativas y especializadas.

A continuacin mencionaremos algunas:

A.I.S.I.- (American Iron and Steel Institute) Instituto Americano del Hierro y el Acero.

A.S.M.E. - (American Society of Mechanical Engineers) Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos.

A.S.T.M.- (American Society of testing Materials ) Sociedad Americana para prueba de Materiales.

A.W.S.- (American Welding Society) Sociedad Americana de soldadura.

S.A.E.- (Society American of Engineers) Sociedad Americana de Ingenieros.

N.E.M.A.- (Nacional Electrical Manufacturers) Asociacin Nacional de Fabricantes de Aparatos Elctricos.

A.N.S.I.- (American Nacional Standars Institute ) Instituto Nacional Americano de Estndares.

1.2.1.- DEPENDENCIAS NACIONALES E INTERNACIONALES Debido a la necesidad de producir materiales, equipos de la mejor calidad que sean competitivos mundialmente. Cada pas cuenta con un departamento Gubernamental de Normalizacin como ejemplos tenemos:

D.G.N.- Direccin General de Normas MEXICO

A.N.S.I.- Instituto Nacional Americano de Estndares EE.UU.

D.I.N.- Normas Industriales de Alemania ALEMANIA

A.B.N.T.-Asociacin Brasilea de Normas Tcnicas BRASIL

N.C.- Direccin de Normas y Metrologa CUBA

B.S.- Instituto Britnico de Estndares INGLATERRA

E.N.- Comit Europeo de Normalizacin EUROPA

A nivel mundial tenemos varias Organizaciones y/o Comisiones, como:

I.S.O.- Organizacin Internacional de Estandarizacin IEC.- Comisin Electrotcnica Internacional CEE.- Comunidad Econmica Europea COPANT.-Comisin Panamericana de Normas Tcnicas CODEX.- Comisin de Codex Alimenticios . 1.2.2.- N. O. M. (Norma Oficial Mexicana).

La DGN de la secretara de Industria y Comercio de Mxico, emite las normas y recomendaciones para los fabricantes y usuarios; adems cualquier fabricante de algn producto puede conseguir un nmero NOM, con el cual se indica que el material o producto cubre una serie de normas. El ostentar el nmero NOM incrementa la confiabilidad del usuario al adquirir dicho producto.

En Ingeniera especialmente en Mecnica se pueden utilizar las normas NMX (Norma Mexicana). Todas las normas contienen las siglas iniciales seguida de un guin con una letra mayscula, seguida de un guin y un nmero progresivo continuo, con un guin y el ao en que se emite, y/o actualiza.

1. NORMA INDUSTRIAL.

2. NORMA DE PROCESO.

3. NORMA DE MATERIAL.

4. NORMA DE CALIDAD.

5. NORMA DE SEGURIDAD.

6. NORMA DE DIBUJO, ETC.

1.2.3.- A.S.T.M. (Sociedad Americana para el Ensaye de Materiales).

De gran inters e importancia para quienes efectan ensayos o inspeccin de materiales; la ASTM desempea doble funcin.

a) Normalizacin de las especificaciones y los mtodos de prueba o ensaye de los materiales, los cuales se realizan por comits permanentes.

b) Mejoramiento de los materiales de Ingeniera, la cual se logra a travs de investigaciones de comits y miembros individuales, los resultados obtenidos se hacen pblicos en la revista de la asociacin.

1.2.4.- I. S. O. (Organizacin Internacional de Estndares).

La DGN pertenece a esta organizacin y toda la documentacin que emite ISO puede ser adaptada por el pas. En Mxico la DGN adapto las normas ISO 9000 y les puso el distintivo NMX -CC - nmero progresivo - ao de emisin y las siglas IMNC.

2.- ENSAYOS DESTRUCTIVOS:

OBJETIVO.

Son aquellos que sirven para determinar las propiedades y caractersticas de un material sometidos en algunos casos hasta su ltima resistencia. Estos ensayos se dividen en dos grupos:

a) Estticos. b) Dinmicos.

ENSAYOS ESTATICOS.

Estos son:

Dureza. Tensin. Compresin. Flexin. Torsin.

ENSAYOS DINAMICOS.

Los ensayos dinmicos se caracterizan por tener un movimiento para desarrollar la prueba o ensayo, los cuales son:

Dureza. Impacto Fatiga.

2.1.- DUREZA.

