Medición de la fuerza de compresión en el plano de liner y del fluting

Tomado de: REVISTA OFICIAL de la Asociación de Corrugadores del Caribe, Centro y Suramérica (ACCCSA)

Dado que existe una conexión muy fuerte entre la resistencia a la compresión en el plano para las capas de liner y de fluting, y las resistencias del cartón corrugado y de la caja, la resistencia a la compresión de los materiales constituyen sin duda una de sus propiedades más importantes. Es necesario, entonces, que los métodos de ensayo utilizados para medir esta propiedad midan realmente lo que se pretende: la resistencia a la compresión pura, sin encontrarse afectada por otras propiedades. La utilización de métodos e instrumentos de ensayo inadecuados puede proporcionar fácilmente información incorrecta.

La resistencia a la compresión del papel en el plano es considerablemente más difícil de medir que la resistencia a la tracción.

Únicamente ha sido posible medirla gracias al desarrollo del método de ensayo de compresión en corto (SCT) por parte del Instituto Sueco de Investigación del Papel y la Pulpa (STFI) en colaboración con Lorentzen & Wettre y sus recursos de desarrollo de instrumentos. El método SCT ha revolucionado los ensayos de la resistencia a la compresión no solo en relación al principio de ensayo, sino también a la precisión y a la velocidad, por lo que rápidamente ha sido aceptado a nivel internacional por los fabricantes de liner y fluting, y desde luego por los fabricantes de cartón corrugado, que utilizan el método para su propio control de las materias primas del papel y para la optimización del BCT. Una determinada cantidad de normas describen el método en detalle.

Principio para el ensayo de resistencia a la compresión según el método SCT

En la medición de la resistencia a la compresión del liner y el fluting según el método (SCT) de “ensayo de compresión en corto”, la muestra de papel se coloca entre dos mordazas con una longitud libre de sujeción de 0,7mm. Cuando las mordazas se acercan entre sí, se reduce la longitud y se incrementan las tensiones en la tira. Dado que la muestra es corta en relación a su espesor, la relación de esbeltez es baja y se impide el alabeo. En consecuencia, el colapso se produce debido únicamente a la compresión.

Comparación entre el SCT y otros métodos de resistencia a la compresión.

Los antiguos métodos de ensayo tradicionales que se empleaban para medir la resistencia a la compresión del liner y el fluting no han sido desarrollados para llegar a determinar propiedad alguna del material como la resistencia a la compresión; y los resultados muestran una dependencia muy fuerte del diseño del dispositivo de ensayo, de las dimensiones de la pieza sometida a ensayo, y del método de preparación de las piezas de ensayo.

En la mayoría de los métodos se utiliza una tira de ensayo de 12,7mm de ancho y 152mm de largo (1/2” x 6”), sujeto de forma que la longitud libre de sujeción en la dirección de compresión sea de 6,35mm (1/4”). Las piezas de ensayo se comprimen entre dos placas paralelas en un medidor de aplastamiento, y la fuerza máxima obtenida constituye el resultado del ensayo.

En todos los casos el borde de prueba se carga directamente por la placa de ensayo superior. Los diferentes procedimientos de ensayo difieren únicamente en el diseño geométrico del ensayo. En el ensayo CLT de Aplastamiento de la Tira Recta, o método de Aplastamiento Concora (Container Corporation of America), se sujeta para ensayo una tira plana en posición vertical en un elemento de sujeción.

En el método de Aplastamiento del Anillo (RCT), la tira para ensayo toma la forma de anillo al introducirse en una ranura anular de un elemento especial de sujeción. La anchura de la ranura se adapta al espesor de la muestra de ensayo.

