ASTM D695 Ensayo de compresión en materiales compuestos y plásticos
La norma ASTM D695 describe el ensayo de compresión para la determinación de propiedades mecánicas como el módulo de elasticidad y la resistencia para plásticos reforzados y no reforzados según el principio de compresión de carga final (aplicación de fuerza en el extremo). La fuerza se aplica únicamente a través de las superficies de los extremos de la probeta de ensayo. La norma ASTM D695 puede utilizarse para materiales compuestos de fibra con una rigidez de hasta 41 GPa, lo que incluye, por ejemplo, los materiales compuestos de tejido reforzado con fibra de vidrio.
El texto siguiente se limita a la configuración de ensayo ASTM D695 con fijación de soporte para plásticos reforzados y de alto módulo con un grosor de laminado < 3,2 mm. También se describen los ensayos de compresión de carga final DIN EN 2850 Método B, Boeing BSS 7260 Tipo III & IV (ASTM D695 modificada) y SACMA SRM-1R-94, que han sido desarrollados a partir de ASTM D695. Estas últimas también permiten realizar ensayos de compresión en laminados unidireccionales (UD) reforzados con fibra de carbono con una rigidez y resistencia correspondientemente elevadas.
Otros ensayos de compresión normalizados que se utilizan con frecuencia para los compuestos continuos reforzados con fibra sin restricciones en términos de rigidez del laminado son ISO 14126 Método 1 y ASTM D3410 (Shear Loading Compression), así como la ISO 14126 Método 2 y ASTM D6641 (Combined Loading Compression).
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ASTM D695: Objetivo y valores característicos
Los siguientes resultados y valores característicos de los plásticos reforzados con fibras pueden determinarse utilizando el ensayo de compresión según ASTM D695 con soporte de compresión y, en particular, con las variantes desarrolladas a partir de ASTM D695 (EN 2850 Método B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260 Tipo III y IV):
- Tensión de compresión: Fuerza de compresión referida a la sección inicial de la probeta
- Deformación en compresión: Cambio de la longitud de medición en relación con la longitud inicial en la dirección de la carga (sólo cuando se utiliza un sistema adecuado de medición de la deformación, véase más adelante).
- Módulo de compresión: Pendiente de la curva tensión-deformación en compresión en un intervalo de deformación especificado en la zona elástica. También denominado módulo de elasticidad o módulo E, abreviado.
- Resistencia a la compresión: Valor máximo de la tensión de compresión determinada en el ensayo de compresión.
Notas importantes sobre la determinación de los resultados
La norma ASTM D695 especifica una geometría de probeta entallada para plásticos reforzados y no reforzados con un espesor < 3,2 mm, con la que se puede determinar el módulo de compresión (cuando se utiliza un sistema adecuado de medición de la deformación) y la resistencia a la compresión en un solo ensayo. Para ello, debe utilizarse también un dispositivo de apoyo.
Sin embargo, las probetas entalladas no son adecuadas para los composites UD. Por ello, las variantes desarrolladas a partir de ASTM D695 (EN 2850 Método B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260 Tipo III & IV) utilizan siempre dos probetas rectangulares rectas diferentes:
- Una probeta sin tiras de refuerzo para determinar el módulo de compresión. Esta probeta no debe utilizarse para determinar la resistencia a la compresión, ya que el fallo prematuro siempre se produce en las caras extremas a un esfuerzo de compresión inferior a la resistencia a la compresión del material a ensayar.
- Una probeta con tiras de refuerzo aplicadas para determinar la resistencia a la compresión. El ensayo es válido si se produce un fallo de la probeta dentro de la longitud libre de la probeta. Esta probeta no es adecuada para determinar el módulo de compresión, ya que apenas es posible la aplicación de bandas extensométricas en la longitud libre de la probeta (aprox. 5 mm).
Dado que la fuerza siempre se aplica exclusivamente a través de la superficie de los extremos de la probeta, en todos los casos es absolutamente imprescindible un mecanizado muy preciso de los mismos.
Dispositivo de ensayo End-Loading Compression
La norma ASTM D695 especifica un soporte para la probeta cuando se ensayan materiales con un espesor < 3,2 mm. La probeta apoyada se coloca en un dispositivo de compresión adecuado (también denominado subprensa o herramienta de compresión en ASTM D695).
En las variantes desarrolladas posteriormente para Advanced Composites, materiales compuestos avanzados, de ASTM D695 (EN 2850 método B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260), este dispositivo de soporte está firmemente conectado a un dispositivo de compresión correspondiente, de modo que la inclinación o el pandeo de la probeta con dispositivo de soporte es imposible.
- Este dispositivo de compresión de carga final avanzado también se denomina dispositivo ASTM D695 modificado en la norma de ensayo Boeing BSS 7260.
