El Ingeniero y ferretero español y sud-americano (1887-06-18 00:00:00), página 21

NOTAS SOBRE LA TENSION TENSIL DEL HIERRO Y ACERO.

(Continuación de nuestra edición anterior.)

A otros puntos de interés se puede hacer referencia en relación con la serie 2. En general las barras se probaron por pares, de manera que cuando una se rompía se podía probar y examinar la compuesta otra manera. Por ejemplo, la contigua á la número 28, después de haber estado sujeta á 15,140 dobladuras, se probó para tensión, y falló á 48,000 lbs. por pulgada cuadrada, y 2º por ciento de elongación; la resistencia primitiva del acero siendo 7,000 lbs. y 20 por ciento de elongación. Otra vez, la compuesta del número 32, en examen minucioso, se notó que tenía grietas semejantes á las que se observan en los ejes de cigüeñas. Los n°s 33 y 36 eran barras compañeras dobladas en una dirección alambrada de manera que las tensiones no eran alternativas, y de aquí la resistencia grandemente aumentada. Ambas se extrajeron antes que hubiese fractura efectiva, pero con grietas profundas visibles, demostrando claramente que la causa del fallo bajo tensiones repetidas es frecuentemente no tanto una deterioración ó oxidación gradual del metal, como el establecimiento de grietas pequeñas crecientes. Esto, naturalmente, es bien conocido de los ingenieros de locomotoras y de marina; y en algunos ferrocarriles es sumamente de trabajo los ejes de cigüeñas hasta que la grieta que principia se haga visible y después se ensanchan ó bragan los nervios de las cigüeñas; mientras que los armeros marinos no denuncian un eje necesariamente en la primera aparición de una grieta, pero le permite que funcione por un período de tiempo determinado posterior.

Otro hecho digno de notarse ilustrado por estos ensayos fué, que una estructura ó pieza de mecanismo puede estar expuesta á una tensión repetida igual á 90 por ciento de aquella que la rompería, y no obstante muestre cortadas del mismo metal tal vez no darían indicaciones de deterioración de ninguna clase. La mitad rota de casi todas las muestras en la serie No. 2 se probaron con este resultado. Así, según se aplicaba la tensión en el centro de las barras, resultaba que al punto de 90 por ciento de la media luz desde los apoyos, la tensión sería de 90 por ciento de aquella que rompió la barra. Aunque las barras se rompieron cortas en el centro, en el punto referido, se podían doblar invariablemente en doble sin fractura. Teniendo referencia de este hecho, y al hecho que la tensión tensil estaba también muy poco afectada es desde luego útil esperar se aprenda mucho de las muestras de pruebas de metales de estructuras ó maquinaria que han estado en servicio por mucho tiempo. Al menos que el experimentador por casualidad entre el momento inmediatamente precediendo el principio de fallo, no debe esperar aprender mucho de la acción del metal en la máquina de probar. El Prof. Kennedy, en una lectura muy interesante é instructiva dada recientemente ante los Ingenieros Reales de Chatham, ha dado á conocer los resultados de las pruebas hechas por él con cuarenta y siete piezas de hierro y acero, las cuales bien habían estado en servicio continuo durante muchos años hasta que se gastaron de tal manera que necesitaron reemplazarse, ó que se había roto en trabajo efectivo; pero en ningún caso hubo encontrado ningún hecho determinado que indique un efecto de debilidad debido á la fatiga actual. Esto es justamente el resultado que los ensayos hubieran conducido al autor á probar; pero esto no corresponde de ninguna manera el que la misma pieza ensayada por el Prof. Kennedy y encontrada intacta no se hubiera roto pocos días después en trabajo efectivo. Un hombre de setenta años puede estar tan sano como cuando á los veinte; pero no obstante los cincuenta años han pasado por él, y la muerte está cerca ciertamente ó puede ser repentina. Habiendo hecho referencia á la lectura del Prof. Kennedy tal vez será necesario decir que no estamos conformes con las pruebas presentadas en ella. Por esta razón, el Prof. Kennedy expresa su opinión que el fallo de barras de emparejar ocurre tanto por la desintegración de la basura entre las laminaciones, y la oxidación del hierro, como por vulcanización y repetición de la carga; y que un material homogéneo como el acero permanece comparativamente intacto por repetición. Esto, naturalmente, se contradice por los resultados de las pruebas citadas en nuestro artículo. El Prof. Kennedy continúa manifestando: "Si una carga excediente el límite de elasticidad se aplica un número considerable de veces la barra se romperá efectivamente, pero al mismo tiempo sabemos que si cualquiera carga que exceda el límite de elasticidad se aplica una vez solamente la estructura á la que la barra pertenece se tuerce ó inutiliza." Esto, creemos, es un engaño peligroso que se inclina á retardar la aplicación de principios verdaderamente científicos á los diseños de estructura y mecanismo.

