Explicación de las pruebas de compresión:definición, propósito, aplicaciones y metodología

La prueba de compresión es una prueba mecánica ampliamente utilizada que proporciona información valiosa sobre el comportamiento de los materiales cuando se someten a cargas de compresión. La prueba es esencial para seleccionar el material adecuado para diversas aplicaciones en industrias como la aeroespacial, la automotriz y la de la construcción. Este artículo profundizará en la definición, el propósito, las aplicaciones y cómo funcionan las pruebas de compresión, así como los pasos necesarios para realizar una prueba de compresión.

¿Qué es una prueba de compresión?

Una prueba de compresión es una prueba mecánica utilizada para determinar el comportamiento de los materiales cuando se someten a cargas de compresión. Los datos recopilados de las pruebas de compresión brindan información útil sobre las propiedades mecánicas de diferentes materiales, que son invaluables a la hora de seleccionar el material adecuado para diferentes aplicaciones, especialmente en las industrias de la construcción y la ingeniería.

¿Cómo funcionan las pruebas de compresión?

En una prueba de compresión, se coloca una muestra del material entre dos placas o mordazas de una máquina de prueba. Esto puede ser en forma de una máquina de prueba universal, con una celda de carga que mide la fuerza aplicada. Se aplica una fuerza de compresión a la muestra hasta que alcanza una deformación específica o hasta que se fractura. Se pueden utilizar dispositivos adicionales, como un deflectómetro o un extensómetro, para medir la deflexión o la tensión de compresión de la muestra.

Una ilustración de una prueba de deformación por compresión.

¿Cuál es el propósito de las pruebas de compresión?

El objetivo de las pruebas de compresión es determinar el comportamiento o la respuesta de un material a una carga de compresión midiendo parámetros clave como la deformación, la tensión y la deformación. Las pruebas de compresión permiten determinar la resistencia a la compresión de un material, su capacidad máxima de carga, su límite elástico, su módulo elástico y su límite elástico, entre otras propiedades. 

Una vez que se comprenden estos diversos factores y los valores asociados con un material en particular, es posible evaluar si el material es adecuado o no para una aplicación determinada o si fallará bajo las tensiones determinadas.

¿Cuándo se utilizan las pruebas de compresión?

Las pruebas de compresión se utilizan para demostrar cómo responderá un material a la compresión. Se pueden utilizar para evaluar el comportamiento de flujo plástico de un material y los límites de fractura dúctil. También determinan cómo responde un material a cargas aplastantes. Las pruebas de compresión son cruciales para evaluar las características de fractura elástica y compresiva de materiales frágiles o de baja ductilidad.

El módulo de elasticidad, el límite elástico de compresión, el límite proporcional, la resistencia a la compresión y la resistencia a la compresión máxima se pueden determinar mediante experimentos de compresión. Estas características desempeñan un papel clave a la hora de determinar si un material es adecuado para una aplicación determinada o si fallará bajo un conjunto determinado de tensiones.

¿Dónde se aplican las pruebas de compresión?

Hay varias industrias en las que se utilizan pruebas de compresión. Algunas de las principales industrias se enumeran a continuación:

1. Industria aeroespacial y de automoción

Las pruebas de compresión son una parte esencial de la industria aeroespacial y automotriz. Se utilizan para medir la resistencia a la compresión de los materiales utilizados en los componentes del motor, componentes estructurales y otras piezas críticas. Por ejemplo, en la industria aeroespacial, las pruebas de compresión se utilizan para probar la resistencia de los materiales utilizados en la fabricación de alas de aviones, fuselajes y piezas de motores. En la industria automotriz, las pruebas de compresión se utilizan para probar la resistencia de los materiales utilizados en la fabricación de bloques de motor, cigüeñales, resortes y otros componentes.

2. Industria de la construcción

En la industria de la construcción, las pruebas de compresión se utilizan para determinar la resistencia a la compresión del hormigón, cemento y otros materiales de construcción. Estas pruebas son fundamentales para garantizar que los materiales de construcción cumplan con los estándares de resistencia requeridos y puedan soportar el peso y la presión de la estructura. Las pruebas de compresión también se utilizan para medir el rendimiento de compresión de paneles para techos, tableros aislantes y materiales laminados para la construcción y para realizar pruebas de indentación en placas de yeso, tuberías y hormigón proyectado.

