Test di compressione come viene eseguito, proprietà, esempi

Lui Prova di compressione È un esperimento che viene effettuato progressivamente comprimendo un campione di materiale, ad esempio calcestruzzo, legno o pietra, noto come provetta e osservando la deformazione prodotta dallo sforzo o dal carico di compressione applicata.

Uno sforzo di compressione è prodotto da due forze applicate alle estremità di un corpo al fine di ridurne la lunghezza durante la comprimerlo.

Figura 1. Sforzo di compressione. Fonte: Wikimedia Commons. Adre-ES/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)

Allo stesso tempo, la sua area di sezione trasversale è ampliata, come si può vedere nella Figura 1. Man mano che vengono applicati sforzi crescenti, vengono rivelate le proprietà meccaniche del materiale.

[TOC]

Come viene applicato lo sforzo di compressione?

Per applicare lo sforzo di compressione, il campione, preferibilmente sotto forma di un cilindro di sezione trasversale circolare, è posto in una macchina, nota come Macchina di prova universale, che comprime la successione progressivamente in aumenti di pressione precedentemente stabiliti.

I punti della curva dello sforzo (a Newton/m²) rispetto alla deformazione unitaria ε stanno graficamente. Lo sforzo è il motivo tra la forza applicata e l'area cross -sezione, mentre la deformazione unitaria è il rapporto tra l'accorciamento di ΔL e la lunghezza originale del campione L_O:

ε = ΔL/ L_O

Le proprietà meccaniche del materiale prima della compressione vengono dedotte dall'analisi della grafica.

Man mano che l'esperimento avanza, il campione è abbreviato e largo. L'esperimento termina quando si verifica un guasto o una frattura.

figura 2. Prova di compressione in un campione in cemento. Fonte: Wikimedia Commons.

Proprietà e dati ottenuti

Dal test di compressione, le proprietà meccaniche del materiale sono ottenute prima della compressione, ad esempio il Modulo di elasticità e il resistenza di compressione, Molto importante nei materiali utilizzati nella costruzione.

Può servirti: pleiadi: storia, origine e composizione

Se il materiale da testare è fragile, alla fine sarà fratturato, quindi la resistenza finale si trova facilmente. In questo caso, viene preso il carico critico, il tipo di guasto che presenta il materiale e la forma della frattura.

Ma se il materiale non è fragile ma duttile, questa resistenza definitiva non si manifesterà facilmente, quindi il test non si estende indefinitamente, poiché all'aumentare dello sforzo, lo stato di tensione interna del campione si interrompe. A quel punto si perde la validità del test.

Risultati affidabili

Affinché i risultati siano affidabili, è necessario che le fibre interne del materiale rimangano parallele, ma l'attrito interno fa piegare le fibre e le foglie di tensione sono omogenee.

La prima cosa è considerare la dimensione iniziale del campione prima di iniziare il test. Gli esemplari più brevi, chiamati Campione di compressione, Tendono a prendere una canna, mentre gli esemplari più lunghi, chiamati Campioni di colonna, Sono allacciati.

C'è un criterio noto come Slebeltez Moase, Qual è il quoziente tra la lunghezza iniziale l_O E la radio de giro r_G:

r = l_O / R_G

A sua volta r_G = √ (i /a) dove sono il momento dell'inerzia e A è l'area della sezione trasversale.

Se il rapporto snello è inferiore a 40, funziona come un campione di compressione e se è maggiore di 60 funziona come una colonna. Tra 40 e 60 il campione avrebbe un comportamento intermedio che è preferibile evitare, lavorando con ragioni inferiori a 40 o più di 60.

Può servirti: Bethelgeuse

Curva di deformazione dello sforzo

Il test di compressione è analogo al test di tensione o trazione, solo che invece di allungare il campione fino alla rottura, è la resistenza di compressione che viene testata questa volta.

