Ensayos de resistencia al pandeo y de arrugamiento en materiales, especialmente cartón y cartón corrugado.

El esfuerzo de pandeo se refiere al esfuerzo de compresión crítico en el que un elemento estructural (como una columna, placa, lámina o panel) pierde repentinamente su estabilidad y se deforma (pandea) lateralmente en lugar de seguir comprimiéndose axialmente. Este modo de falla suele ocurrir a niveles de esfuerzo muy inferiores al límite elástico o a la resistencia a la compresión del material, especialmente en estructuras delgadas o de paredes delgadas.

En láminas o paneles delgados (comúnmente utilizados en materiales de embalaje), esto implica una deflexión fuera del plano bajo cargas de pandeo, compresión, flexión o combinadas.

La prueba de pliegue evalúa la capacidad de un material (especialmente cartón o cartón corrugado) para formar una línea de pliegue controlada y duradera sin agrietarse ni sufrir daños excesivos. El pliegue crea una línea de debilidad deliberada para el plegado en el embalaje (por ejemplo, cajas, cartones). Las principales pruebas son:

• Medir la rigidez de las arrugas o la fuerza de recuperación (por ejemplo, la fuerza con la que se mantiene una arruga de 90 grados o una flexión de 15 grados).
• “BS 6965-1 Propiedades de plegado de láminas de cartón - Método para determinar la recuperación de un pliegue de 90 grados”.

Las arrugas crean puntos débiles localizados, defectos geométricos o una rigidez reducida en paneles o cajas comprimidas que pueden desencadenar o contribuir al pandeo.

En los embalajes de cartón ondulado, se forman pliegues en los bordes y las tapas de las cajas (por ejemplo, en los contenedores de cartón ondulado convencionales). Estos pliegues actúan como defectos iniciales o líneas de bisagra, reduciendo la carga crítica de pandeo de los paneles laterales bajo compresión descendente.

Los estudios realizados sobre paneles de cartón ondulado han demostrado lo siguiente:

• Los paneles se pandean en el rango post-elástico debido a sus propiedades ortotrópicas (diferente rigidez en las direcciones mecánica y transversal).
• Las arrugas generan incertidumbres en la capacidad de carga al reducir la rigidez a la flexión local y favorecer el pandeo prematuro o la deflexión posterior al pandeo.
• Particularmente en el lado cóncavo, durante la flexión o la compresión, suele producirse un pandeo local de los revestimientos (superficies) antes de que se produzca una falla global.

Los ensayos experimentales de compresión de paneles revelan curvas de carga-desplazamiento que muestran un comportamiento de pandeo explícito: inicialmente una respuesta lineal, seguida de un comportamiento posterior al pandeo no lineal hasta la falla del material.

Los métodos de plegado analógicos (tradicionales basados ​​en troqueles) y digitales afectan a los resultados:

• El plegado digital puede alterar la resistencia al aplastamiento de los bordes, la rigidez al corte, la rigidez a la flexión y la resistencia general a la compresión de la caja.
• Los pliegues adicionales o mal construidos favorecen el pandeo, reduciendo significativamente la resistencia a la compresión.

En un estudio detallado realizado sobre paneles corrugados:

• Los modelos analíticos estiman la carga crítica de pandeo en aproximadamente 958 N, mientras que los experimentos muestran aproximadamente 814 N (debido a defectos como el plegado y el comportamiento no lineal del papel).
• El comportamiento posterior al pandeo se adapta a las curvas, y la falla generalmente se produce cuando la tensión del revestimiento interior alcanza sus límites.

La calidad del plegado también está relacionada con la separación de capas durante el proceso, lo que permite un comportamiento similar al pandeo por capas en la zona de plegado.

