CARACTERISTICAS DE LA PIZARRA BERNARDOS

CARACTERISTICAS DE LA PIZARRA BERNARDOS
PROPIEDADES MECANICAS
EL COMPORTAMIENTO MECÁNICO O LAS PROPIEDADES MECÁNICAS
DE UN MATERIAL
RELACIÓN ENTRE LA FUERZA APLICADA (TENSIÓN) Y LA
RESPUESTA DEL MATERIAL (SU DEFORMACIÓN)
SI SE COLOCAN BARRAS DE IDÉNTICA SECCIÓN TRANSVERSAL
ENTRE DOS APOYOS BIEN SEPARADOS Y SE CUELGAN DE SUS
CENTROS PESOS IDÉNTICOS, LAS BARRAS SE CURVARÁN DE FORMA
ELÁSTICA EN MAYOR O MENOR MEDIDA DEPENDIENDO DEL
MATERIAL DE QUE ESTÉN HECHAS: LA MADERA O EL NAILÓN
DEFLECTAN MUCHO MÁS QUE EL ACERO O EL VIDRIO.
LOS MATERIALES CON BAJO MÓDULO DE ELASTICIDAD (MIDE LA
DEFORMACIÓN DE UN MATERIAL A LA DEFORMACIÓN ELÁSTICA) SON
FLEXIBLES Y DEFLECTAN MUCHO MÁS CUANDO SE CARGAN.
PARA LA GRAN MAYORÍA DE LAS APLICACIONES MECÁNICAS NO ES
DESEABLE LA DEFLEXIÓN
→ MATERIAL CON UN MÓDULO ALTO
PROPIEDADES MECANICAS
ALGUNAS DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS MÁS IMPORTANTES
SON LA RESISTENCIA, LA DUREZA, LA TENACIDAD, LA
DUCTILIDAD Y LA RIGIDEZ.
LA RESPUESTA DE LOS MATERIALES A LAS FUERZAS
APLICADAS DEPENDE DE:
1.- TIPO DE ENLACE
2.- DISPOSICIÓN ESTRUCTURAL DE LOS ÁTOMOS O MOLÉCULAS
3.-TIPO Y NÚMERO DE IMPERFECCIONES, QUE ESTÁN SIEMPRE
PRESENTES EN LOS SÓLIDOS, EXCEPTO EN RARAS CIRCUNSTANCIAS.
PROPIEDADES MECANICAS
LOS MATERIALES SOMETIDOS A CARGAS SE PUEDEN CLASIFICAR
EN TRES GRUPOS PRINCIPALES DE ACUERDO CON EL MECANISMO
QUE OCURRE DURANTE SU DEFORMACIÓN BAJO LAS FUERZAS
APLICADAS
(I).- MATERIALES ELASTICOS (POR EJEMPLO, LOS CRISTALES
IÓNICOS Y COVALENTES).
(II).- MATERIALES ELASTOPLASTICOS (POR EJEMPLO, LOS
METALES ESTRUCTURALES).
(III).- MATERIALES VISCOELASTICOS (POR EJEMPLO, LOS
PLÁSTICOS, LOS VIDRIOS).
LOS TIPOS BÁSICOS DE DEFORMACIÓN DE LOS MATERIALES
COMO RESPUESTA A LAS FUERZAS APLICADAS SON TRES:
1.- ELASTICO.
2.- PLASTICO.
