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INSTITUTO TECNOLOGICO DE TLALNEPANTLA
DEPARTAMENTO DE METALMECANICA
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA
SECCION: ENSAYOS DESTUCTIVOS
PRACTICA 4
ENSAYO DE COMPRESION
http://www.alcantarapenalozadj.blogspot.com
ALCANTARA PEÑALOZA DAN JOSAFAT
ING. ENRIQUE MARQUEZ ELOIZA
GRUPO MTF-01
FECHA DE REALIZACION: 14 DE ABRIL DEL 2011
FECHA DE ENTREGA: 5 DE MAYO DEL 2011
ENERO-JUNIO 2011
2 Índice
Marco teórico
3
Procedimiento del ensayo
10
Equipo utilizado
16
Normas utilizadas
17
Dibujo de la maquina
19
Dibujo de la probeta antes del ensayo
20
Dibujo de la probeta después del ensayo
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Tabla de Datos
22
Cálculos
24
Cuestionario
26
Conclusiones
30
Bibliografía
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Marco Teórico 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 plasto-deformación 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 plasto-deformación. En muchos casos, esta deformación lenta cesa porque la fuerza que la produce desaparece a causa de la propia deformación. Cuando la plasto-deformación 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 plasto-deformación y la fatiga son extremadamente importantes en ingeniería. Ensayo de compresión Los ensayos practicados para medir el esfuerzo de compresión son contrarios a los aplicados al de tracción, con respecto al sentido de la fuerza aplicada. Tiene varias limitaciones:
Dificultad de aplicar una carga concéntrica o axial, sin que aparezca pandeo.. pandeo Una probeta de sección circular es preferible a otras formas.
El ensayo se realiza en materiales:
Duros. Semiduros. Blandos.
Esfuerzos de compresión en piezas alargadas
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En una pieza prismática no-esbelta, y que no sea susceptible de sufrir pandeo sometida a compresión uniaxial uniforme, la tensión el acortamiento unitario y los desplazamientos están relacionados con el esfuerzo total de compresión mediante las siguientes expresiones:
Donde: es la tensión de compresión el acortamiento unitario o deformación unitaria. el campo de desplazamientos a lo largo del eje baricéntrico del prisma. el módulo de elasticidad longitudinal. Para un material confinado en un volumen la compresión uniforme está relacionada con la compresibilidad y el cambio de volumen:
Donde: según la compresión se de en condiciones isotermas o adiabáticas. Compresibilidad. Traza del tensor deformación o deformación volumétrica.
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Para el esfuerzo uniforme de la probeta de compresión, una sección circular es preferible a otras formas. Sin embargo, la sección cuadrada o rectangular se usa frecuentemente y para piezas manufacturadas, tales como el azulejo, ordinariamente no resulta posible cortar probetas que se ajusten a ninguna forma en particular. La selección de la relación entre la longitud y el diámetro de una probeta de compresión parece ser más o menos un compromiso entre varias condiciones indeseables. A medida que la longitud de la probeta se aumenta, se presenta una tendencia creciente hacia la flexión de la pieza, con la consiguiente distribución no uniforme del esfuerzo sobre una sección recta. Se sugiere una relación entre altura y diámetro de 10 como un límite superior práctico. A medida que la longitud de la probeta disminuye, el efecto de la restricción friccional en los extremos se torna sumamente importante; asimismo, para longitudes menores de aproximadamente 1.5 veces el diámetro, los planos diagonales a 10 largo de los cuales la falla se verificaría en una probeta más larga intersectan la base, con el resultado de que la resistencia aparente se aumenta. Comúnmente se emplea una relación entre longitud y diámetro de 2 o más, aunque la relación entre altura y diámetro varíe para materiales diferentes. El tamaño real depende del tipo de material, del tipo de mediciones a realizar, y del aparato de ensaye disponible. Para materiales homogéneos para los cuales se requiera solamente la resistencia última, pueden usarse probetas pequeñas. El tamaño de las probetas de materiales heterogéneos debe ajustarse al tamaño de las partículas 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 así mediante el uso de cabeceo y dispositivos de montaje. Los tramos de calibración para mediciones de deformación deben preferiblemente ser más cortos que el largo de la probeta cuando menos el diámetro de la probeta. Los requerimientos generales en lo relativo a la selección y preparación de las probetas se han tratado en el Capo 2. Probetas estándar
.