Las pruebas comunes que relacionan los pliegues y arrugas en los envases incluyen:

• Ensayo de aplastamiento de bordes: Mide la resistencia a la compresión perpendicular a las ranuras; se ve afectado por las arrugas.
• Ensayo de compresión de caja: Evalúa el pandeo de la caja completa bajo carga; los pliegues reducen la capacidad.
• Pruebas de flexión de paneles: Estas pruebas comprimen paneles ranurados con apoyo simple para examinar los efectos de las deformaciones y arrugas.
• Pruebas de recuperación de arrugas/rigidez: Miden la calidad del plegado e influyen indirectamente en la resistencia al pandeo.

Las interacciones de pandeo/arrugas también son importantes en los recubrimientos para automóviles. Por ejemplo, las pruebas de tensión de pandeo/arrugas según algunas normas, como las variantes de la norma "EN 4214 Aviation series - Aluminum alloy AL-P7010-T651" para la adhesión bajo deformación.

En general, comprender la tensión de pandeo ayuda a predecir el rendimiento del embalaje, mientras que las pruebas de arrugado garantizan un plegado fiable. Un arrugado deficiente acelera la falla por pandeo durante el apilamiento y la manipulación en condiciones reales, y reduce la resistencia de la caja al favorecer la deflexión de los paneles o el desequilibrio local del revestimiento.

Las pruebas de resistencia al pandeo son extremadamente importantes porque el pandeo es un tipo de lesión muy peligrosa e insidiosa.

• Sucede de repente.
• Esto ocurre a una tensión mucho menor que la resistencia normal del material (límite elástico/resistencia a la compresión).
• Una vez que comienza el pandeo, la estructura pierde casi toda su capacidad de carga muy rápidamente.
• Incluso una carga adicional muy pequeña después del pandeo puede provocar una deformación grande e impredecible.

Las razones más importantes para realizar pruebas de esguince son las siguientes:

• La seguridad previene derrumbes repentinos y catastróficos. Si se ignora, las consecuencias reales son el colapso de edificios, puentes, torres, grúas y estanterías. Los ámbitos donde resulta fundamental son la ingeniería civil y estructural.
• La falla se produce mucho antes de lo previsto. Si se ignora, las consecuencias reales son que la columna se rompe al alcanzar entre el 20 % y el 40 % de su resistencia. Las áreas donde esto es crítico suelen ser columnas, soportes, paredes delgadas y paneles.
• El análisis de tensiones normales no detecta el pandeo. Si se ignora, las consecuencias en la práctica son tales que el análisis estático lineal muestra muy poca desviación, pero aun así se produce el pandeo. Las áreas típicas donde esto es crítico son prácticamente todos los elementos delgados sometidos a compresión.
• Existen muy pocas señales de advertencia antes de una falla. Si se ignoran, las consecuencias reales son que no se produce ninguna deformación permanente importante antes del colapso. Los sectores donde esto es crítico suelen ser la industria aeroespacial, los chasis de automóviles y las estanterías de almacenamiento.
• Es de vital importancia para estructuras delgadas, largas y altas. Si se ignora, las consecuencias reales son que cuanto más larga, delgada y alta sea la estructura, más peligrosa se vuelve. Las áreas típicas donde es fundamental incluyen torres, mástiles, brazos largos, estructuras delgadas y placas.
• Es fundamental en el embalaje (sobre todo en las cajas). Si se ignora, las consecuencias reales son que las cajas se deformen al apilarlas y los productos se dañen. Entre las áreas donde resulta crucial se incluyen las cajas de cartón corrugado, el apilamiento de palés y el embalaje listo para la venta.
• Permite ahorrar una cantidad considerable de dinero. Ignorarlo tendría consecuencias reales, evitando tanto el sobrediseño como el subdiseño. Los sectores donde resulta fundamental son todos (aviación, automoción, embalaje, construcción).

Durante muchos años, nuestra organización, con su equipo competente y experimentado, ha comprendido las necesidades de sus clientes, brindándoles los servicios de pruebas avanzadas que requieren y ayudándolos en el establecimiento, la implementación y la mejora de sus sistemas de gestión. Dentro de este marco, también ofrecemos servicios de pruebas de pandeo y flexión a empresas.