3.- VISCOSO
TENSIÓN = σ =
F
A
L − L0 ΔL
=
L0
L0
F
TENSIÓN = τ =
Ao
DEFORMACIÓN = ε t =
TENSIÓN DE
TRACCIÓN
(FUERZA ⊥CARA)
DEFORMACIÓN = γ c =
aa´
= tg (θ ) ≈ θ
ad
TENSIÓN = τ = f (T ), T PAR APLICADO
r
s
a
d
a’
TENSIÓN DE
CIZALLA “simple”
(FUERZA ║CARA)
TENSIÓN DE
TORSIÓN
(APLICACIÓN DE UN PAR)
DEFORMACIÓN = γ t =
L
Φr s
=
L
L
2ML ⎞
⎛
Φ
=
⎜
π r 4G ⎟⎠
⎝
M=MOMENTO DEL PAR=T.r
G=MÓDULO CIZALLADURA
UNIDADES DE TENSIÓN
LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
PRODUCE UN CAMBIO DE
VOLUMEN DENOMINADO
DILATACIÓN. SI EL CAMBIO DE
VOLUMEN ES ΔV Y EL VOLUMEN
INICUAL ES V, LA DILATACIÓN
VIENE DEFINIDA POR:
Δ=
ΔV
V
l
l0
σ True
F
=
A1
A0l0 = A1l
σ True
l + l0 − l0
l
=σ
=σ =σ
= σ (1 + ε )
A1
l0
l0
A0
⎛l ⎞
⎝ l0 ⎠
⎛ l + l0 − l0 ⎞
⎛ l − l0 ⎞
=
Ln
⎟
⎜1 +
⎟ = Ln(1 + ε )
l0
l0 ⎠
⎝
⎠
⎝
εTrue = Ln ⎜ ⎟ = Ln ⎜
PROPIEDADES MECANICAS
LA CONTRACCIÓN LATERAL
SE DESCRIBE MEDIANTE EL
COEFICIENTE DE POISSON
υ=−
Contracción lateral
Deformación de tracción
εy
εx
υ=− =−
εz
εz
E = 2G(1 + υ )
Alargamiento axial (z) (deformación positiva) y contracciones laterales
(x e y) en respuesta a una tracción aplicada. Las líneas continuas
representan las dimensiones después de aplicación de la carga y las
discontinuas, antes.
LEY DE HOOKE
CUANDO LAS DEFORMACIONES SON PEQUEÑAS, LA DEFORMACIÓN
ES PRÁCTICAMENTE PROPORCIONAL A LA TENSIÓN
LOS SÓLIDOS QUE LA CUMPLEN SE DICE QUE SON
ELÁSTICOS LINEALES
σ = Eε , E = MODULO DE YOUNG
τ = Gγ , G = MODULO DE CIZALLA
E = 2G(1 + υ )
p = −K Δ = −K
ΔV
, K = MODULO VOLUMÉTRICO
V
LA DILATACIÓN ES PROPORCIONAL A LA PRESIÓN CON SIGNO NEGATIVO
(LA PRESIÓN POSITIVA PRODUCE UNA CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA)
PARA MUCHOS MATERIALES ES ÚTIL SABER QUE:
K ≈ E, G ≈ (3/8)E, υ ≈ 0,33
CURVAS TENSIÓN – DEFORMACIÓN
LAS CURVAS TENSIÓN - DEFORMACIÓN, USUALMENTE, SE OBTIENEN
MEDIANTE ENSAYOS DE LABORATORIO REALIZADOS MEDIANTE NORMAS
ESTANDARIZADAS Y UTILIZANDO PROBETAS TAMBIÉN ESTANDARIZADAS.
SE FIJAN LA VELOCIDAD DE CARGA Y LA TEMPERATURA
LOS ENSAYOS SE PUEDEN REALIZAR CON CARGAS DE COMPRESIÓN,
TRACCIÓN, FLEXIÓN Y CORTADURA, QUE A SU VEZ PUEDEN SER
ESTÁTICAS O DINÁMICAS.
LOS ENSAYOS DE COMPRESIÓN, TRACCIÓN Y FLEXIÓN CON CARGAS
ESTÁTICAS SON LOS QUE MAS SE SUELEN REALIZAR
LOS ENSAYOS DE TRACCION SE REALIZAN CON LOS MATERIALES DUCTILES
CON UN CIERTO GRADO DE PLASTICIDAD, TALES COMO LOS MATERIALES
METÁLICOS FERROSOS Y NO FERROSOS, PLÁSTICOS, GOMAS, FIBRAS, ETC
LOS ENSAYOS DE COMPRESION Y FLEXION SE REALIZAN CON LOS
MATERIALES FRAGILES, TALES COMO LOS MATERIALES
REFRACTARIOS, EL HORMIGÓN, CERÁMICOS, ETC.
ESTOS MATERIALES POSEEN UNA BAJA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN
EN COMPARACIÓN CON LA DE COMPRESIÓN.