Las probetas para ensayos de compresión de materiales metálicos recomendados por la ASTM (ASTM E 9) se muestran en la Fig. 5.25. Las probetas cortas son para usarse con metales antifricción, las de longitud mediana para uso general y las largas para ensayos que determinen el módulo de elasticidad. Las probetas para ensayos de compresión de lámina metálica deben cargarse en una plantilla que provee apoyo lateral contra el pandeo sin interferir con las deformaciones axiales de la probeta. Los detalles de esas plantillas y las probetas correspondientes están cubiertos por la ASTM (ASTM E 9).
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Para el concreto, las probetas estándar son cilindros con una altura del doble del diámetro. Para el concreto con agregado de tamaño máximo no mayor de 2 plg, el tamaño normal del cilindro es de 6 por 12 plg; para el concreto que contenga agregados de tamaño máximo hasta de 2* plg se usa un cilindro de 8 por 16 plg. (ASTM e 31). Es práctica común en muchos laboratorios usar cilindros de 3 por 6 plg para concreto con agregados hasta % plg Y para ensayos de concreto con agregados hasta de 6 plg, se usan cilindros de 18 por 36 plg. Los cubos se usan en Inglaterra y Europa; en Inglaterra el cubo de 6 plg es de un tamaño común para concreto ordinario. Los ensayos de compresión perpendiculares a la fibra se hacen sobre probetas nominalmente de 2 por 2 por 6 plg, como las mostradas en la Fig. 5.26. La carga se aplica a través de una placa metálica de apoyo de 2 plg de ancho atravesada sobre el canto superior a distancias iguales de los extremos y en ángulo recto con el ancho (ASTM D 143).
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La resistencia a la compresión del ladrillo para construcción se determina sobre medio ladrillo con superficie aproximadamente plana y paralela, ensaye acostado (ASTM e 67). Remitimos al lector a las especificaciones de la ASTM para el tipo de probetas para ensayos de compresión de otros materiales tales como la loseta para desagüe (ASTM e 4), el bloque de barro estructural (ASTM e 112), el tubo de albañal (ASTM e 13, e 14), el ladrillo refractario (ASTM e 133), el hule vulcanizado (ASTM D 395, D 575), los materiales aislantes moldeados (ASTM D 48), la madera en tamaños estructurales (ASTM D 198), Y roca de construcción (ASTM e 170). Los extremos de las probetas de compresión deben ser planas para no causar concentraciones de esfuerzos y deben ser perpendiculares al eje de la pieza para no causar flexión debida a la carga excéntrica. Las superficies de los extremos de las probetas metálicas pueden maquinarse planas y en ángulo recto con el eje. Las piezas de ensayo de madera usualmente pueden arreglarse para satisfacer estas condiciones. Para materiales tales como el concreto, la piedra y el ladrillo, sin embargo, una cama, con o sin el uso de placas de remate acompañantes, usualmente resulta necesaria. Los materiales comúnmente usados para camas son el yeso, el Hydrostone (un compuesto de gilsonita de alta resistencia), los cementos de fraguado rápido, y los compuestos de sulfuro. Al asentar las placas de remate, debe tenerse la precaución de asegurar la perpendicularidad entre la superficie del apoyo y el eje de la probeta. Ocasionalmente, se usa una plantilla con ese propósito. Es deseable que el material de cabeceo pasea un módulo de elasticidad y una resistencia cuando menos iguales a los del material de probeta. La cabeceada debe ser tan delgada como sea práctico. Si un compuesto para taponar contiene agua, ello puede afectar la resistencia de los materiales absorbentes como el ladrillo, de modo que una capa de goma laca o una hoja de papel encerado se fija sobre los extremos de la probeta antes de rematarla. Los materiales sueltos, tales como la arena o los pequeños balines de acero, no han resultado eficaces para los retacados de los extremos. Los retacados suaves tales como las láminas de hule y las placas de fibra deben evitarse, pues tienden a fluir lateralmente bajo carga y causar que la probeta se parta.
