PRUEBAS MECÁNICAS

2. Compresión
3. Dureza
   Brinell
4. Dureza
   Rockwell

PRÁCTICA
1

TENSIÓN

Fundamentos teóricos

Propiedades mecánicas de los materiales

En ingeniería se necesita saber cómo
responden los materiales sólidos a fuerzas externas como
la tensión, la compresión, la torsión, la
flexión o la cizalladura. Los materiales sólidos
responden a dichas fuerzas con una deformación
elástica (en la que el material vuelve a su tamaño
y forma originales cuando se elimina la fuerza
externa), una deformación permanente o una
fractura.

La tensión es una fuerza que tira; por ejemplo,
la fuerza que actúa sobre un cable que sostiene un peso.
Bajo tensión, un material suele estirarse, y recupera su
longitud original si la fuerza no supera el límite
elástico del material . Bajo tensiones mayores, el
material no vuelve completamente a su situación original,
y cuando la fuerza es aún mayor, se produce la ruptura del
material.

La Elasticidad
propiedad de
un material que le hace recuperar su tamaño y forma
original después de ser comprimido o estirado por una
fuerza externa. Cuando una fuerza externa actúa sobre un
material causa un esfuerzo o tensión en el interior del
material que provoca la deformación del mismo. En muchos
materiales, entre ellos los metales y los
minerales, la
deformación es directamente proporcional al esfuerzo. Esta
relación se conoce como ley de Hooke,
así llamada en honor del físico británico
Robert Hooke, que fue el primero en expresarla. No obstante, si
la fuerza externa supera un determinado valor, el
material puede quedar deformado permanentemente, y la ley de
Hooke ya no es válida. El máximo esfuerzo que un
material puede soportar antes de quedar permanentemente deformado
se denomina límite de elasticidad.

La relación entre el esfuerzo y la
deformación, denominada módulo de elasticidad,
así como el límite de elasticidad, están
determinados por la estructura
molecular del material. La distancia entre las moléculas
de un material no sometido a esfuerzo depende de un equilibrio
entre las fuerzas moleculares de atracción y
repulsión. Cuando se aplica una fuerza externa que crea
una tensión en el interior del material, las distancias
moleculares cambian y el material se deforma. Si las
moléculas están firmemente unidas entre sí,
la deformación no será muy grande incluso con un
esfuerzo elevado. En cambio, si las
moléculas están poco unidas, una tensión
relativamente pequeña causará una
deformación grande. Por debajo del límite de
elasticidad, cuando se deja de aplicar la fuerza, las
moléculas vuelven a su posición de equilibrio y el
material elástico recupera su forma original. Más
allá del límite de elasticidad, la fuerza aplicada
separa tanto las moléculas que no pueden volver a su
posición de partida, y el material queda permanentemente
deformado o se rompe.

Fuerza: es toda acción que tiende a
producir o produce un cambio en el estado de
reposo o movimiento de
un cuerpo

Carga: Se le llama así alas fuerzas
externas que actúan sobre un material (kgF).

Deformación: Es todo cambio de forma
(mm).

Deformación elástica: es el cambio
en la forma que sufre un cuerpo bajo carga, el cual se comprime
esta última.

Deformación plástica: Es el cambio
de forma que sufre un cuerpo bajo carga, el cual no se elimina al
suprimir la carga que lo origina, obteniéndose una
deformación permanente.

Esfuerzo: Es la relación interna de los
materiales cuando son sometidos a cargas. Generalmente se expresa
en intensidad de fuerza, es decir la fuerza por unidad de
área.

Resistencia de proporcionalidad: Es el
fenómeno que presentan los materiales, a ser sometidos a
cargas en el que las deformaciones unitarias proporcionales a los
esfuerzos que lo producen. (Ley de Hooke).

Zona elástica: Es el área
comprendida en un diagrama
esfuerzo – deformación unitaria, por el trazo de la
curva desde cero hasta el límite de elasticidad y por el
valor de la abscisa, o sea la deformación correspondiente
al limite elástico.

Zona plástica: Es el área
comprendida en un diagrama esfuerzo- deformación unitaria,
por el trazo de la curva desde el límite elástico
hasta el punto de ruptura y por el tramo de la abscisa
comprendida desde el valor del límite elástico y el
valor correspondiente al punto de ruptura.

Módulo de Young: Es la constante de
proporcionalidad entre la deformación elástica y el
esfuerzo uniaxial, y representa la pendiente de la parte recta de
la gráfica esfuerzo- Deformación
unitaria.