FLEXION
DISTRIBUCION DE TENSIONES
PROPIEDADES MECANICAS
FORMA GENERAL DE LA CURVA TENSIÓN - DEFORMACIÓN DE UN
MATERIAL DÚCTIL Y DE UN MATERIAL FRÁGIL
SE PUEDE OBSERVAR QUE LOS MATERIALES DÚCTILES ROMPEN
DESPUÉS DE EXPERIMENTAR UNA DEFORMACIÓN APRECIABLE, MIENTRAS
QUE LOS MATERIALES FRÁGILES ROMPEN DESPUÉS DE PEQUEÑAS
DEFORMACIONES
LAS CURVAS TENSIÓN - DEFORMACIÓN NOS PERMITEN DETERMINAR LAS
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LOS MATERIALES
1.- RESISTENCIA
2.- RIGIDEZ
3.- DUCTILIDAD
4.- RESILIENCIA
5.- TENACIDAD
PROPIEDADES MECANICAS
Endurecimiento
por deformación
P=LIMITE PROPORCIONAL
E=LIMITE DE ELASTICIDAD
Y=LIMITE SUPERIOR DE FLUENCIA
L=LIMITE INFERIOR DE FLUENCIA
U=TENSION DE ROTURA
R=RESISTENCIA FINAL
Diagrama tensión - deformación de un
material refractario con un 70 % de
Al2O3 en función de la temperatura y
ensayado a compresión.
Diagrama tensión deformación de un acero
sometido a tracción.
DEFORMACION ELASTICA
Elastic means reversible!
F
Linearelastic
Elasticidad no lineal (elastomeros o gomas)
la gráfica de esfuerzo-deformación no sigue
una recta sino una cUrva, y esta es reversible
durante la descarga
δ
Non-Linearelastic
2
DEFORMACION PLASTICA (METALES)
1. Initial
2. Small load
bonds
stretch
& planes
shear
δelastic +
LAS
DISLOCACIONES
LAS DISLOCACIONES CAUSAN
CAUSAN
UNA DEFORMACION PERMANENTE
UNA
F
DEFORMACION
PERMANENTE
Plastic means permanent!
3. Unload
planes
still
sheared
plastic
δplastic
F
linear
elastic
linear
elastic
δplastic
δ
3
DUCTILIDAD - EL% & AR%
• Elongación
L f − Lo
EL% =
Lo
x 100
Lo
Lf
• Reducción del área
Ao − A f
AR% =
Ao
Ao
x 100
Ductile Vs Brittle Materials
•
•
Solamente los materiales dúctiles exhiben el
fenómeno de estricción
Dúctiles si EL%>8% (aproximadamente)
Frágiles si EL% < 5% (aproximadamente)
Engineering Stress
•
AX
X
C
B
X
D
X
Brittle
Ductile
A&B
C&D
Engineering Strain
Af
TENACIDAD Y RESILIENCIA
• TENACIDAD:
La tenacidad es una medida de la capacidad de un material
para absorber energía sin que se produzca la rotura (J/m3
or N.mm/mm3= MPa) (energía total que absorbe un material
antes de alcanzar la rotura, por acumulación de
DISLOCACIONES).
• RESILIENCIA:
La resiliencia es una medida de la capacidad de un material
para absorber energía sin que se produzca deformación
plástica (J/m3 or N.mm/mm3= MPa) (cantidad de energía en
que absorbe un material al deformarse elásticamente
debido a una tensión aplicada).
Engineering Stress,
Se diferencia de la TENACIDAD en que ésta cuantifica la cantidad de
energía absorbida por el material antes de romperse, mientas que la
RESILIENCIA tan sólo da cuenta de la energía absorbida durante la
deformación elástica
X
ef
Ut = ∫ S de
o
≈
Engineering Strain
(S y + Su ) ⎛ EL%⎞
⎟
⎜
⎝ 100 ⎠
2
PROPIEDADES MECANICAS/ TIPOS FRACTURA
(a).- Fractura muy dúctil en la cual la probeta se experimenta el
fenómeno de estricción hasta llegar a un punto
(b).- Fractura moderadamente dúctil después de cierta estricción.
(c).- Fractura frágil sin ninguna deformación plástica.
CARACTERISTICAS DE LA PIZARRA BERNARDOS
PROPIEDADES MECANICAS
ENSAYO DE COMPRESIÓN
PROPIEDADES MECANICAS
RESULTADOS ACEPTABLES
PROPIEDADES MECANICAS
RESULTADOS NO ACEPTABLES
Resultados no aceptables
debido a la presencia de
estrias visibles tras el
corte o pulido
σ cf =
F (N )
(
S0 mm 2
)
VC = 1 MPa.s −1 ± 0.1 MPa.s −1
PROPIEDADES MECANICAS/TRACCIÓN
EL ENSAYO DE TRACCION SE REALIZA MUY POCAS VECES, VARIANDO MUCHO LA
FORMA DE LAS PROBETAS SEGÚN LA MÁQUINA QUE SE EMPLEE, NO ESTANDO
NORMALIZADO EN CASI NINGÚN PAÍS. LA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN DE
LOS MATERIALES CERÁMICOS VARÍA ENTRE 1/8 Y 1/57 DE LA
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN, TOMÁNDOSE COMO TÉRMINO
MEDIO 1/28 DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
NO SE SUELE HACER DEBIDO AL
ALTO COSTE DE LA PREPARACIÓN
DE LA PROBETA A ENSAYAR Y POR
OTRO QUE SE REQUIERE UN
ALINEAMIENTO EXTREMADAMENTE
BUENO DE LA DIRECCIÓN DE LA
CARGA Y DEL EJE DE LA PROBETA
DURANTE EL ENSAYO, YA QUE
CUALQUIER DESALINEAMIENTO
INTRODUCE TENSIONES DE
FLEXIÓN LO QUE HACE QUE LA
MEDIDA DE LA RESISTENCIA A LA
TRACCIÓN SEA INCIERTA.
CARACTERISTICAS DE LA PIZARRA BERNARDOS
2F
σ ct =
π Ld
σct = Resistencia a tracción indirecta (MPa)
F = Carga máxima (Newttons)
L=Longitud de la línea de contacto de la probeta (mm)
d = Dimensión de la sección transversal (mm)
Disposición general del ensayo de tracción indirecta y
detalles de la rotura.
ENSAYOS DE FLEXIÓN
TRES
PUNTOS
CUATRO
PUNTOS
Beam with a plane of symmetry in pure
bending:
• member remains symmetric
• bends uniformly to form a circular arc
• cross-sectional plane passes through arc center
and remains planar
• length of top decreases and length of bottom
increases
• a neutral surface must exist that is parallel to the
upper and lower surfaces and for which the length
does not change
• stresses and strains are negative (compressive)
above the neutral plane and positive (tension)
below it
Tensiones y deformaciones en el ensayo de flexión.
σ 4P =
3PL
4bh 2
(a = L/4)
σ 4P =
32 PL
π R3
(a = L/4)
Disposición general del ensayo de flexión en
cuatro puntos y detalles de la rotura.
The area and volume under peak tensile
stress or near peak tensile stress is
much greater for four-point bending than
for three-point bending, and thus the
probability of a larger flaw being exposed
to high stress is increased.
As a result, the MOR or bend strength
measured in four-point is lower than that
measured in three-point.
CARACTERISTICAS DE LA PIZARRA BERNARDOS
PROPIEDADES MECANICAS/ RESISTENCIA
AL DESGATE
CIERTOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN SE SOMETEN TAMBIÉN AL
ATAQUE ABRASIVO PRODUCIDO POR EL TRÁFICO DE PERSONAS Y
VEHICULOS, ASI COMO POR EL EFECTO DEL CHOQUE DEL AIRES O DE LOS
GASES QUE LLEVAN FINAS PARTÍCULAS SÓLIDAS EN SUSPENSIÓN
POR LO TANTO, NO BASTA LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EN FRÍO PARA
CARACTERIZAR EL DESGASTE DE LOS LADRILLOS. A MODO DE CRITERIOS
GENERALES DIREMOS QUE UN MATERIAL TENDRÁ MÁS RESISTENCIA
AL DESGASTE POR ABRASIÓN SI SE VERIFICA:
1.- QUE LA COHESIÓN ENTRE EL COMPONENTE DISPERSO Y LA
MATRIZ SEA LO MÁS ELEVADO POSIBLE LO QUE IMPLICA LA
OBTENCIÓN DE MATERIALES DE ELEVADA DENSIDAD.
2.- QUE EL TAMAÑO DEL CONSTITUYENTE DISPERSO SEA FINO Y DE
MORFOLOGÍA GRANULAR.
3.- QUE LA TEMPERATURA DE COCCIÓN, PARA UN DETERMINADO
COMPONENTE MATRIZ, SEA LO MÁS ELEVADO POSIBLE.
4.- QUE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EN FRÍO SEA ELEVADA.