Ambos el ingeniero de puentes y el mecánico tienen que contar con el hecho que, debido á las contingencias de la manufactura, partes del metal en todas las estructuras están expuestas á tensiones iniciales que exceden el límite de elasticidad; pero afortunadamente no es cierto que por esta circunstancia la estructura se "inutiliza." Casi toda plancha y barra de hierro angular de puente se enderiza en frío antes de montarse en la obra, que significa, necesariamente, una tensión inicial que excede el límite de elasticidad. Las planchas de los cuerpos de las calderas se doblan en frío, y las tensiones iniciales graves aproximadas al límite elástico permanecen en operación constantemente. Se ha calculado la intensidad de estas tensiones, y probado los resultados enderezando las barras, cepillando, la capa de cada cara así relevando la barra de un par de tensiones iniciales, dejando el otro par para operar cerca del centro neutral. El resultado ha sido que las barras no han retenido su derechura, y se han curvado á la extensión de 1/4 de pulgada, ó otra cantidad indicada por cálculo. Así mismo, los torneros conocen bien que un eje largo vibra frecuentemente cuando se torna la casca exterior, y muchos otros casos les ocurrirá á los hombres prácticos, probando más allá de toda disputa que, en casi todas las estructuras metálicas, algunas partes del metal están estiradas mayor que el límite elástico.

Los efectos de las repeticiones de tensiones no se pueden por consiguiente ignorar aun donde la tensión nominal ó promedio es reducida, porque la tensión inicial grave posible cerca del centro neutral puede conducir al establecimiento de una grieta creciente, empezando en el centro de la sección transversal de la barra y por consiguiente sin descubrirse.

Con respecto á estructuras remachadas, naturalmente, el objeto del ingeniero y constructor es el de asegurar que cada remache muerda la plancha con una tensión casi igual al límite elástico. M. Considère, que recientemente ha concluido una serie de ensayos de juntas remachadas muy importantes y científicas explicados así: "En todas las construcciones en que las partes remachadas no han empezado ya á correrse, los remaches se inclinan solamente por tensión longitudinal, y la adherencia á que esta tensión da lugar entre las planchas en contacto constituyen la resistencia única." Y aun mas: "Cualquier tensión alternativa en exceso de esa adherencia disloca el trabajo rápidamente." Los ensayos prueban plenamente estos hechos. En el puente Forth los remaches de las planchas de cimiento de calibre son 1 1/2 de pulgadas de diámetro, y pasan por ocho pulgadas de grueso de plancha. Remachados por remachadores hidráulicos de 40 toneladas de presión, los remaches generalmente rellenan los taladros perfectamente; pero se tiene cuidado que la tensión se mantenga dentro de la adherencia de rozamiento procedente del modo eficaz de los remaches. Con remaches de la misma longitud como los de las planchas de cimientos la resistencia promedia de resbalamiento se observó era equivalente á una tensión de corte de 14,500 lbs. por pulgada cuadrada del área del remache, mientras tanto la tensión de corte máxima de cualquiera remache del puente se limita á 11,200 lbs. por pulgada cuadrada. M. Considère observó que con remaches ordinarios podía contar con una adherencia de entre 11,900 á 14,400 lbs. por pulgada cuadrada, que corresponde aproximadamente con los resultados anteriores. En la prueba de planchas en condiciones ordinarias aseguradas con tornillos atornillados á una tensión conocida, se ha notado que el coeficiente de rozamiento promediaba una tercera parte, y encontrado también que el remache de acero dulce después de remachado por fuerza hidráulica tenía una resistencia extrema cercada de 10 á 15 por ciento, y un límite elástico de cerca de 45,000 lbs. por pulgada cuadrada. Ahora bien 45,000 lbs. = 15,000, que es la resistencia averiguada del resbalamiento de las planchas; y por consiguiente, se demuestra claramente, que en obras sólidas los remaches están siempre suficientemente esforzados al límite elástico. Esto resulta que confirmó aun más por experimentos de temperatura medidas de contracción de los remaches y otros medios que no necesitamos relatar en nuestro artículo.

(Se continuará)