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Las placas sencillas de apoyo o remate deben llevar superficies maquinadas, planas y paralelas. El material de la placa de apoyo deberá ser fuerte y duro en relación con el de la probeta. Véanse ASTM E 39 y E 192 para típicos requerimientos detallados. Usualmente un extremo de la probeta debe apoyarse en un bloque o dado esféricamente asentado. La Fig. 5.27 muestra arreglos satisfactorios de la probeta y del bloque. El objeto del bloque es contrarrestar el efecto de una pequeña falta de paralelismo entre el puente de la máquina y la cara extrema de la probeta, confiriendo a la probeta una distribución inicial de la carga tan pareja como sea posible. Es deseable que el bloque de apoyo esféricamente asentado, esté en el extremo superior de la probeta. Para que la resultante de las fuerzas aplicadas al extremo de la probeta no quede excéntrica con respecto al eje de la probeta, es importante que el centro de la superficie esférica de este bloque yazca en la cara plana que se apoya en la probeta, y que la probeta misma sea cuidadosamente centrada con respecto al centro de esta superficie esférica. Debido a la aumentada resistencia a la fricción a medida que la carga crece, el cojinete esféricamente asentado no puede confiarse en que se ajuste a sí mismo a la acción flexionante que pueda ocurrir durante el ensayo. En algunas condiciones de ensayo, el bloque de apoyo esféricamente asentado puede omitirse mientras que, en otras, dos de tales bloques pueden requerirse. Realización de los ensayos
.
En los ensayos comerciales la única propiedad ordinariamente determinada es la resistencia a la compresión. Para los materiales quebradizos en los cuales Ocurre una fractura, la resistencia última se determina fácil y definitivamente. Para aquellos materiales en los cuales no hay un fenómeno singular que marque la resistencia última, se toman límites de deformación arbitrarios como criterios de resistencia. Véanse, por ejemplo, las ASTM B 22 Y D 575. En los ensayos para determinar la resistencia a la cedencia de los metales en compresión, los criterios usuales (descritos en el Capo 2) pueden seguirse. Las dimensiones deben determinarse con una precisión apropiada. Las precisiones recomendadas para mediciones transversal seccionales en la labor ordinaria son las siguientes: metales, hasta el 0.001 plg más cercano; concreto y madera, hasta el 0.01 plg más cercano. En las probetas cilíndricas las mediciones deben hacerse sobre, cuando menos, dos diámetros mutuamente perpendiculares. Si se requieren pesos unitarios, las probetas deben medirse ordinariamente con una precisión de aproximadamente 0.5%. 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 restricción friccional de las superficies extremales ( ASTM E 9).
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En un ensayo de compresión, una distribución de esfuerzos absolutamente uniformes prácticamente nunca se alcanza. Al realizar determinaciones precisas de esfuerzo y deformación con la mira de encontrar el límite proporcional resulta pues deseable medir las deformaciones a lo largo de cuando menos tres líneas d':..s1ibración con 1200 de separación alrededor de una pieza cilíndrica. Para determinaciones ordinarias del módulo de elasticidad, un compresómetro del tipo de promediación es usualmente suficiente.
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Equipo utilizado. Maquina Universal de Ensayos Testing Machine. Type RH-50 T.V.