PRINCIPIOS. Cualidad de la materia que tiene que ver con la solidez y firmeza del material

DEFINICIN. Es la propiedad que tienen los materiales de resistirse a ser rayados o penetrados. Esta propiedad no constituye una caracterstica especfica de los materiales sino que est ntimamente ligada con las propiedades elsticas y plsticas.

OBJETIVO. Ensayo para determinar una caracterstica del material por medio de una muestra.

2.1.1.- EQUIPOS Y MATERIALES DE PRUEBA.

DUROMETROS.

Existe gran variedad en lo que respecta a durmetros porque los hay para probar polmeros, cermicos, metales y materiales compuestos.

El Durmetro tipo A-2 se usa para probar hule y plsticos suaves.

El tipo D para probar hules y plsticos duros.

Estos durmetros difieren principalmente por el punto de penetracin, la magnitud de la carga aplicada al penetrador por medio de un resorte calibrado.

El durmetro tipo D tiene el penetrador ms agudo y ms fuertemente cargado, el resorte que acciona la penetracin de la punta.

La dureza obtenida con estos durmetros es una medida de la profundidad de penetracin; La cual vara desde 100 para una penetracin 0 dependiendo de la profundidad de penetracin la dureza se indicar automticamente en la escala de la cartula;

La mxima penetracin es de 100 milsimas.

Existen durmetros para Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop y Shore.

El ensayo de dureza se puede aplicar en la maquina universal de 5 toneladas, as mismo se pueden efectuar el de tensin, compresin, corte y embutido, instalando los dispositivos adecuados para cada ensayo.

DISPOSITIVOS DE MEDICIN. Para el ensayo de Brinell se usa el microscopio porttil de 20x, con una legibilidad de 0.01mm., para medir el dimetro de la huella que deja el penetrador sobre la superficie de la probeta.

MATERIALES DE PRUEBA. El ensayo se puede aplicar a materiales ferrosos, no ferrosos, aleaciones por ejemplo:

* Hierro maleable. * Zinc. * Aceros. * Bronce fosforado. * Aluminio. * Cobre al berilio. * Cobre. * Plomo, etc.

El espesor de la probeta debe cumplir lo especificado en la norma que es: en la superficie opuesta al ensayo no deben aparecer huellas u otras marcas, por lo tanto es espesor debe ser cuando menos 10 veces la profundidad de la huella. La distancia del centro de la huella a la orilla de la probeta debe ser cuando menos 3 veces el dimetro de la misma.

Las caras de la probeta deben ser paralelas. Una de las caras de la probeta debe de estar pulida con un material de tipo fino, con el fin de evitar malos ensayos por impurezas.

- La prueba debe ser realizada a un mnimo de tres veces el dimetro de la huella de separacin de cada lado de la probeta (figura 1).

- La probeta deber tener un ancho mnimo de 10 veces la profundidad de la huella (Figura 2).

- La separacin entre las huellas de diferentes ensayos deber ser de un mnimo de dos veces el dimetro de la huella (figura 3).

La probeta que usaremos son de las dimensiones siguientes 50 x 50 x 10 mm.

2.1.2.- PROCEDIMIENTOS Y METODOS DE PRUEBA.

El ensayo de dureza comnmente se aplica a metales y a cualquier otro tipo de material por lo tanto se clasifican en tres grupos:

Burdo Rebote. Penetracin.

a).- Burdo. Este mtodo se subdivide en rayado, esmerilado, corte, limado y acstico.

METODO DE RAYADO.

Es para determinar la resistencia que opone un material usando diferentes minerales o polvos; este mtodo tambin se conoce como rasguo de la escala de MOHS establecido en 1882. La escala mineralgica est formada por 10 materiales que van del ms suave al ms duro, los minerales ocupados fueron numerados en la forma siguiente:

1. Talco laminar. 2. Yeso cristalizado. 3. Calcio. 4. Fluorita (Espato flor). 5. Apatita. 6. Feldespato. 7. Cuarzo. 8. Topacio. 9. Corindn (Zafiro). 10. Diamante.

MTODO DE ESMERILADO.(Ensayo de chispa)

La prueba de la chispa producida por una muela, usando materiales ferrosos (aceros y fundiciones) el cual consiste en tomar una muestra del material que se requiere conocer su dureza, pasndolo sobre la piedra de esmeril o contra la piedra de esmeril, la chispa puede ser de diferente coloracin, intensidad y forma; en funcin de la dureza ser la cantidad del material arrancado. En este proceso impera la experiencia de la persona que lo efecta, en algunos casos se tienen contratipos de materiales ya analizados que sirven de referencia.

