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CAPÍTULO 7
Deformación Permanente y Creep
POR
N I L O R I E S C O A R I
A S
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Fig.14 Deformación a compresión (sin
deslizamiento de las superficies) y deformación a
cortadura
FLUENCIA (creep) RELAJACIÓN DE
ESFUERZOS DEFORMACIÓN PERMANENTE (compressión y
tension set)
Cuando un vulcanizado de caucho es sometido a una
carga, se produce una deformación inmediata cuyo
valor podemos calcular aproximadamente. Pero con
el transcurso del tiempo, supuesta la carga
constante, la deformación sigue aumentando más o
menos ligeramente según la formulación del
compuesto, asintoticamente, hasta un valor
límite.
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Este fenómeno desagradable se conoce con el
nombre de fluencia (creep). Afecta de manera
negativa especialmente en soportes de máquinas,
suspensiones de vehículos y soportes de puentes y
edificios. En aplicaciones tales como un
o.ring para sellado de uniones de tubería,
tenemos una deformación inicial fija y esperamos
que el sello mantenga a lo largo del tiempo la
misma fuerza de sellado inicial. Sin embargo esto
no sucede. La fuerza elástica o de sellado del
caucho, disminuye con el tiempo llegando a
producir fallo en la estanqueidad. A este
fenómeno se le conoce como relajación del
esfuerzo. Es tanto más pronunciado cuanto mas
hayamos comprimido inicialmente el caucho. Es una
mala práctica de ingeniería comprimir mucho
inicialmente, con el objeto de asegurar la
estanqueidad. La magnitud de la deformación
inicial por compresión no debería ser superior al
15. Una vez liberado el caucho de la fuerza
que lo comprime, éste recupera su dimensión
inicial anterior a su deformación, pero no de una
manera completa, sino solo parcialmente,
permaneciendo una deformación residual llamada
deformación permanente (compressión set o tensión
set)) .
Definición de fluencia (creep) () a un tiempo
determinado t Es el cociente entre la
diferencia de deformación al tiempo t (Dt) y la
deformación inicial (Do) y la deformación inicial
( Do), multiplicado por 100
Creep () ( Dt Do / Do ) x 100
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La deformación inicial Do suele medirse al
minuto de ser aplicada la carga. Tomando valores
de la deformación a los 10, 100, 1000, etc.
minutos, se encuentra que por lo menos para
compuestos de ingeniería a base de caucho
natural, la representación gráfica del porcentaje
de fluencia es una recta. Es decir, el porcentaje
del creep es proporcional al logaritmo del tiempo
(decada)
Fig. 15 Creep a cortadura para un vulcanizado
de caucho natural sin carga, con carga
semireforzante y con carga reforzante
Como se observa, las cargas, aún las
semireforzantes, aumentan el porcentaje de
fluencia. El sistema de acelaración también
influye.
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En un simposio técnico realizado en Londres
(1966), el célebre diseñador A.E. Multon al que
se debe el diseño de la suspensión hidrolástica
de los automóvioles BMC 1100, 1800 y Mini,
afirmaba que el creep era la cualidad más
indeseable del caucho en aplicaciones de
ingeniería. Con cierto humor comentaba que las
formulaciones utilizadas por su abuelo en tiempos
de Charles Goodyear (1850) eran prácticamente
iguales a las suyas actuales, lo que significaba
cero progreso en la tecnología de las
formulaciones de caucho. Sin embargo el
descubrimiento de las formulaciones totalmente
solubles, así como la extensión de los
vulcanizados con peróxidos son una mejora notable
en cuanto a mejorar el creep y la relajacióbn de
esfuerzos se refiere
Fig 16. Relajación de esfuerzo en formulaciones
de cucho natural según el tipo de vulcanización
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La fluencia y relajación de esfuerzos están
íntimamente relacionadas, aunque sean dos cosas
distintas. En general, el creep a tensión es
mayor (incluso hasta el doble) que la relajación
del esfuerzo. A cortadura es prácticamente igual
y a compresión es ligeramente inferior. El
creep se debe a dos factores que actuan
simultáneamente Un factor físico producido por
el deslizamiento de las cadenas moleculares (A)
proporcional a la decada del tiempo y un factor
químico de oxidación y envejecimiento de las
cadenas con rotura de las mismas (B) linealmente
proporcional al tiempo. En el cálculo y
proyección del creep se tienen en cuenta ambos
fenómenos
La ecuación anterior se está confirmando
realmente en los chequeos que se hacen
periódicamente a los apoyos del edificio Albany
Court en Londres (1964), el cual fue aislado del
suelo por donde pasa un ferrocarril subterráneo
con numerosos apoyos de caucho que soportan entre
200 Tm y 600 Tm cada uno. En este caso la
deformación inicial medida al minuto de
aplicación de la carga fue de 3mm, A6.6 por
decada y B 0.47 por año. Una proyección para 100
años nos daría
Creep () a un tiempo t A log ( t / to)
B (t to)
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Creep () a los 100 años (51840000 minutos)
6.6 log (51840000/1) 0.47 x 100 97.92 del
creep inicial. O sea, 3mm más 0.972 x 3 mm, 6 mm
de creep total a los 100 años.
Fiog 17 Edificio Albany Court, apoyos y
resultado de mediciones del creep durante 15
años.