*CONCORA = Container Corporation of America

En el ensayo de Aplastamiento Lateral de la Onda, o método Concora de Aplastamiento Lateral, la tira de ensayo se ondula en primer lugar en un ondulador de laboratorio, tras lo cual se sujeta verticalmente en un útil que tiene el mismo perfil que los rodillos del ondulador

Estos tres diferentes diseños tienen un propósito común: disminuir el radio de esbeltez de la pieza de ensayo y prevenir por tanto el colapso por alabeo. Sin embargo, desde el punto de vista de la física de materiales y de la tecnología de la medición, ninguno de estos tres métodos es satisfactorio, por las siguientes razones:

El borde superior de la pieza de ensayo no está sujeto, sino que permanece libre contra la placa de ensayo superior, y esto siempre puede dar lugar a que la pieza de ensayo se aplaste en este borde.

Es muy difícil conseguir que las placas de ensayo y los bordes de la pieza de ensayo se coloquen absolutamente paralelos. Si la falta de paralelismo es grande, se desarrollarán concentraciones de esfuerzos en ciertos puntos de la pieza de ensayo. Además de estas desventajas, el ensayo CLT, con su gran relación de esbeltez, es inapropiado, ya que se produce siempre un alabeo considerable. La gran desventaja del ensayo RCT es el alabeo que se produce especialmente en los extremos de la pieza de ensayo que toma la forma de anillo. En el ensayo CCT, los efectos de borde se producen en los dos bordes verticales, y la resistencia a la compresión puede verse también afectada por el calentamiento y el moldeado en el ondulador de laboratorio

Comparación entre diferentes métodos de ensayo de la resistencia a la compresión

La figura 4.6 muestra el resultado de una comparación entre los cuatro diferentes métodos para la determinación de la resistencia a la compresión del liner y del fluting. Las hojas se fabricaron en este caso a partir de pulpa de liner típica en gramajes de entre 100g/m2 y 300g/m2 y fueron prensados de la misma forma hasta una densidad de aproximadamente 750kg/m3. En la figura, el índice de compresión, que teóricamente es independiente del gramaje, se ha registrado en forma gráfica en función del gramaje. La clasificación relativa de los métodos se hace evidente. Los métodos CLT y RCT en particular muestran valores fuertemente crecientes a medida que aumenta el gramaje, lo que debe indicar que con gramajes bajos el colapso se ha producido a causa del alabeo y no debido a la compresión, tal como se pretendía. Estos métodos, por tanto, no miden en este rango de gramaje la propiedad requerida del material. El método CCT parece ofrecer un valor constante para gramajes diferentes. Los resultados, sin embargo, se encuentran a un nivel excesivamente bajo, cercano a un 60% del nivel dado por el método SCT, que también proporciona un índice de compresión independiente del gramaje. Parte de esta reducción podría deberse probablemente al efecto debilitante del ondulador, a pesar de que una reducción de tal nivel en la resistencia debería hacerse más aparente en los gramajes altos que en los bajos.

Resumen

El método SCT mide la resistencia a la compresión pura, es decir, lo que en realidad pretende medirse. El método SCT es rápido y fácil, gracias a los modernos instrumentos de ensayo desarrollados por Lorentzen & Wettre. El método SCT hace posible calcular la resistencia a ECT del cartón corrugado. El método SCT puede sustituir, sin desventaja alguna, a los métodos CLT, RCT y CCT.

Fórmula de cálculo

La resistencia ECT puede calcularse a partir de mediciones de la resistencia a la compresión del liner y del fluting. La precisión de este cálculo es directamente dependiente de la precisión con la cual se hayan determinado las resistencias a la compresión y la resistencia a la compresión de borde (ECT) del cartón corrugado.

En teoría, k debería ser siempre igual a la unidad si no se produjeran errores en el ensayo, si los liners y el fluting siguieran la misma relación deformación-esfuerzo, y si la resistencia a la compresión del fluting no se viera reducida durante el ondulado. Se entiende que este caso ideal está lejos de ser una realidad. Billerud, del Grupo STORA, ha obtenido en un par de estudios extensos las siguientes relaciones: