95511170 tension acero
TRANSCRIPT
INTRODUCCIÓN
Las varillas de acero deformadas son extensamente usadas en la construcción.
El propósito es obtener una combinación favorable de acero y concreto que nos provea una
sección con mejores características que el concreto solo. Para poder el acero cumplir con las
necesidades de la sección tiene que satisfacer unos requisitos de diseño. Especificamos en el
diseño el punto de cedencia mínimo del acero, pues es el dato más significativo para balancear la
sección en tensión y compresión.
El A.S.T.M. regula las propiedades y características que dicho acero debe tener en adición del
mencionado punto de cedencia. Especifica la capacidad última de resistencia a tensión antes de
romper, así como la elongación mínima permanente que necesitamos para asegurar ductilidad en
la sección y las deformaciones necesarias para agarrarse al concreto.
El acero de refuerzo se fabrica en diámetros de 3/8 de pulgada a 11/8 de pulgada en incrementos
de 1/8" conocidas estas varillas como #3 a #11, indicando el diámetro correspondiente en octavos
de pulgada. También se fabrican varillas #14 y #18 principalmente para casos especiales.
Para determinar si una varilla cumple con los requisitos mínimos de diseño debemos cotejar su
diámetro, tamaño y relieve de las deformaciones, capacidad máxima en tensión, punto de
cedencia y elongación permanente.
En el laboratorio determinaremos también el módulo de elasticidad de la varilla midiendo la
elongación elástica según se aplica carga en tensión.
OBJETIVO GENERAL
✓ Estudiar el comportamiento del acero cuando se somete a carga axial.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
✓ Determinar las propiedades mecánicas del acero cuando es sometido a cargas axiales.
✓ Visualizar la resistencia del acero cuando se somete a una fuerza axial tensionante.
✓ Determinar si un material es apto para un determinado uso, en el cual se necesita un nivel de
resistencia óptimo.
✓ Comparar los valores reales contra los teóricos.
✓ Hacer un análisis paso por paso de los fenómenos ocurridos en la práctica de tracción del
acero hasta su ruptura.
ALCANCE
Se realizaron los Ensayo de compresión y tensión de acero, en los cuales se midieron las
deformaciones de los siguientes materiales con sus correspondientes dimensiones:
Datos Iníciales de los ensayos
|MATERIAL |CARGA |ESCALA |LONGITUD |DIAMETRO
|
| |(Kg) |(Ton) |(mm) |(mm) |
|ACERO |200 |0-10 |400 |12.7 |
|ACERO |500 |0-20 |400 |15.875 |
Estos ensayos se realizaron en el laboratorio de resistencia de materiales de la Universidad
Francisco de Paula Santander de Cúcuta el día miércoles 25 de Marzo de 2009 a las 2:00 pm. El
ensayo fue realizado por el señor………………………
Los resultados obtenidos se encontraran de forma teórica, analítica y grafica en el presente.
REFERENCIAS
Laboratorio de resistencia de materiales, departamento de ingenierías, Industrias, mecatrónica,
Universidad de Pamplona.
Ensayo de tensión directa en el acero, Carlos Alberto Santafé, U.F.P.S.
Laboratorio de resistencia de materiales U.F.P.S, libro Resistencia de Materiales de Beer and
Johston tercera Edición.
Normas DIN 50125, ICONTEC, ASTM E8 Ensayo de Tracción directa de los aceros y aleaciones.
Ingeniero Civil: Samuel Medina (profesor de la materia)
IC Msc en Ingeniería Estructural.
PERSONAL
Participamos en el laboratorio los siguientes integrantes:
• Jefferson Smit Rivera
• Mónica Liliana Quintero
• Oscar Mauricio García
Nuestro objetivo fue realizar este laboratorio con el fin de observar y comprender el
comportamiento de los materiales, en este caso el acero, cuando es sometido a tensión.
MATRIALES UTILIZADOS
Dos probetas de acero de refuerzo; una de 400 mm de longitud y ½ pulg de diámetro y otra de 400
mm de longitud y 5/8 de diámetro.
EQUIPOS Y HERRAMIENTAS
Máquina de prueba universal con capacidad de 100 Toneladas, 220459 lb
Máquina Universal.
La máquina de ensayos universales tiene como función comprobar la resistencia de diversos tipos
de materiales. Para esto posee un sistema que aplica cargas controladas sobre una probeta
(modelo de dimensiones preestablecidas) y mide en forma de gráfica la deformación, y la carga al
momento de su ruptura
La connotación de universales significa que se puede probar casi cualquier tipo de material, y
además, en diversos tipos de ensayo, como tensión, compresión, corte, etc.
La máquina posee un sistema hidráulico, para empujar el cilindro que aplica la carga sobre las
probetas. (Ver anexo 1).