3. Industria cosmética

Las pruebas de compresión son una parte importante de la industria cosmética y se utilizan de las siguientes maneras:

• Los aerosoles y las bombas dispensadoras se prueban para determinar la fuerza del actuador.
• Pruebas de resistencia a la rotura del lápiz labial, el bálsamo labial y el delineador de ojos.
• Fuerza de las sombras de ojos y polvos compactos cuando se compactan.
• Medir la fuerza necesaria para distribuir cremas y lociones en frascos y sobres.

4. Industria eléctrica y electrónica

En la industria eléctrica y electrónica, las pruebas de compresión se utilizan para probar la resistencia a la compresión de aisladores, conectores, pantallas LCD, teclados y otros componentes. Estas pruebas son fundamentales para garantizar que los componentes puedan soportar la presión y el peso de otros componentes y dispositivos sin romperse ni degradarse con el tiempo.

5. Industria de dispositivos médicos

La industria médica es otra industria que tiene muchos usos para las pruebas de compresión. Algunos de estos incluyen:

• La prueba de flexión de tres puntos para agujas.
• Pruebas de fuerza del actuador de inhaladores de dosis medidas e inyectores de pluma.
• Pruebas de fuerza de penetración, inserción y afilado de bisturí y agujas.
• Actuación del émbolo de la jeringa y evaluación de la fuerza de "desplazamiento".

6. Industria del embalaje

En la industria del embalaje, las pruebas de compresión se utilizan para probar la resistencia a la compresión del cartón, el cartón y otros materiales de embalaje. Estas pruebas son fundamentales para garantizar que el embalaje pueda soportar el peso y la presión de los productos en su interior sin romperse ni rasgarse.

7. Industria del papel y cartón

Las pruebas de compresión se realizan en la industria del papel y el cartón para comprobar la resistencia a la compresión del cartón.

8. Industria del Plástico, Caucho y Elastómeros

Las pruebas de compresión en la industria del caucho, el plástico y los elastómeros incluyen principalmente la identificación de las características de compresión de un polímero bajo carga.

9. Industria de seguridad, salud, fitness y ocio

Algunas de las aplicaciones de las pruebas de compresión en la industria de la seguridad, la salud, el fitness y el ocio incluyen:

• Prueba de la eficacia de pelotas de tenis, golf y cricket.
• Prueba de compresión del arnés de seguridad del asiento del automóvil.

¿Cómo realizar una prueba de compresión?

La prueba de compresión funciona sometiendo un material a una fuerza de compresión hasta que alcanza una deformación o fractura específica. El proceso normalmente implica los siguientes pasos:

• Preparación de la muestra:Se selecciona y prepara una muestra del material a probar de acuerdo con el estándar de prueba. La muestra puede tener forma cilíndrica o cúbica, según los requisitos de la prueba.
• Montaje de la muestra:La muestra se monta entre dos placas o mandíbulas de una máquina de prueba. La máquina puede utilizar fuerza hidráulica, neumática o mecánica para aplicar carga a la muestra.
• Aplicación de fuerza:se aplica una fuerza de compresión a la muestra a una velocidad constante hasta que alcanza una deformación o fracturas específicas. Durante la prueba, se miden y registran la fuerza aplicada y la deformación resultante.
• Análisis de los resultados:los datos recopilados durante la prueba se utilizan para calcular diversas propiedades del material, incluida la resistencia a la compresión, el módulo elástico y las características de deformación.

Una ilustración de una prueba de esfuerzo de compresión.

¿Qué es el equipo de prueba de compresión?

Para las pruebas de compresión se utilizan dispositivos de prueba de compatibilidad universal. Con capacidades de fuerza que van desde 0,02 N a 2000 kN, estos dispositivos normalmente se ofrecen en una amplia gama de tamaños. Una máquina de ensayo universal debe estar equipada con extensómetros, platos específicos para aplicaciones y software de ensayo. Se puede ajustar una sola máquina para probar cualquier material dentro de su rango de fuerza simplemente cambiando los accesorios, dependiendo del tipo de material que se esté probando.