Equipo empleado

Prensa Universal

Marca: Shimadzu ,Modelo: RH-10
ó RH-50

Capacidad Máxima: 10 ó 50 toneladas
(dependiendo del modelo)

Material

Barra de Coolroll (colado frío) de 10mm de
diámetro y 100mm de longitud.

Extensometro

Desarrollo

Colocamos la barra de Coolroll en la Prensa Universal,
la cual se ajusta al tamaño de la misma, así
también con dos agujas una (aguja negra) representa la
carga máxima y la otra la (aguja roja ) la carga
cedencial; obteniendo los siguientes datos.

Los datos obtenidos representan la zona elástica
y la zona plástica del material.

Tabla de las deformaciones obtenidas con
la Prensa Universal

Zona elástica

Zona plástica

Limite elástico

Límite de cedencia

Tensión Máxima 4600
Kg

Punto de ruptura del material

Diagrama Esfuerzo-
Deformación

Resultados Obtenidos

Para la obtención del Esfuerzo Máximo
tomamos la carga máxima que es aquella en la cuál
la pieza aún no se rompe, obteniendo lo
siguiente:

Carga Máxima: 4200 Kg

Área de la pieza: 15.70 mm2
donde s = F /
A s = 4200Kg / 15.70
mm2

s = 267.3803 Kg /
mm2

s = E* E donde E
= d / Li
0.79 mm / 100
mm

E = 7.9 x10-3 mm/mm

Módulo de Young o de elasticidad

E = s /
E

E = 89.17 / 7.9 x10-3

E = 11287.34 Kg / mm2

Comentarios

En esta práctica, tenemos la capacidad de
encontrar esfuerzos en cualquier etapa por la que pasa el
material ya sea el limite de cedencia, o como en este caso el,
limite elástico del coolroll.

Conclusiones

Todos los materiales actúan de manera diferente,
esto se debe principalmente a sus propiedades mecánicas,
en las que se incluye la tensión, entre otras.

Teóricamente podemos decir que en los materiales
cuando se les aplica fuerzas externas comúnmente estos
cambian su forma, llamada también
deformación.

A través de los datos obtenidos en la tabla
experimental se observó que este material (Coolroll)
sometido a una fuerza de tensión sufre cierto cambios y
pasa por una o varias etapas antes de fracturarse o dañar
su estructura interna.

Aplicando fuerza o también llamada carga , lo
primero que observamos a través de los datos es el
límite elástico, seguido del límite de
cedencia durante la zona elástica del material
(determinada en un diagrama Esfuerzo –
Deformación).En la zona plástica del material
encontramos la tensión máxima que fue a 4600Kg de
fuerza, que es el punto momentos antes de romperse el material.
Encontramos un esfuerzo máximo de 267.38 Kg/
mm2 y el Modulo de Elasticidad o de Young fue de
11287.34 Kg / mm2 .

PRÁCTICA 2

COMPRESIÓN

Fundamentos Teóricos

La compresión es una presión
que tiende a causar una reducción de volumen. Cuando
se somete un material a una fuerza de flexión, cizalladura
o torsión, actúan simultáneamente fuerzas de
tensión y de compresión. Por ejemplo, cuando se
flexiona una varilla, uno de sus lados se estira y el otro se
comprime.

La plastodeformación es una deformación
permanente gradual causada por una fuerza continuada sobre un
material. Los materiales sometidos a altas temperaturas son
especialmente vulnerables a esta deformación. La
pérdida de presión gradual de las tuercas, la
combadura de cables tendidos sobre distancias largas o la
deformación de los componentes de máquinas y
motores son
ejemplos visibles de plastodeformación. En muchos casos,
esta deformación lenta cesa porque la fuerza que la
produce desaparece a causa de la propia deformación.
Cuando la plastodeformación se prolonga durante mucho
tiempo, el
material acaba rompiéndose.

La fatiga puede definirse como una fractura progresiva.
Se produce cuando una pieza mecánica está sometida a un esfuerzo
repetido o cíclico, por ejemplo una vibración.
Aunque el esfuerzo máximo nunca supere el límite
elástico, el material puede romperse incluso
después de poco tiempo. En algunos metales, como las
aleaciones de
titanio, puede evitarse la fatiga manteniendo la fuerza
cíclica por debajo de un nivel determinado. En la fatiga
no se observa ninguna deformación aparente, pero se
desarrollan pequeñas grietas localizadas que se propagan
por el material hasta que la superficie eficaz que queda no puede
aguantar el esfuerzo máximo de la fuerza cíclica.
El
conocimiento del esfuerzo de tensión, los límites
elásticos y la resistencia de
los materiales a la plastodeformación y la fatiga son
extremadamente importantes en ingeniería.

Equipo empleado

Prensa universal

Marca: Shimatsu

Modelo: RH-10 o RH-50

Capacidad Maxima: 10 – 50 ton (según el
modelo)

Material

Madera de aprox. Altura = 102.3 mm

Lado 1 = 20 mm

Lado 2 = 19.8 mm

Desarrollo

Colocamos la madera en la
prensa universal, la cual presionaba la madera aplicando una
carga a la misma de fuerzas externas.

La carga máxima se determino cuando el material
comienza a presentar alguna fractura y esta fue cuando la madera
alcanzo una carga maxima de 1880 kg.

La altura de la madera que inicialmente es de 102.3 mm
se determina su compresión en el momento en que esta
cambia; considerando en todo momento que el volumen antes y
después de la compresión siempre es el
mismo.

Gráfica Esfuerzo- Deformación

s
Esfuerzo

Limite Elástico

Punto de ruptura

Comportamiento
elástico

 Para ver el
gráfico seleccione la opción
"Descargar" 

 Deformación

Resultados Obtenidos

Para determinar la compresión que se llevo a cabo
sobre la madera determinamos primeramente el Esfuerzo
Máxima a través de lo siguiente:

Carga Máxima: 1880 Kg

Área de la pieza: 396 mm2

donde

h1 = 102.3 mm

h2 = 99.9 mm, por tanto:

V1 = V2 = A1
h1 =A2h2, arreglando para
A2 tenemos:

A2 =
(A1h1)/h2

s = P / A2 =
(P/A1)(h2/h1) s
= (1880Kg / 396 mm2 )(102.3mm/99.9mm)

s = 4.8615 Kg /
mm2

s = F/A
L/Li , =
(Li-Lf)/Li

(102.3/99.9)/102.3
= 0.0234 mm / mm

s =
Earreglando para E, tenemos:

E = s
/= 11,287.34 kg/mm2 /
0.0234 mm/mm

E = 481,122.86 kg/mm2

Comentarios

Antes de someter el material a compresión es
conveniente medir el material en este caso la madera, pero
cuándo se somete el material a la compresión se
toma en cuenta preferentemente al volumen siendo este el
área por su altura. Ahora contando con una nueva altura
este proceso ya no
es aceptable.

Conclusiones

Las propiedades mecánicas de los materiales como
en el caso de la compresión se determinan por la forma en
como se comporta esté, mientras que en la tensión
el material aumenta su longitud, en la compresión pasa lo
contrario, no significando esto que el volumen disminuya,
más bien el volumen siempre se mantiene constante,
cambiando únicamente las alturas, dimensiones o forma del
material. Cuando se aplica en la madera una fuerza o carga
determinada esta presenta en un zona especifica un punto de
ruptura ; significando que en esta zona el material es más
frágil, obteniendo así la carga máxima que
el mismo puede soportar, determinando el esfuerzo que produjo la
madera, así mismo encontrando el Modulo de Elasticidad o
de Young al que se somete el material.

PRÁCTICA 3

DUREZA
BRINELL

Fundamentos teóricos

Definimos a la dureza como la resistencia de los
materiales a ser penetrados, a absorber energía o a ser
cortados.

La clasificación de los métodos de
dureza de acuerdo al procedimiento
empleado para su realización se divide entres importantes
grupos:

Los que miden la resistencia que oponen los cuerpos a la
penetración o indentación.

Los que miden la resistencia elástica o al
rebote.

Los que miden la resistencia que oponen los cuerpos al
corte o la abración.

El método por
penetración esta basado en la aplicación de una
carga estática
sobre la superficie de un material para provocarle una
deformación permanente conocida como indentación o
huella, la cual presenta una profundidad que está en
relación inversa al número de dureza del material
ensayado.

El método de dureza por rebote o elástico,
consiste en dejar caer una herramienta con carga y altura
definida sobre la superficie del material a ensayar, de tal forma
que al chocar con dicha superficie se provoque un rebote de la
herramienta, cuya altura está directamente relacionada con
la dureza elástica del material.