Il comportamento del materiale di solito differisce in compressione e trazione e un'altra differenza importante è che le forze nel test di compressione sono maggiori rispetto al test di tensione.

Figura 3. Sforzo di trazione o tensione e sforzo di compressione. Fonte: f. Zapata.

In un test di compressione, ad esempio un campione di alluminio, la curva di deformazione dello sforzo è salita, mentre nel test di tensione aumenta e quindi scende. Ogni materiale ha la sua curva di comportamento.

Figura 4. Curva di test di compressione per alluminio (a sinistra) e test di trazione corrispondente (a destra). Le fratture del campione nel punto 4. Fonte: f. Zapata/Wikimedia Commons

In compressione lo sforzo è considerato negativo dalla convenzione, nonché dalla deformazione prodotta, che è la differenza tra la lunghezza finale e la lunghezza iniziale. Questo è il motivo per cui una curva di deformazione dello sforzo sarebbe nel terzo posto del piano, tuttavia il grafico viene portato al primo quadrante senza problema.

In generale ci sono due aree distinte: la zona di deformazione elastica e la zona di deformazione plastica.

Figura 5. Curva di prova di compressione per materiale duttile. Fonte: birra, f. Meccanica dei materiali.

Deformazione elastica

È la regione lineare della figura, in cui lo sforzo e la deformazione sono proporzionali, la costante di proporzionalità è la Modulo di elasticità del materiale, indicato come y:

σ = y. ε

Come ε è la deformazione unitaria ΔL/l_O, Non ha dimensioni e unità di e sono le stesse di quelle dello sforzo.

Quando il materiale funziona in quest'area, se il carico viene rimosso, le dimensioni del campione sono di nuovo originale.

Deformazione plastica

Include la parte non lineare della curva della Figura 5, sebbene il carico venga rimosso, il campione non recupera le sue dimensioni originali, essendo deformato in modo permanente. Nel comportamento plastico del materiale si distinguono due importanti regioni:

Può servirti: ossido di silicio (SIO2): struttura, proprietà, usi, ottenimento

-Cedenza: La deformazione aumenta senza aumentare il carico applicato.

-Deformazione: Se il carico continua ad aumentare, alla fine si verifica la rottura del campione.

Esempi di comprensione degli sforzi

Calcestruzzo

La figura mostra la risposta concreta in una prova di compressione (terzo quadrante) e in un test di tensione (primo quadrante). È un materiale con risposta di compressione diversa da quella della tensione.

La intervallo di risposta elastica lineare dal calcestruzzo alla compressione è maggiore della tensione e dall'estensione della curva si vede che il calcestruzzo è molto più resistente alla compressione. Il valore di rottura del calcestruzzo contro la compressione è 20 × 10⁶ N/m².

Figura 6. Curva di prova di compressione e tensione per calcestruzzo. Fonte: birra, f. Meccanica dei materiali.

Questo è il motivo per cui il calcestruzzo è adatto alla costruzione di colonne verticali che devono supportare la compressione, ma non per le travi. Il calcestruzzo può essere rinforzato da cabine in acciaio o maglie metalliche mantenute sotto tensione mentre il cemento si asciuga.

ghisa grigia

È un altro materiale con buon comportamento alla compressione (curva AC nel terzo quadrante), ma fragile quando è soggetto a tensione (curva AB nel primo quadrante).

Figura 7. Curva di prova di compressione e tensione per ghisa grigia. Fonte: Hibbeler, R. Meccanica dei materiali.

Riferimenti

1. Birra, f. 2010. Meccanica dei materiali. McGraw Hill. 5 °. Edizione.
2. Cavazos, j.L. Meccanica dei materiali. Recuperato da: YouTube.com.
3. Giancoli, d.  2006. Fisica: principi con applicazioni. 6 °. Ed Prentice Hall.
4. Hibbeler, R. 2011. Meccanica dei materiali. 8a edizione. Pearson.
5. Valera Negrete, J. 2005. Note di fisica generale. UNAM.