En una prueba de compresión, se intercala una muestra del material entre dos placas o mandíbulas de una máquina de prueba de compresión y se comprime hasta alcanzar una deformación predeterminada o hasta que se agrieta.

¿Cuáles son los resultados comunes de las pruebas de compresión?

Los resultados de las pruebas de compresión variarán de un material a otro y también según las propiedades deseadas que el usuario esté probando.

¿Cuáles son los tipos de pruebas de compresión?

Los diferentes tipos de pruebas de compresión se enumeran y analizan a continuación:

1. Prueba de compresión uniaxial

La prueba de compresión uniaxial es el tipo de prueba de compresión más común y fundamental. Implica aplicar una carga de compresión a una muestra de prueba en un solo eje, generalmente entre dos placas planas en una máquina de prueba universal. Esta prueba se utiliza para evaluar la resistencia a la compresión, el módulo de elasticidad, el límite elástico y el comportamiento de deformación de una amplia variedad de materiales.

Las pruebas uniaxiales son particularmente adecuadas para materiales como metales, plásticos, cerámicas, hormigón y compuestos. Las muestras suelen tener forma cilíndrica o cúbica y la prueba se realiza a un ritmo controlado de deformación hasta que se alcanza la falla o una deformación específica.

2. Pruebas de primavera

La prueba de resortes es un método para probar resortes de compresión para medir sus características de rendimiento. Se coloca un resorte en una máquina de prueba de compresión y se comprime hasta que todas las espiras se tocan, y luego la máquina determina las siguientes características:

• Altura sólida:la altura del resorte cuando está completamente comprimido.
• Carga máxima:la cantidad de fuerza necesaria para comprimir completamente el resorte.
• Longitud libre:La longitud del resorte sin carga.
• Índice de resorte:la cantidad de fuerza necesaria para comprimir el resorte una cierta distancia.

3. Carga superior/Aplastamiento

La prueba de carga superior se realiza aplicando una fuerza hacia abajo a una muestra para medir cómo resiste el aplastamiento. Esto se puede realizar en cualquier tipo de muestra, pero se usa comúnmente en la industria del embalaje para probar la resistencia al aplastamiento de contenedores como botellas de plástico, cartones y frascos.

¿Cuáles son los estándares de pruebas de compresión?

Existen muchos estándares industriales para pruebas de compresión, mantenidos por diferentes organizaciones, como:

Metales

ASTM E9-89a:métodos de prueba estándar para pruebas de compresión de materiales metálicos a temperatura ambiente

Cubre aparatos, muestras y procedimientos para pruebas de compresión por carga axial de materiales metálicos a temperatura ambiente. 

Plásticos

ISO 844:2021 – Plásticos celulares rígidos. Determinación de las propiedades de compresión

Especifica métodos para determinar la resistencia a la compresión, la tensión con un 10% de deformación relativa y el módulo de compresión de plásticos celulares rígidos. 

ISO 15527:2007 – Plásticos. Láminas de polietileno moldeadas por compresión (PE-UHMW, PE-HD). Requisitos y métodos de prueba.

Especifica requisitos y métodos de prueba para láminas sólidas planas de polietileno moldeadas por compresión sin rellenos ni materiales de refuerzo. 

ASTM D6713-01:especificación estándar para formas extruidas y moldeadas por compresión hechas de poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF)

Cubre requisitos y métodos de prueba para formas extruidas y moldeadas por compresión hechas de PVDF. 

Caucho y Elastómeros

ISO 7743:2008 – Caucho, vulcanizado o termoplástico. Determinación de las propiedades tensión-deformación de compresión

Especifica métodos para determinar las propiedades de tensión-deformación de compresión del caucho vulcanizado o termoplástico utilizando una pieza de prueba estándar. 