- Las normas de ensayo DIN EN 2850 Procedimiento B y SACMA SRM-1R-94 también utilizan este principio, con pequeñas diferencias en las dimensiones del dispositivo de soporte y de las probetas de ensayo.
- Debe tenerse en cuenta que la longitud de la fijación de soporte se define como 70 mm según DIN EN 2850 Método B, mientras que la fijación de soporte en todas las demás normas de ensayo (ASTM D695, Boeing BSS 7260 Tipo III & IV, SACMA SRM-1R-94) tiene una longitud de 73 mm. Por lo tanto, para la norma DIN EN 2850 método B debe utilizarse un dispositivo de ensayo distinto.
En cualquier caso, el dispositivo de apoyo no contribuye a la transmisión de fuerza a la probeta. La fricción entre la probeta y el soporte se minimiza mediante un diseño adecuado de las superficies de contacto. En la norma ASTM D695, es suficiente un dispositivo de apoyo "apretado a mano" en la probeta. En todos los métodos de ensayo avanzados de carga final, se define un par de apriete o fuerza de contacto bajo para los tornillos de fijación.
Dispositivo de ensayo de ZwickRoell para el ensayo End-Loading Compression según ASTM D695 y variantes:
- El montaje de ensayo ZwickRoell para el ensayo de compresión con carga final, End-Loading Compression, se compone de un dispositivo de compresión colocado entre dos platos de compresión. Elementos de guía en el dispositivo de compresión aseguran siempre el centrado exacto de la probeta en el eje de carga. Debido a la alta resistencia a la compresión de más de 1000 MPa en algunos casos, especialmente en ensayos de compresión para composites reforzados con fibra de carbono UD en la dirección de la fibra, se tienen que emplear platos de compresión endurecidos adecuadamente.
- Los dispositivos de ensayo ZwickRoell para la compresión con carga final se pueden emplear en un rango de temperatura de -80°C a +300°C.
Máquinas de ensayos para ASTM D695
- Con la geometría nominal de la probeta se pueden alcanzar fuerzas máximas de hasta aprox. 50 kN para composites reforzados con fibra de carbono UD en ensayos de compresión de carga final gracias al continuo desarrollo y mejora de las propiedades mecánicas de las fibras y la matriz. Dado que, además de los de compresión, suelen realizarse ensayos de tracción en los que las fuerzas máximas son aún mayores, se recomienda el uso de una máquina de ensayos estáticos con una capacidad de hasta 100kN o 250kN.
- Si, por el contrario, sólo se ensayan materiales compuestos reforzados con fibra de vidrio, basta con una máquina de ensayos de 50kN.
Sistema modular de ensayos de materiales compuestos
Los laboratorios grandes con un volumen de ensayos elevado utilizan diferentes máquinas para la gran variedad de métodos de ensayos de composites y, de este modo, pueden minimizar el cambio de accesorios. Las máquinas de ensayos individuales se pueden adaptar al rango de fuerzas de los diferentes tipos de ensayo. Si el volumen de ensayos no es muy elevado ni frecuente para hacer una inversión en varios equipos de ensayos, puede resultar útil equipar una sola máquina para poder llevar a cabo el máximo número posible de ensayos con el mínimo tiempo posible.
Para ello, ZwickRoell ha desarrollado un concepto modular, disponible como máquina de ensayos estáticos de 100 kN o 250 kN, que cubre 21 métodos de ensayo y aprox. 120 normas de ensayo (ISO, EN, ASTM, así como Airbus AITM y Boeing BSS) y permite una caracterización amplia de materiales compuestos de fibras a temperatura ambiente o en ensayos con temperaturas bajas o elevadas de -80°C a +360°C.
Ensayos End-Loading Compression fiables gracias al software de ensayos testXpert
Nuestro software de ensayo testXpert permite realizar ensayos eficientes y obtener resultados fiables según la norma ASTM D695 y las variantes del ensayo de compresión con carga final desarrolladas a partir de la norma ASTM D695:
- Ahórrese el tiempo de estudiar las normas: Cumplimiento garantizado de las normas estándar, en los que ya están almacenados todos los valores característicos y parámetros de las normas ASTM D695 und DIN EN 2850.
- Puede conseguir la máxima eficacia en sus ensayos mediante la conexión de dispositivos periféricos: El envío de las dimensiones de la probeta directamente al software de ensayo permite ahorrar tiempo y evitar errores durante la introducción de los datos.
- También puede comprobar y controlar la temperatura de la cámara mediante el software. Establezca rampas de temperatura y visualice los valores cumplidos de forma trazable, incluso a posteriori.