El método que mide la resisitencia que oponen los
cuerpos a la abración o al corte, consiste en efectuar una
ranura con una herramienta de corte o abrasiva al material a
ensayar. Dependiendo del tipo demarca presentada, se
determinará la dureza del material, es decir, si la ranura
se presenta en forma profunda u opaca.

La Dureza Brinell se basa en la aplicación de una
carga fija mediante un penetrador esferito que se abre pasa sobre
la superficie lisa de la muestra. Una vez
que se quitra la carga, se determina el área de la
penetración, lo cual indica la resistencia a la carga. Las
cargas son aplicadas por sistemas
hidráulicas hasta 3000 Kg; los penetradores generalmente
están constituidos de acero endurecido
o de carburo de turgsteno aproximadamente de 10mm de
diámetro.

Para determinar la dureza Brinell

se obtiene:

BHN = P/A = P/[
πD/2(D-(D2-d2)1/2)] kg / mm2

Donde:

P = carga que actúa sobre la probeta = 500
kg

D = diámetro del penetrador = 10 mm

d = diámetro de la impresión sobre la
probeta = 2.4 mm

t = profundidad de la impresión

Donde t:

t = P / D(BHN)

La prueba de dureza Brinell produce una impression de
considerables dimensiones en la superficie de la probeta o pieza
probada

Equipo

Máquina de Dureza Brinell con el método de
aplicación de la carga de funcionamiento
neumático.

Penetrador de bola de 10mm, de material
Carbolor.

Desarrollo

Colocamos la pieza sobre la máquina de Dureza
Brinell.

Colocamos el penetrador de acuerdo al material (ya sea
de bola o de Diamanteo cono).

El material es blando, por tanto aplicamos una carga de
500 Kg y el periodo de aplicación de la carga fue de 60 a
120 segundos.

Medimos el espesor de la impresión que dejo el
penetrador sobre el material con un microscopio
graduado en milímetros.

Anotamos las medidas obtenidas.

Resultados Obtenidos

Para determinar la dureza Brinell es necesario conocer
el numero de dureza de la misma, donde su abreviatura es "BHN",
el cociente de la carga "P" dividido entre el área de la
impresión "A".

Por tanto se obtiene:

BHN = P/A = P/[
πD/2(D-(D2-d2)1/2)] kg / mm2

Donde:

P = carga que actúa sobre la probeta = 500
kg

D = diámetro del penetrador = 10 mm

d = diámetro de la impresión sobre la
probeta = 2.4 mm

t = profundidad de la impresión

BHN = P/A = 500kg/[
π10mm/2(10mm-(10mm2-2.4mm2)1/2)] kg / mm2

BHN = 109.7617 kg / mm2

t = P / D(BHN)

t = 500kg / (10mm)(109.76)

t = 0.1450 mm

à El
espesor mínimo de la probeta debe ser e = 10t, por
tanto,

e = 10(.1450),

e = 1.45 mm

Obtención de Dureza Shore

En está práctica obtuvimos la duraza Shore
a través de aparatos especiales para esta (micrometro)
presentando los siguientes datos:

Shore A = para hule 64.5 Kg

Shore D = para plástico
76 Kg

Comentarios

En esta misma práctica mediante la
utilización de durometros con pequeños penetradores
especiales pudimos determinar microdurezas para materiales que no
son precisamente aleaciones o metales, entrando aquí en
las dureza Shore, clasificandolas para el Hule como Shore A y
para el plástico Shore D.

Conclusiones

Como bien sabemos la dureza es la resistencia que
presentan los materiales para ser penetrados, considerando que
esta es una propiedad de los materiales, la cuál le
permite al material ser seleccionado para su uso en la industria
principalmente.

La dureza Brinell es un método el cual nos
permite determinar la dureza de un material. Utilizando en esta
práctica un material blando aplicando aproximadamente una
carga 500 Kg, utilizando un penetrado de bola de 0.10 mm;
presionando sobre este el material en un tiempo aproximado de 60
a120 segundos.

La dureza Brinell fue de 109.76 Kg / mm2 y la
profundidad de penetración fue de 0.1450mm, relativamente
muy pequeña; por tanto el material es considerando como
uno muy duro, y el espesor de la pieza, se considera como 10
veces la profundidad de la penetración.