ASTM D575:métodos de prueba estándar para las propiedades del caucho en compresión

Determina las características de compresión-deflexión de los compuestos de caucho. 

admet.com

ASTM C864-05:especificación estándar para juntas de sellado de compresión elastoméricas densas, bloques de ajuste y espaciadores

Cubre juntas de compresión elastoméricas densas preformadas y accesorios para uso en aplicaciones de sellado y acristalamiento. 

Papel y cartón

ISO 9895:1989 – Papel y cartón. Resistencia a la compresión. Ensayo de tramo corto

Especifica un método para determinar la resistencia a la compresión en la máquina y las direcciones transversales del papel y el cartón utilizando un probador de compresión de tramo corto. 

Materiales de construcción

BS EN 12365-2:2003 – Hardware de construcción. Juntas y burletes para puertas, ventanas, contraventanas y muros cortina. Parte 2:Métodos de prueba de fuerza de compresión lineal

Especifica métodos de prueba para determinar la fuerza de compresión lineal de juntas y burletes utilizados en hardware de construcción.

¿Cuáles son los beneficios de una prueba de compresión?

Las pruebas de compresión ofrecen numerosos beneficios, entre ellos:

• Por lo general, es rentable en comparación con otros tipos de pruebas.
• Se puede realizar sobre una amplia variedad de materiales.
• Es una técnica bien establecida que puede proporcionar resultados confiables cuando se realiza correctamente.

¿Cuáles son las limitaciones de una prueba de compresión?

Existen algunas limitaciones para las pruebas de compresión, que incluyen:

• Solo brinda información sobre la resistencia a la compresión de un material y las propiedades relacionadas, como el módulo elástico y el límite elástico.
• Puede llevar mucho tiempo.
• Las muestras de prueba deben prepararse de una manera muy específica, lo que puede resultar costoso y afectar la precisión de los resultados.
• La precisión de los resultados puede verse afectada por factores ambientales, como la temperatura, así como por errores del operador, como cargar la muestra incorrectamente.

¿Son precisas las pruebas de compresión?

Sí, las pruebas de compresión pueden ser extremadamente precisas, siempre que se utilicen máquinas y procedimientos de prueba de alta calidad. Sin embargo, existen varios factores que pueden disminuir la precisión de las pruebas, como configuraciones de prueba inconsistentes, máquinas de baja calidad o máquinas mal calibradas. Al mitigar estos factores, es posible lograr una precisión muy alta con las pruebas de compresión.

¿Cuál es la diferencia entre pruebas de tensión y pruebas de compresión?

La diferencia entre las pruebas de tensión y las pruebas de compresión es que en las pruebas de tensión se aplica una tensión de tracción o fuerza de tracción. Por otro lado, en las pruebas de compresión se aplica una tensión de compresión o fuerza de empuje.

Resumen

Este artículo presentó las pruebas de compresión, explicó qué son y analizó su propósito y tipos. Para obtener más información sobre las pruebas de compresión, comuníquese con un representante de Xometry.

Xometry ofrece una amplia gama de capacidades de fabricación, incluida la impresión 3D y otros servicios de valor agregado para todas sus necesidades de producción y creación de prototipos. Visite nuestro sitio web para obtener más información o solicitar un presupuesto gratuito y sin compromiso.

Descargo de responsabilidad

El contenido que aparece en esta página web tiene fines únicamente informativos. Xometry no ofrece ninguna representación ni garantía de ningún tipo, ya sea expresa o implícita, en cuanto a la exactitud, integridad o validez de la información. No se debe inferir que ningún parámetro de rendimiento, tolerancias geométricas, características de diseño específicas, calidad y tipos de materiales o procesos representan lo que entregarán terceros proveedores o fabricantes a través de la red de Xometry. Los compradores que buscan cotizaciones de piezas son responsables de definir los requisitos específicos de esas piezas. Consulte nuestros términos y condiciones para obtener más información.

Dean McClements

Dean McClements es un Licenciado en Ingeniería Mecánica con honores y cuenta con más de dos décadas de experiencia en la industria manufacturera. Su trayectoria profesional incluye puestos importantes en empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace y Hyster-Yale, donde desarrolló un profundo conocimiento de los procesos de ingeniería y las innovaciones.

Lea más artículos de Dean McClements