MTODO DE CORTE

Si sometemos un material a un esfuerzo de corte, este opondr una resistencia que depender de la dureza de dicho material. Entre ms duro mayor resistencia opondr (no olvide que el espesor del material tambin influye).

MTODO ACUSTICO

Por medio del sonido se puede comprobar la dureza de un material. Entre ms elevado o ms agudo es el sonido del material al golpearlo con otro, ser mayor la dureza de dicho material.

b).- Ensayo de dureza dinmico.

Los primeros ensayos de dureza dinmica fueron los de RODMAN, el experimento con un penetrador piramidal en 1881. Investigaciones posteriores se llevaron a cabo utilizando un pequeo martillo con extremo esfrico comprobando los ensayos de RODMAN. El escleroscopio de SHORE probablemente el dispositivo ms utilizado de tipo dinmico, en el cual el rebote del baln determina la dureza del material.

c).- Dureza de penetracin. (Ensayos estticos de dureza por indentacin).

Es el ms empleado en la industria actualmente y se basa en la medicin de una huella que produce un penetrador al incidir sobre la superficie de un material bajo una carga determinada. Estos ensayos son Brinell, Rockwell, Vickers y KNOOP.

2.1.3.- MACRODUREZA.

Los ensayos considerados son Brinell y Rockwell debido al tamao de la huella que se produce al incidir el material con el penetrador.

2.1.3.1.- BRINELL

Este mtodo fue creado por el ingeniero Juan Augusto Brinell en 1900.

Consiste fundamentalmente en oprimir una esfera de acero endurecido contra una probeta manteniendo la carga durante un tiempo determinado, de acuerdo con la norma Mexicana: NMX - B - 116- 1996 SCFI.-Industria siderrgica.- Determinacin de la dureza Brinell en materiales metlicos. Mtodos de prueba. (ASTM E 140 - 1988).

La norma nos indica que para una prueba estndar, se debe de usar una esfera de 10 mm de dimetro, con una carga de 3000 Kg para metales duros y un tiempo de aplicacin de 10 a 15 segundos.

As mismo la norma considera otros materiales regulando aplicar 1500 kg para metales de dureza intermedia y 500 kg. Para metales suaves.

Los rangos de dureza para cargas que indica la norma son:Dimetro de la esfera (mm)Carga (kgf)Rango Recomendado (DB)

10300096 600

10150048 300

1050016 100

La carga "P" nunca debe exceder a 3000 kg. Esta se usar para materiales duros (Acero): la de 1 500 kg. Para materiales de dureza intermedia (cobre): la de 500 Kg. para materiales suaves (magnesio). La norma nos indica hacer cinco ensayos distribuidos al azar y en el punto 3.2.2. Indica que la prueba de Brinell no se recomienda para materiales que tengan una dureza mayor a 630 DB. Adems contiene tablas con tres columnas que indican 3000, 1500 y 500 Kgf y por rengln indican de 2.00 mm a 6.99 mm el dimetro de la huella (estos nmeros del dimetro van incrementndose cada centsima de milmetro por lo tanto se tienen cubiertos todos los nmeros de dureza.

Tiempos recomendados en ESIME para ensayos en diferentes materiales:

A).- Materiales Duros (acero y hierro) de 10 a 15 segundos como mnimo. 3000 kg. B).- Materiales Semiduros (metales no ferrosos) de 30 a 45 segundos. 1500 kg. Cobre, Bronce C).- Materiales Suaves (magnesio y aluminio) de 120 a 180 segundos. 500kg.

El penetrador es de carboloy (Carburo de tungsteno) en tres dimetros l0, 5, 2.5 mm.

2.2.- TENSION

El ensayo es para determinar las propiedades de un material por medio de una muestra, en la cual se busca determinar hasta su ltima resistencia implicando con esto su deterioro o destruccin.

2.2.1.- CURVA DE CARGA Y DEFORMACIN NOMINAL

La diferencia entre la curva carga-deformacin y una curva esfuerza-deformacin es que en la primera usamos directamente para graficar la carga aplicada por la maquina en kilogramos.

Y en la segunda el esfuerzo que se obtiene considerando el rea de la muestra probada y se grafican los datos kg/cm2. En ambas curvas se consideran las deformaciones.

Curva Esfuerzo -Deformacin Nominal (Kg/cm-mm)

E = Limite Elstico F = Punto de Fluencia CedenciaG = Carga mxima H = Punto de Ruptura

SECCION OELa lnea recta que indica el alargamiento proporcional a la carga aplicada. Entre estos lmites la pieza recuperara su tamao y forma original cuando se retire la carga, por esto la zona se llama elstica.

SECCION EF

Muestra un alargamiento grande en comparacin a la carga aplicada la zona se le denomina dctil. En el punto F llamado de fluencia o cedencia nos indica que cargas adicionales causaran deformaciones mayores hasta que llegue al punto mximo de carga que es el G.

SECCION FG

Representa la zona plstica. Al rebasar el punto G que representa la carga mxima o esfuerzo mximo se presentara la estriccin (cuello de botella). La probeta sufre mayor deformacin aunque la carga decrece automticamente debido a que no encuentra resistencia, la deformacin es heterognea hasta llegar a la ruptura H.

2.2.2.- DEFORMACIN ELASTICA Y PLASTICA

Cuando se aplica una fuerza a una probeta los enlaces entre los tomos se estiran, el material Se alarga. Cuando se retira la fuerza, los enlaces regresan a su longitud y la probeta recobra su tamao normal, esta deformacin se denomina elstica. Si incrementamos la fuerza, el material se comporta de manera plstica, esto es, se producen dislocaciones y ocurre un deslizamiento por lo tanto al retirar la fuerza, el material ya no recobra sus dimensiones, y forma original; esto es deformacin plstica (permanente).

2.3.- COMPRESION

Este trmino se define como el trabajo que se debe desarrollar para aproximar las partculas del material sometido a la prueba o ensaye en la cual una probeta es sometida a una carga mono axial gradualmente creciente (casi esttica) hasta que ocurre la falla o se llega a la condicin deseada por lo que respecta a el sentido y direccin de la fuerza de compresin es meramente contraria a la tensin. Existen varios factores que se toman en cuenta para seleccionar el ensaye de comprensin, las ms importantes son:

A) La conveniencia del material para comprobarse bajo un tipo de carga dado, B) La diferencia de las propiedades del material bajo las cargas de tensin o compresin. C) La dificultad y complicaciones para la sujecin o apoyos de los extremos de la pieza a ensayar.

Nota: En compresin: estamos uniendo o acercando las partculas de la probeta Cold Roll (rolado en fri, es un proceso de fabricacin)

Generalmente los materiales frgiles son los que se ensayan a compresin. Los materiales ferrosos y no ferrosos sus propiedades mecnicas son simplemente las mismas que las de la compresin y la tensin.

Las limitaciones especiales para iniciar el ensayo de compresin son:

1) La dificultad de aplicar la carga verdaderamente concntrica y axial.

2) El carcter relativamente inestable de este tipo de carga en contraste con la carga de tensin.

3) La friccin entre los puentes de las mquinas de ensaye o las placas de apoyo y la superficie de los extremos de la probeta debido a la expansin lateral de esto.

4) Las reas seccionadas relativamente mayores de la probeta para obtener un grado apropiado de la estabilidad de la pieza.

2.3.1.- PROBETAS PARA ENSAYO

Las probetas para ensayo de compresin son piezas pequeas de madera deben estar limpias, libres de nudos y la fibra debe de ser en un caso paralela a la carga y en otro caso perpendicular a esta normalmente se usa 2 x 2 x 8cm con la fibra paralela con la carga. Para ensayos con fibras perpendiculares a la carga las probetas son 2 x 2 x 6cm. La carga se aplica a travs de una placa metlica de 2 de ancho colocadas sobre el canto superior de la carga o a distancias iguales de los extremos colocndola con el Angulo recto respecto a la probeta, la resistencia a la compresin de ladrillo para construccin, se determina utilizando medio ladrillo con la superficie plana (la mayor) paralela a la placa (ensaye acostado) (ASTM C - 67).

2.4.- FLEXION

2.4.1.- HIPOTESIS DE FLEXION

Primera hiptesis: es un elemento sometido a flexin dentro del lmite elstico, en el cual se mantiene en un plano antes y despus de la flexin. Segunda hiptesis: todos los materiales son perfectamente homogneos e istropos, (isotropa: es la caracterstica de los materiales de tener las mismas propiedades en todas direcciones con un mdulo elstico igual en tensin y en compresin).

2.4.2.- CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Si tenemos un elemento sobre el cual actan unas fuerzas de tal manera que tiendan a inducir esfuerzos compresivos sobre la parte superior y sobre la parte inferior esfuerzos tensivos o de tensin de dicho elemento se comprender que est sometido a flexin. Se deben analizar los esfuerzos mximos dentro del lmite elstico.

FALLAS EN FLEXION

Para el hierro fundido y para el concreto simple las fallas que se presentan son siempre de manera sbita.

Las fallas de vigas de concreto armado pueden ser:

1. Falla del acero, debido a los esfuerzos sobre el punto de cedencia resultante en las grietas verticales sobre el lado tensado de la viga.

2. La falla del concreto en compresin que se presentan en las fibras ms alejadas del eje neutro.

3. Las fallas del concreto por tensin diagonal debido a los esfuerzos cortantes excesivos que resultan en la formacin de grietas que descienden diagonalmente hacia las reacciones tornndose frecuentemente horizontales justamente arriba del armado principal en las vigas de claro simple. Las fallas en vigas de madera son:

1. Pueden fallar en compresin directa a la superficie cncava.

2. Pueden romperse a tensin sobre la superficie convexa.

3. Pueden fallar por la flexin lateral de las fibras, actuando como columpio.

4. Pueden fallar por esfuerzo cortantes horizontales a lo largo de la fibra, cerca del eje neutro. Este tipo de fallas es sbito, es muy comn en la madera de tamaos estructurales (madera desecada).

5. Puede fallar en compresin perpendicular a la fibra en los puntos de carga concentrada.

2.5 IMPACTO

2.5.1.- PRINCIPIOS Y OBJETIVOS

Actualmente tenemos estructuras, equipos y maquinaria las cuales estn sometidas a cargas dinmicas que involucran adems esfuerzos de impacto. Un tipo de carga dinmica es aquella que se aplica sbitamente, como es el caso del impacto de una masa en movimiento.

Qu ocurre al producirse un impacto?

Cuando un cuerpo a velocidad determinada golpea, se produce una transferencia de energa, esta produce un trabajo en las partes que recibi el golpe.

La mecnica del impacto adems de abarcar los esfuerzos inducidos, toma en cuenta la transferencia, absorcin y la disipacin de energa.

La energa de un golpe puede absorberse de la siguiente manera:

a) A travs de la accin friccional de las partes b) A travs de la deformacin plstica de los miembros o partes del sistema c) A travs de los efectos de inercia de las partes en movimiento

2.5.2.- PROBETA PARA IMPACTO

Cuando se realizan ensayos de impacto con aceros de alto y mediano contenido de carbono se pueden emplear probetas sin ranura debido a que se rompen con facilidad al recibir el golpe porque son frgiles. Para lograr que se fracturen las probetas se recomienda se ranuren en la forma siguiente:

a) Con entalladuras (muesca) en forma de "V" que se usa en probetas de materiales fibrosos, dctiles y algunos materiales frgiles.

Acot: mm

b) La entalladura en forma de u se efecta en materiales considerados de dureza media o mayor.

c) La entalladura en forma de ojo de cerradura se efecta en materiales sintticos como plsticos, acrlicos, (materiales polimricos).

El efecto de la ranura es conectar los esfuerzos en su raz e inducir patrones de esfuerzos axiales que limitan el flujo plstico e incrementan el limite elstico del material debido a que la mayor parte de energa de ruptura es absorbida en una sola regin de la pieza originando una fractura de tipo quebradiza.

La tendencia de un material dctil es de comportarse como un material frgil, al romperse la probeta ranurada, a esto se le denomina" sensibilidad de ranura de los materiales".

2.5.3.- ENSAYOS DE IMPACTO CHARPY E IZOD

Son los mtodos ms comnmente usados, en ambos se emplea el pndulo y las probetas ranuradas. La diferencia es que Charpy, la probeta la apoya en un yunque, como una viga simplemente apoyada y en el mtodo Izod, la probeta se coloca como una viga en cantiliver.

Generalmente las mquinas para ensayo de impacto utilizan los siguientes elementos:

W = peso del pndulo 19.31 kg. = ngulo inicial (Charpy = 160.5) (Izod = 80.3) = ngulo de elevacin H = altura de cada del centro de gravedad del pndulo h = altura de elevacin del centro de gravedad del pndulo R = distancia del centro de gravedad Del pndulo a eje de rotacin cero.

El ensaye de impacto es de tipo dinmico en el cual se golpea y se puede llegar a la ruptura mediante un golpe dado a una probeta seleccionada, la cual debe ser maquinada y pulida superficialmente, usualmente ranurada. Por lo tanto la prueba de impacto se define como: la energa necesaria para romper una barra prueba por una carga con impulso. Que no es otra cosa que indicio de la tenacidad de un material sometido a la carga de choque. Tambin se define como el choque de dos materiales dejando en el material sometido a prueba una huella. Generalmente el ensayo de impacto se efecta mediante el uso de una pieza que cae (se conoce la masa de la pieza o de un pndulo oscilante o un votante rotatorio). En algunos ensayos se produce la fractura con un solo golpe, en otros se emplean varios golpes. Un pndulo pesado inicia con una altura (H), gira describiendo un arco golpeando a la probeta, la rompe y contina su giro alcanzando una elevacin menor final (h). Conociendo la posicin inicial, la elevacin final y el ngulo del pndulo se calcula la diferencia de energa potencial; esta diferencia es la energa absorbida por la probeta durante su ruptura.

2.6.- TORSION

2.6.1.- GENERALIDADES

Cualquier vector momento que sea co-lineal con un eje geomtrico de un elemento mecnico se llama vector de momento torsinante debido a que la accin de tal carga hace que el elemento experimente una torcedura alrededor o con respecto a ese eje. Una barra sometida a tal momento se dice que est en torsin.

En la figura se muestra un momento torsionante T aplicado a una barra mostrado el sentido. Los vectores Momento torsionante se representan con las flechas mostradas en el eje X. El ngulo de torsin de una barra de seccin circular se calcula con la siguiente formula:

= TL /GJ

En donde: = ngulo de torsin (rad) T = momento torsionante (kg - cm) L = longitud de la barra (cm) G = mdulo de rigidez (Kg./cm2) J = momento polar de inercia del rea transversal (cm4)

El momento torsionante "T" se calcula considerando el valor de la fuerza y el radio.

T=FR

El mdulo de rigidez "G" se calcula considerando el mdulo de elasticidad "E" por una constante de valor de 0.385:

G = 0.385 E

2.6.2.- ELEMENTOS CONCEPTUALES

Para el anlisis de torsin se consideran las siguientes hiptesis:

a) Sobre la barra acta un momento de torsin puro y las secciones transversales analizadas estn alejadas del punto de aplicacin de la carga y de un cambio de dimetro.b) Las secciones transversales adyacentes, originalmente planas y paralelas, permanecen en este estado despus de la torsin; adems toda la lnea radial permanece recta.c) El material cumple con la ley de Hooke. d) Conociendo las deformaciones en el rango elstico al disear una pieza que se someter a torsin; se tomara como mximo el esfuerzo de fluencia.

2.7.- TERMOFLUENCIA

La deformacin plstica a altas temperaturas se le conoce como termofluencia. En ciertas aplicaciones, como turbinas de vapor en plantas termoelctricas, motores de aviones a reaccin y cohetes, hornos de fundicin y reactores nucleares, por ejemplo, los materiales que estn expuestos a temperaturas extremadamente altas. En el caso de los metales, la influencia de la temperatura se basa en la Tf la temperatura absoluta de fusin. Cuando la temperatura es del orden de 0.3 a 0.6 Tf o mayor, los movimientos de los tomos inducen una deformacin muy lenta, llamada termo fluencia, si el material esta sometido a esfuerzos. Esta deformacin termina por causar problemas dimensinales en la estructura o componente, los cuales provocan mal funcionamiento falla. Si permanece sometidos a esfuerzos a temperaturas altas, el material se romper o fracturara finalmente. La Tf tambin se utiliza en las cermicas cristalinas puras. Sin embargo, en la prctica la mayora de las cermicas son de mltiples componentes y no tienen una temperatura de fusin definida. La medida de la capacidad refractaria es el cono pirmetro equivalente o el punto de reblandecimiento: la temperatura a la que un cono de cermica estndar de la cermica estudiada se reblandece o dobla. En el caso de los vidrios, el punto de reblandecimiento es la temperatura a la que el vidrio se deforma por efecto de su propio peso. Cuando se trata de polmeros se utiliza la Tv, (temperatura de transicin vtrea) o la temperatura de desviacin con carga TDCC. Esta segunda temperatura es relativamente baja, de tal manera que, a temperatura ambiente, los polmeros y plsticos presentan una importante termofluencia,

ENSAYO DE TERMOFLUENCIA.

Se aplica un esfuerzo constante a una probeta calentada a alta temperatura. En cuanto se le aplica el esfuerzo, la probeta se deforma elsticamente una pequea cantidad, inicio de la primera etapa. Para determinar el comportamiento de un material se hace aplicando una carga axial constante, normalmente en forma de tensin, a una barra o muestra cilndrica del material.

Representacin de las etapas de un ensayo de termofluencia.