PROPIEDADES MECANICAS/ RESISTENCIA
AL DESGATE
(a).- Dispondrá de una pista de
rozamiento de radio mínimo interior de 25
cm y de radio mínimo exterior de 40 cm
capaz de girar a una velocidad mínima
relativa de 1 m/s, referido al centro de la
probeta.
(b).- Constará de dos portaprobetas,
solidarios a sendos ejes deslizantes y
diametralmente opuestos sobre el
bastidor, que estarán centrados sobre la
circunferencia media de la pista de
rozamiento.
(c).- Poseerá un dispositivo mediante el
cual se pueda comprimir la probeta entre
los platos con una presión de 0.0588 MPa.
(d).- Tendrá otros dispositivos que
permitan verter abrasivo y agua en las
superficies de rozamiento.
(e).- Dispondrá así mismo de un contador
de vueltas.
PROPIEDADES MECANICAS/ RESISTENCIA
AL DESGATE
Se pone la máquina en marcha y
se va vertiendo, de manera
uniforme, el abrasivo
(carborundum cuyos granos
estén comprendidos entre un
tamiz 0,33 UNE 7-050 y otro
tamiz 0,63 UNE 7-050), en una
cantidad de 1 g/cm2 de la
superficie de la mayor cara de
las sometidas al desgaste, así
como 12 gotas de agua por
minuto.
Se someten las probetas a un
recorrido de 1000 m, sacándolas
posteriormente de la máquina y
limpiándolas cuidadosamente.
Desgaste lineal (mm) = D =
Vi − V f
A
Maquina del ensayo de desgaste por abrasión
Se llena la tolva con abrasivo seco. Se sitúa la probeta sobre el carro,
de forma que la huella que se produzca se encuentre a más de 15 mm
de cualquier borde de la probeta
Una vez situada la probeta en contacto con el disco, se abre la válvula
de control y se inicia el ensayo hasta completar 75 vueltas. Siempre
que sea posible se aconseja realizar dos huellas sobre cada probeta y
se tomará como resultado del ensayo la medida mayor obtenida.
PROPIEDADES MECANICAS/ RESISTENCIA AL DESGASTE
Esquema de ensayo de desgaste por abrasión.
PROPIEDADES MECANICAS
h=
∑i hi
4
CARACTERISTICAS DE LA PIZARRA BERNARDOS
PROPIEDADES MECANICAS/ RESISTENCIA AL CHOQUE
EL MÉTODO CONSISTE EN DEJAR CAER UNA BOLA DE ACERO DE 1Kg DE
PESO SOBRE UNA BALDOSA A ALTURAS CRECIENTES HASTA QUE SE
PRODUZCA LA ROTURA O LA PRIMERA FISURA.
EL EQUIPO ESTÁ COMPUESTO POR UNA BANCADA CUADRADA DE
HORMIGÓN DE 700X700X100 mm3, CON DOS GUÍAS PARALELAS PARA
SUJETAR LA BALDOSA. BARRA MÓVIL EN ALTURA. SISTEMA DE FIJACIÓN Y
CAÍDA DE BOLA. SOBRE LA BANCADA SE COLOCA LA BALDOSA A ENSAYAR
LA BALDOSA A ENSAYAR
SE COLOCA SOBRE LA
CAPA DE FIELTRO, DE
FORMA QUE LA CARA
VISTA QUEDE EN LA
PARTE SUPERIOR Y
SUJETA CON LAS GUÍAS.
PROPIEDADES MECANICAS/ RESISTENCIA AL CHOQUE
A CONTINUACIÓN SE DEJA CAER LA BOLA DE ACERO DESDE UNA ALTURA
INICIAL ESTABLECIDA Y SI NO SE PRODUCE LA ROTURA SE AUMENTA LA
ALTURA GRADUALMENTE EN 100 mm. HASTA QUE LA BALDOSA ROMPA O
APAREZCA LA PRIMERA FISURA.
CADA IMPACTO DEBE PRODUCIRSE A UNA DISTANCIA SUPERIOR A 50 mm
DEL IMPACTO ANTERIOR Y A MÁS DE 50 mm. DEL BORDE DE LA BALDOSA.
COMO RESULTADO DEL ENSAYO SE DA LA ALTURA A LA QUE SE PRODUCE
LA PRIMERA FISURA EN CADA UNA DE LAS BALDOSAS ENSAYADAS.
CARACTERISTICAS DE LA PIZARRA BERNARDOS