PRÁCTICA 4

DUREZA
ROCKWELL

Fundamentos Teóricos

Los ensayos de
dureza Rockwell, dependen de la medición de la profundidad de la
indentación permanente, producida por la aplicación
de una carga gradualmente aplicada sobre la superficie del
material de pueba. Se usan varias combinaciones de penetradores y
carga, para adaptar las distintas puebas de dureza Rockwell a los
materiales de diversas durezas y espesor. Entre los penetradores
se incluyen diamantes de forma cónica conocidos como Brale
y esferas de acero endurecido cuyos diámetros
varían de 1.58 mm a 12.7 mm.

El diámetro cónico tiene un ángulo
de abertura de 120° y radio de 0.2 mm
en la punta. El penetrador de diamante permite probar
fácilmente los aceros más duro y los de esfera
grande permite probar materiales blandos e incluso plásticos.

En general, se considera que las pruebas de
dureza Rockwell no son destructivas ya que las cargas ligeras y
los pequeños penetradores producen impresiones diminutas;
sin embargo, a causa de la pequeñez de las impresiones,
deben tomarse varias lecturas para obtener un resultado
representativo.

Equipo

Durometro deRockwell

Penetrador de esfera

Probeta (material que es una
aleación).

Desarrollo

Colocamos la probeta sobre el Durometro de Rockwell
directamente.

Ajustamos las agujas del Durometro.

Colocamos el penetrador.

Aplicamos fuerza sobre la probeta(penetrador sobre
ella).

Observamos lectura de la
carátula del durometro

Retiramos probeta de Durometro.

Resultados obtenidos

De los datos obtenidos de la carátula del
durometro Rockwell determinamos el espesor de la pieza. Partimos
de la relación siguiente:

RB= 130 – (t / 0.002mm), arreglando para "t"
tenemos:

-t = (RB-130)(0.002mm)

-t = (72.5 –130)(0.002mm)

-t= -0.115 mm

t= 0.115 mm

RC= 100 – (t / 0.002mm), arreglando para "t"
tenemos:

-t = (RC-100)(0.002mm)

-t = (61 –100)(0.002mm)

-t= -0.078 mm

t= 0.078 mm

Comentarios

Durante la práctica, solo se tomo esta dureza
directamente de los datos obtenidos de la
carátula.

Conclusiones

Siendo la dureza Rockwell, otro método para
determinar la dureza o la resistencia de un material a ser
penetrado, se pude decir que este varia de acuerdo a los tipos de
penetradores que se coloquen; clasificandolos así en
Rockwell C y B. Obteniendo el valor de la dureza directamente de
la pantalla del Durometro Rockwell, variando así
directamente del tipo de material que utilicemos.También
podemos encontrar la profundidad de la penetración con
los valores
obtenidos del Durometro.

Así podemos concluír que de acuerdo a los
materiales y cargas utilizads las durezas varián entre uno
y otro método. Ya se; Rockwell o Brinell.

Al comenzar a leer Mi Primera Torre de Babel no
conocía, ni entendía realmente lo que el escritor
trataba de decir, creo que cada palabra, y la relación que
tienen entre ellas son cuidas para dar sentido adecuado a
la
lectura.

Es difícil pensar que una persona que
conoces y aún más si te da clases en un lugar donde
a veces se te sientes sin vida, y solo actúas por reflejos
y por ordenes recibidas, ¿Quién sabe de
quién?; pueda esta persona cambiar tus perspectivas de la
vida identificándote en sus poesías
y envolverte entre tantas palabras, causando en ti volar y caer
al mismo tiempo, imaginando aquél gran limón, desde
su olor, hasta su textura; tal vez sea tufo o tal vez sean mis
sentidos.

Concordar en aquella caja que idiotiza y al mismo tiempo
ser parte de ella. Cayendo en ironías que da la vida y
pensar si realmente la mía y lo que hago realmente me hace
feliz.

Si yo tan solo pudiese escribir en estas líneas
lo que Babel ha dejado en mí.

Cuando termine de leer el libro me di
cuenta porque el autor había nombrado así a su obra
y después de mucho pensar creí haber comprendido la
verdad. Cuando Babel hace mucho tiempo fue una gran ciudad de
Mediterráneo fuerte y extrañamente construido
comprendí que éste libro tiende a mezclas como
Ud. Lo dijo Crónicas, poesías y relatos que es la
estructura que se le quiso dar tan sólo por sentirlo
así. Ahora mi primera torre de Babel a pasado del
título de un libro a libro que e leído incitando en
a mi escritura a
plasmar mis sentimientos en papel y tal
vez algún día alguien se identifique con
ellos.

Felicidades, es un placer conocerlo

Iván Escalona