Medición de la deformación según ASTM D695 y sus variantes
Los métodos adecuados para la medición de la deformación para el ensayo de compresión de carga final, End-Loading Compression, según ASTM D695 son las bandas extensométricas o extensómetros de pinzacolocados en el centro de la superficie de la probeta , que miden el recalcado en el borde de la probeta. Cuando se utilizan bandas extensométricas, los elementos de la fijación de soporte deben tener una ranura central para no entrar en contacto con la rejilla de medición de las bandas extensométricas y sus cables.
El posicionamiento centrado exacto de la probeta en el eje de carga y ranuras en el cuerpo del dispositivo de ensayo de compresión de carga final, End-Loading Compression, de ZwickRoell, también permite utilizar el extensómetro automático de brazo sensor makroXtens, que mide a ambos lados de los bordes de la probeta.
En las variantes del ensayo de compresión de carga final desarrolladas a partir de la norma ASTM D695, la medición de la deformación sólo se realiza para la probeta destinada a la medición del módulo de compresión. Las normas de ensayo correspondientes utilizan a veces especificaciones diferentes para la compresión máxima en el ensayo y para el intervalo en el que debe determinarse el módulo de elasticidad
- DIN EN 2850 Método B: Carga de compresión hasta al menos 0,5 % (5000 µe) de compresión; determinación del módulo de elasticidad entre 0,1 % y 0,5 % (método preferido, a menos que se especifique lo contrario)
- Boeing BSS 7260: Carga de compresión hasta al menos 3000 µe de compresión; determinación del módulo de elasticidad entre 1000 y 3000 µe.
- SACMA SRM-1R-94: Carga de compresión hasta 5000 µe; determinación del módulo de elasticidad entre 1000 y 3000 µe; se recomienda el uso de bandas extensométricas aplicadas en ambos lados para controlar una carga de flexión superpuesta; si la desviación entre las dos señales de las bandas extensométricas es superior al 10 %, el ensayo no es válido y debe repetirse.
Como se ha descrito anteriormente, la medición de la deformación de la probeta de ensayo con tiras de refuerzo aplicadas para determinar la resistencia a la compresión no está prevista en estas normas de ensayo debido a la longitud de medición libre muy corta.
Un extensómetro de pinza que mide en los bordes de la probeta también es adecuado para la probeta entallada utilizada en ASTM D695 para espesores de probeta inferiores a 3,2 mm, que se utiliza para determinar tanto el módulo de elasticidad como la resistencia a la compresión.
| Norma | Tipo de probeta | Representación gráfica (no está a escala) | Uso y notas |
|---|---|---|---|
| ASTM D695 | Entallada, para espesor de probeta inferior a 3,2 mm |  | Plásticos reforzados y no reforzados con una rigidez de hasta 41 GPa (por ejemplo, también compuestos de tejido PRFV) |
DIN EN 2850 Método B Boeing BSS 7260 SACMA SRM-1R-94 | B1 Type III Compression Strength Specimen |  | UD* y materiales compuestos de tejido (GFRP, CFRP)
|
DIN EN 2850 Método B Boeing BSS 7260 SACMA SRM-1R-94 | B2 Type IV Compression Modulus Specimen |  |
Preguntas frecuentes sobre el ensayo de compresión según ASTM D695
La norma ASTM D695 describe el ensayo de compresión para determinar las propiedades mecánicas como el módulo de elasticidad y la resistencia de plásticos rígidos según el principio de compresión de carga final, en el que la fuerza se aplica únicamente a través de los extremos de la probeta. La norma ASTM D695 puede utilizarse para composites con una rigidez de hasta 41 GPa, lo que incluye, por ejemplo, los materiales compuestos de tejido reforzado con fibra de vidrio. Para plásticos reforzados y de alto módulo con un espesor de laminado < 3,2 mm, se requiere un dispositivo de apoyo.
La norma ASTM D695 describe el ensayo de compresión para determinar las propiedades mecánicas, como el módulo de elasticidad y la resistencia, de los plásticos rígidos. La norma ASTM D695-15 hace referencia al año de publicación 2015, pero ya ha sido actualizada y sustituida por la norma ASTM D695-23 o ASTM D695:2023.
La norma ASTM D695 especifica una geometría de probeta entallada para plásticos reforzados y no reforzados con un espesor < 3,2 mm de longitud L=79,4 mm y ancho B=19 mm, con la que se puede determinar el módulo de compresión (cuando se utiliza un sistema adecuado de medición de la deformación) y la resistencia a la compresión en un solo ensayo. Sin embargo, las probetas entalladas no son adecuadas para los composites UD. Por ello, las variantes desarrolladas a partir de la norma ASTM D695 utilizan siempre dos probetas rectangulares rectas diferentes: Una probeta con tiras de refuerzo aplicadas para determinar el módulo de compresión y una probeta con encolado aplicado para determinar la resistencia a la compresión.
