Resistencia a la compresión: fundamentos y aplicaciones

La resistencia a la compresión es el nivel de tensión de compresión que causa fallo dúctil (fluencia teórica infinita) o fallo frágil (ruptura por propagación de grieta o deslizamiento por plano débil). Se mide en materiales, piezas y estructuras. Por definición, la resistencia última a compresión es la tensión uniaxial de compresión alcanzada al fallo total.

Los procedimientos de ensayo y condiciones de medición afectan los valores. Típicamente, las resistencias a compresión se reportan según normas técnicas específicas.

A diferencia de materiales con alta resistencia a tracción, hormigón y cerámicas suelen tener resistencias a compresión sustancialmente mayores. En compuestos como matriz epoxi reforzada con fibra de vidrio, las resistencias a tracción suelen superar a las de compresión.

¿Qué es la resistencia a la compresión?

En mecánica, la resistencia a la compresión es la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que tienden a reducir su tamaño. La resistencia a tracción resiste tensión; la resistencia a compresión resiste compresión. Resistencia a tracción, compresión y cizallamiento pueden analizarse por separado.

La capacidad de un elemento estructural para soportar cargas que lo encogen se denomina resistencia a compresión. Una probeta se somete a fuerza en sus extremos superior e inferior hasta rotura o deformación. En roca y hormigón, la fractura es común porque este método se usa a menudo para analizarlos.

En aceros, los ensayos de compresión muestran deformación frecuente en materiales dúctiles. Un material dúctil se adapta inicialmente a la carga reorganizando su estructura interna (fluencia plástica). La fluencia plástica cesa cuando la deformación se localiza y el material se rompe. La resistencia a tracción suele ser el indicador preferido para metales dúctiles, ya que la tensión de tracción se adapta mejor al fenómeno de fluencia plástica, midiendo fuerzas para separar el material.

Fórmula de la resistencia a la compresión

F = P / A, donde:

• F = Resistencia a la compresión (MPa)
• P = Carga máxima (o hasta fallo) aplicada al material (N)
• A = Área de sección transversal resistente a la carga (mm²)

¿Qué materiales tienen la mayor o menor resistencia a compresión?

Rocas suelen tener resistencias altas (~140 MPa) en materiales frágiles. Areniscas blandas: ~60 MPa o menos. Para aplicaciones estructurales, aceros dulces dúctiles: ~250 MPa.

Hormigón y cerámicas tienen resistencias a compresión mucho mayores que a tracción. En compuestos de fibra de vidrio/epoxi, la tracción supera a compresión.

El hormigón suele reforzarse con materiales resistentes a tracción. La resistencia a compresión se usa para control de calidad y especificaciones. Ingenieros traducen requisitos tensiles (flexurales) en términos de resistencia a compresión.

Hormigón residencial: 2.500-4.000 psi; comercial: superior. Algunas aplicaciones requieren >10.000 psi.

La resistencia a compresión suele ser mucho mayor que la tracción en materiales frágiles y dúctiles. Excepción: compuestos reforzados con fibra (fibra de vidrio), fuertes a tracción pero fáciles de aplastar. El hormigón, compuesto reforzado con partículas, es mucho más fuerte a compresión que a tracción, por lo que requiere armadura de acero si sufre tensiones de tracción.

¿Qué materiales requieren alta o baja resistencia a compresión?

Hormigón de ultra-alta resistencia para puentes de autopista que soportan cargas tremendas; hormigón con 30 MPa para pavimentos domésticos estándar.

Tensión de ingeniería vs. tensión real

En diseño se usa mayormente tensión de ingeniería. La tensión real difiere. Calcular resistencia a compresión con fórmulas simples no da resultado exacto porque el área transversal A₀ varía y depende de la carga A = f(F).

Discrepancias:

• Al comprimir, la probeta se acorta y tiende a expandirse lateralmente, aumentando el área transversal.
• La probeta se sujeta en los extremos; surge fuerza de fricción que opone expansión lateral, requiriendo energía extra y falseando la medición de tensión.
• La fuerza de fricción no es constante: mínima en el centro, máxima en los bordes. La probeta adopta forma de barril (barreling).

Resumen

La resistencia a la compresión es la capacidad de un material o elemento para soportar cargas que lo encogen. Una probeta se comprime hasta rotura o deformación. Se analizaron: definición, fórmula, materiales con valores altos/bajos, requisitos según aplicación, y tensión de ingeniería vs. real.