No. 52984
Capacity 502510525 t Date Nov. 197 SHIMADZU SEISAKUSHO LTD
Probeta de Acero 1045 usada para esta practica
Extensometro
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Normas: Norma utilizada E9 1 Aplicación: Estos métodos cubren los aparatos, la especificación y productos para ensayos de compresión de los materiales metálicos a temperatura ambiente. 2 Importancia: Los datos obtenidos de un ensayo de compresión puede incluir el limite de elasticidad del punto de producción del modulo de elasticidad, y para algunos materiales de la resistencia a la compresión. En el caso de un material que falla en la compresión por una fractura de por una fractura, la resistencia de compresión tiene un valor muy definido. En el caso de un material que no falla en la compresión por una fractura, la resistencia a la compresión es una arbitraria en función del grado de distorsión que se considera como una indicación de fracoso total del metal. 3 Definiciones de los términos: las definiciones de los términos relativos a las pruebas de compresión en las definiciones de la Norma E6. Términos relativos a los métodos de ensayos mecánicos se considerara que se aplica a los términos utilizados en estos métodos de compresión. 4 Aparatos: La maquina usada para la preuba de compresión debe cumplir los requerimientos de la norma E6.La maquina de ensayo no deberá tener una inestabilidad crítica dentro de su area de distribución de carga de compresión. El rodamiento de las superficies de apoyo en los ejes de la maquina de ensayo deber ser planas y paralelas, se mantendrá en buen estado e stado a fin de que no habrá una inclinación de los bloques de apoyo durante la prueba. Los dos extremos de los bloques del ensayo de compresión se hará cargo de los bloques de rodamiento con una superficie paralela en 0.02 porciento ( pulgadas, milímetros o centímetros) a lo largo de ejes perpendiculares. En los ensayos de materiales de la que es necesario utilizar probetas delgadas se deben adaptar para evitar que las muestras de pandeo con cargas inferiores al limite elástico de compresión, esto se puede lograr mediante el uso de plantillas que proporciona soporte lateral contra pandeo sin interferir con la deformación axial. Extensómetros: Los extensómetros utilizados para medir la tensión en los ensayos de compresión deberán cumplir con los requerimientos de la clase correspondiente que se describe en la norma ASTM. 5 Muestras para la prueba: Cilindros sólidos. Se recomienda que, cuan sea factible, las muestras para el ensayo de compresión deben ser de forma cilíndrica circulares. Hay tres tipos de probetas cilíndricas de compresión solida prueba de
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los materiales metálicos son reconocidos de longitud corta, mediana y larga que son respectivamente ejemplares. Rectangulares: La muestras para la prueba deberán ser plana y de preferencia del mismo espesor todo el material. Las muestras del espesor total se seleccionara de manera en que las superficies mecanizadas serán paralelas de 1 porciento del espesor de 0.02 y 0.05 a lo menos. En este punto también toma en cuenta los siguientes puntos antes de iniciar la prueba como la preparación de la muestra, Tomar medidas antes de iniciar la prueba, Limpieza de la muestra para el ensayo. 6 Velocidad de la prueba: La velocidad de la prueba puede ser fijado en términos y destacan estos: libras por pulgada cuadrada por minuto o también pulgadas por pulgadas por minuto. 7 Procedimiento: Inicio de la prueba. Determinación de la resistencia a la fluencia. Determinar la fuerza por el método de compresión. Determinación del punto de producción Determinación a la compresión. Apéndices: Consideraciones especiales en la prueba de compresión de los carburos cementados. Los carburos cementados se fabrican en una gama de composiciones de dureza de 81 a 93 Rockwell A y con ua resistencia ala compresión de 200000 hasta 500000 psi.
19 Dibujo de la maquina
20 Probeta antes del ensayo
21 Probeta después del Ensayo
16.44 mm
1
17.23 mm
2
Estos datos pertenece solo a los diámetro de las probetas después del ensayo
22 Probeta 1 Diámetro: 16.49 Longitud 22.5 Probeta 2 Diámetro: 17.23 Longitud: 14.42 Probeta 1 1250 kg 2500 3750 5000 6250 7500 8750 10000 11250 12500 13750 15000 16250 17500
Carga máxima: 11250
.13 mm .20 mm 1.78 mm 3.05 mm 6.34 mm 8.83 mm 11.90 mm 13.33 mm 14.59mm
23 Probeta 2 1250 kg 2500 3750 5000 6250 7500 8750 10000 11250 12500 13750 15000 16250 17500 18750
Carga máxima 15,050
.59 mm .65 mm .71 mm 1.46 mm 2.35 mm 4.46 mm 5.68 mm 7.20 mm 8.58 mm 9.29 mm 10.49 mm 11.40 mm
24 Calculos Probeta 1 AREA 2
=
=
(3.14159)(12.03)2
=
4
2 4
4
=
(3.14159)(16.44)2 4
=
=
456.92 2 4
849.08 2 4
==
=
.
.
ESFUERZO
= | −
| |
=
= 22.5 2.5 −
25.3 25.3
=
− . =
ESFUERZO DE CEDENCIA
=
11,250 = = . . 2 1.1423
ESFUERZ DE COMPRESION
=
25,000 = = . . 2 1.1423
MODULO DE ELASTICIADAD
∈=
= , ,
PORCENTAJE DE ACORTAMIENTO % =
− 100 = 16.44 − 25.3 100 = −35 % 25.3
PORCENTAJE DE ENSANCHAMIENTO % =
− 100 = 2.1227 − 1.1423 100 = 85 % 1.1423
25 Cálculos probeta 2 AREA Ai= =
2 4
=
2
Af= =
4
=
(3.14159)(12.06)2 4
=
(3.14159)(17.23)2 4
=
456.92 2 4
==
932.65 2 4
=
.
.
ESFUERZO
= | −
| |
=
= 22.5 2.5 −
25.3 25.3
=
− .
ESFUERZO DE CEDENCIA
=
11,250 = = . . 2 1.1423
ESFUERZ DE COMPRESION
=
25,000 = = 21.885 21.885.66 .66 2 1.1423
MODULO DE ELASTICIDAD DE ACERO
∈=
= , ,
PORCENTAJE DE ACORTAMIENTO % =
− 100 = 16.44 − 25.3 100 = −35 % 25.3
PORCENTAJE DE ENSANCHAMIENTO % =
− 100 = 2.1227 − 1.1423 100 = 85 % 1.1423
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Cuestionario
1.-La norma ASTM E-9 reconoce tres tipos de probetas, mencione y grafique su clasificación.
Se usan 3 tipos de probetas cilíndricas de iguales dimensiones (acero, laton y aleación de aluminio). Sin embargo es aconsejable precisar el diámetro y la longitud al realizar el ensayo de cada probeta. El estándar ASTM E9 reconoce 3 tipos de probetas cortas, medianas y largas
2.-Explique las propiedades físicas y mecánicas que determina el ensayo de compresión Limite de Elasticidad: el valor aproximado de la fuerza se determinar por el punto donde comienza la divergencia entre la curva de compresión y la continuación en línea recta se considera su valor cuya presencia la desviación de la dependencia lineal entre la carga y alargamiento del 50%. Limite de Fluencia: Se calcula el limite de fluencia que es el esfuerzo con el cual el acortamiento residual alcanza una magnitud dada generalmente del 0.2%. Esta fluencia se le designa con la letra sigma. Límite de Resistencia: puede ser determinado solo en caso de ocurrir una fractura si esto llega a ocurrir esta magnitud se calcula a partir de la fuerza máxima. Carga. Esfuerzo.
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3.-El ensayo de compresión consiste en :
Determinas las propiedades mecanicas y en ingeniería, el ensayo de compresión es un ensayo técnico para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión. En la mayoría de los casos se realiza con hormigones y metales (sobre todo aceros), aceros), aunque puede realizarse sobre cualquier material.
Se suele usar en materiales frágiles. La resistencia a compresión de todos los materiales siempre es mayor que a tracción.
Se realiza preparando probetas normalizadas que se someten a compresión en una máquina universal. 4.-Mencione la aplicaciones de la prueba de compresión en uso industrial
Compresión
5.-Durante el desarrollo de la práctica que representa la carga de ruptura.
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Es cuando la carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicila de la probeta.
6.- Explique a que se le conoce como material maleable Es la capacidad de un cuerpo de poder deformarse permanentemente bajo cargas compresivas.
7.-Mencione los tipos de mordaza que se ocupan para la sujeción de probetas Las mordazas, son un tipo común de dispositivo de montaje. Resultan satisfactorias para ensayos comerciales de probetas de metal dúctil de longitud adecuada, porque una ligera flexión o torsión no parece afectar la resistencia y alargamiento de los materiales dúctiles. No puede hacerse ningún ajuste para impedir la flexión al usar mordazas de esta clase. Las mordazas de tipo de cuña son usualmente satisfactorias para usarse con materiales quebradizos, porque la acción 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 ásperas y estriadas para reducir el deslizamiento; para las probetas planas las caras de las mordazas son también planas, y para las probetas planas las caras de las mordazas son también planas, y para las probetas cilíndricas, las mordazas llevan una ranura en V de tamaño 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 máquina de ensaye y las mordazas queden apropiadamente ubicadas de la máquina de ensaye y las mordazas queden apropiadamente ubicadas en la cabecera. 8.- Explique el procedimiento de armado de maquinaria así como los cuidados que se deben tomar para obtener un resultado satisfactorio. La maquina debe tener un mantenimiento preventivo para evitar fallas en la maquina tener mucho cuidado al momento de realizar la prueba ya que podemos hacer chocar la probeta con la mesa móvil y echar a perder nuestra probeta al momento de ir aplicando la carga ir observando su comportamiento que se el correcto ya que cualquier falla nos puede perjudicar en nuestro resultado y el desarrollo del ensayo, verificar que el extensómetro haga contacto con la mesa móvil y registremos su desplazamiento.
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9.-Mencione las habilidades adquiridas durante el ensayo. Las habilidades adquiridas fue el concepto de compresión como es visto en la practica, ya que no es lo mismo verlo plasmado en el cuaderno de apuntes a verlo como es sometido por medio de la maquina a compresión fue sumamente bueno y se amplia este concepto que esta aplicado en la vida cotidiana. 10.- Represente mediante un cuadro sinóptico los puntos más primordiales para el control y desarrollo del ensayo de compresión.
Conceptos
Limite elástico. Limite de resistencia. Carga. Limite de fluencia. Esfuerzo. Propiedades físicas y mecánicas.
Ensayo de Compresión
Maquina de ensayo universal. Equipo utilizado
Probeta (corta y mediana). Extensometro.
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Conclusiones: El ensayo de compresión es un ensayo relativamente sencillo que nos permite medir la carga última a la que una probeta esta sometida a una carga compresión falla. Sin embargo es muy importante tener en cuenta las simplificaciones que este ensayo supone, y por las cuales no es un método exacto, sino más bien aproximado, a pesar de esto es un ensayo muy solicitado, ya que la sencillez de su método y el equipo que utiliza lo convierten en un ensayo de bajo costo en relación a otros relacionados. En este ensayo se trabaja manteniendo la deformación constante, siendo la carga aplicada, o resistida, lo que varía y produce la forma de la curva esfuerzo-deformación.
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Bibliografía: La ciencia e Ingeniería de los materiales, Askeland R. Donald, Editorial Iberoamerica,
Edición 1, paginas 115 Norma utilizada: ASTM E9 Las tablas fueron obtenida del Libro La Ciencia e Ingenieria de los materiales, Askeland R. Donald
