Corte en tensión

El ensayo de cizalladura en tracción es un método mecánico utilizado para medir la resistencia de un material o de una unión adherida a fuerzas que actúan paralelamente a la superficie de adherencia. A diferencia del ensayo de tracción puro, en el que la fuerza se aplica perpendicularmente a la probeta, el ensayo de cizalladura en tracción aplica la carga para crear un esfuerzo de cizalladura en el plano. Esto simula las condiciones del mundo real en las que los materiales adheridos o unidos están sujetos a fuerzas de deslizamiento.

Este método se utiliza ampliamente en los sectores aeroespacial, automovilístico, electrónico, del embalaje y de la construcción para validar el rendimiento de adhesivos, revestimientos, materiales compuestos y uniones mecánicas. Al reproducir las tensiones operativas, los ingenieros y los equipos de calidad pueden determinar la idoneidad de los materiales y los procesos de unión, garantizando la fiabilidad, la seguridad y el cumplimiento de las normas del sector.

Procedimiento de ensayo de cizalladura por solape

En un ensayo de cizalladura de solape simple, dos probetas se unen con un adhesivo en una configuración solapada. La unión se sujeta en una máquina de ensayos de tracción y se aplica fuerza hasta que se produce el fallo. Esta configuración introduce tanto tensiones de cizallamiento como ligeras tensiones de flexión debido al desplazamiento de la trayectoria de la carga, pero sigue siendo uno de los métodos de evaluación de uniones adhesivas más aceptados y normalizados.

El proceso consiste en preparar las probetas con las dimensiones y el acabado de superficie requeridos, aplicar adhesivo con un grosor uniforme, curar en condiciones controladas, fijar cada extremo en las mordazas y aplicar una carga de tracción constante hasta el fallo. La fuerza máxima registrada se utiliza para determinar la resistencia al cizallamiento. En condiciones ASTM D1002, una unión de aluminio con aluminio puede alcanzar normalmente resistencias al cizallamiento de 15 a 25 MPa.

Procedimiento de ensayo de cizalladura de doble solape

El método de cizalladura de doble solape utiliza tres secciones unidas, con dos adherencias exteriores unidas a cada lado de una pieza central. Esta disposición reduce los efectos de la flexión y proporciona una distribución más uniforme del esfuerzo cortante a través de la capa adhesiva.

Los pasos típicos incluyen la preparación de probetas adheridas de tres capas de acuerdo con la norma de ensayo, su colocación en mordazas simétricas y la aplicación de carga de tracción a una velocidad especificada hasta el fallo. Este método es especialmente útil en la unión de materiales compuestos aeroespaciales, donde puede demostrar una resistencia aparente hasta un 20 por ciento superior a la de los ensayos de una sola vuelta debido a la distribución más uniforme de la tensión.

Los ensayos de adhesión mediante cizallamiento en tracción son esenciales para comprender el comportamiento de los adhesivos bajo carga. Los factores que influyen en el rendimiento de la unión incluyen la química del adhesivo, la preparación de la superficie, el método de curado, el diseño de la unión y las condiciones ambientales.

Las aplicaciones industriales incluyen la unión de compuestos aeroespaciales, el ensamblaje de paneles de carrocería de automóviles, los materiales de fijación de placas de circuito impreso y matrices electrónicas, y los adhesivos estructurales en la construcción. Por ejemplo, en aplicaciones de automoción, los ensayos de cizallamiento solapado se utilizan a menudo para comparar formulaciones de adhesivos estructurales para la unión de marcos de puertas, garantizando un rendimiento uniforme en caso de colisión.

El análisis del fallo por cizallamiento identifica cómo falla una unión y proporciona información sobre el rendimiento del servicio:

• Fallo cohesivo: Fractura dentro de la capa adhesiva, lo que indica una buena adhesión pero una resistencia adhesiva interna limitada.
• Fallo del adhesivo: Separación en la interfaz entre el adhesivo y el sustrato, a menudo debido a una preparación inadecuada o a una mala compatibilidad.
• Fallo de modo mixto: Combinación de fallos cohesivos y adhesivos.

Las curvas de carga-extensión del ensayo también pueden utilizarse para evaluar la rigidez, la ductilidad y la carga máxima en el momento del fallo.

Mientras que los ensayos de tracción miden la resistencia de un material al estiramiento, los ensayos de cizalladura miden la resistencia al deslizamiento entre capas o a través de una unión. Ambos son complementarios. En los materiales compuestos, los ensayos de tracción evalúan la resistencia de la fibra y la matriz, mientras que los ensayos de cizalladura evalúan la interfaz entre ellas.

Otros métodos relacionados son:

• Ensayo de cizalladura en carril con muesca en V para la respuesta a la cizalladura en el plano de los materiales compuestos.
• Ensayos de cizalladura por tracción de materiales compuestos de matriz polimérica para evaluar el comportamiento del adhesivo y la matriz en condiciones combinadas de tracción y cizalladura.

La adhesión a normas reconocidas garantiza la coherencia y comparabilidad de los resultados. Algunos ejemplos comunes son

• ASTM D3166 - Resistencia al cizallamiento de adhesivos en tensión.
• ASTM F2255-05 - Ensayo de cizalladura de materiales de dispositivos médicos.
• BS EN ISO 4587 - Ensayo de cizalladura de solapas de uniones adhesivas rígidas.
• ASTM D1002 - Ensayo de cizalladura de solape para ensamblajes unidos metal-metal.

Cada una de ellas define la preparación de las muestras, las dimensiones, los índices de carga y los requisitos de información. La selección depende del material, el método de unión y la aplicación.

El ensayo preciso de cizalladura en tracción requiere equipos de alta calidad y precisión:

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