Extensómetro.
El extensómetro de varilla se usa para medir deformaciones axiales (comprensión y tracción). Sus
usos principales incluyen monitorear deformaciones para el control de operación de la
construcción (represas, fundaciones, muros de contención, excavaciones subterráneas) y para el
monitoreo de deformaciones de deslizamientos de tierra activos o potencialmente activos. Este
dispositivo está dividido en milésimas de pulgada. Se sujeta a la máquina por medio de un imán.
Calibrador.
Es un instrumento de medida necesario para tomar las dimensiones de la probeta antes y después
del ensayo. El calibrador tiene una exactitud de décimas de pulgadas. (Ver anexo 2)
Probetas.
Las probetas utilizadas tienen formas y dimensiones estandarizadas por la Astm, Din, Icontec. (Ver
anexo 3)
MARCO TEÓRICO
La deformación unitaria axial media se determina a partir del alargamiento medido "d "entre las
marcas de calibración, al dividir d entre la longitud calibrada L0. Si se emplea la longitud calibrada
inicial se obtiene la deformación unitaria nominal (ε).
Después de realizar una prueba de tensión y de establecer el esfuerzo y la deformación para varias
magnitudes de la carga, se puede trazar un diagrama de esfuerzo contra deformación. Tal
diagrama es característico del material y proporciona información importante acerca de las
propiedades mecánicas y el comportamiento típico del material.
En la figura se muestra el diagrama esfuerzo deformación representativo de los materiales
dúctiles. El diagrama empieza con una línea recta desde O hasta A. En esta región, el esfuerzo y la
deformación son directamente proporcionales, y se dice que el comportamiento del material es
lineal. Después del punto A ya no existe una relación lineal entre el esfuerzo y la deformación, por
lo que el esfuerzo en el punto A se denomina límite de proporcionalidad. La relación lineal entre el
esfuerzo y la deformación puede expresarse mediante la ecuación σ = E*ε, donde E es una
constante de proporcionalidad conocida como el módulo de elasticidad del material. El módulo de
elasticidad es la pendiente del diagrama esfuerzo-deformación en la región linealmente elástica y
su valor depende del material particular que se utilice.
[pic]
Diagrama esfuerzo-deformación para el acero estructural
La ecuación σ = E*ε se conoce comúnmente como ley de Hooke.
Al incrementar la carga más allá del límite de proporcionalidad, la deformación empieza a
aumentar más rápidamente para cada incremento en esfuerzo. La curva de esfuerzo deformación
asume luego una pendiente cada vez más pequeña, hasta que el punto B de la curva se vuelve
horizontal. A partir de este punto se presenta un alargamiento considerable, con un incremento
prácticamente inapireciable en la fuerza de tensión (desde B hasta C en el diagrama). Este
fenómeno se conoce como cedencia o fluencia del material, y el esfuerzo en el punto B se
denomina esfuerzo de cedencia o punto de cedencia (o bien, esfuerzo de fluencia o punto de
fluencia). En la región de B hasta C, el material se vuelve perfectamente plástico, lo que significa
que puede deformarse sin un incremento en la carga aplicada. Después de sufrir las grandes
deformaciones que se presentan durante la fluencia en la región BC el material empieza a mostrar
un endurecimiento por deformación. Durante este proceso, el material sufre cambios en sus
estructuras cristalina y atómica, lo que origina un incremento en la resistencia del material a
futuras deformaciones. Por tanto, un alargamiento adicional requiere de un incremento en la
carga de tensión, y el diagrama esfuerzo-deformación toma una pendiente positiva desde C hasta
D. Finalmente la carga alcanza su valor máximo y el esfuerzo correspondiente (en el punto D) se
denomina esfuerzo último. De hecho, el alargamiento posterior de la barra se acompaña de una
reducción en la carga y finalmente se presenta la fractura en un punto E, tal como se indica en el
diagrama.
Se presenta una contracción lateral de la muestra cuando se alarga, lo que origina una reducción
en el área de la sección transversal. La reducción en el área es muy pequeña como para tener un
efecto apreciable en el valor de los esfuerzos calculados antes del punto C, pero más allá de este
punto la reducción comienza a modificar el perfil del diagrama. Desde luego, el esfuerzo real es
mayor que el esfuerzo nominal debido a que se calcula con un área menor.
En la cercanía del esfuerzo último, la disminución del área se aprecia claramente y ocurre un
estrechamiento pronunciado de la barra, conocido como estricción. Si para el cálculo del esfuerzo
se emplea el área de la sección transversal en la parte estrecha del cuello ocasionado por la
estricción, la curva real esfuerzo-deformación seguirá la línea punteada CE’.
La carga total que puede resistir la probeta se ve efectivamente disminuida después de que se
alcanza el esfuerzo último (curva DE), pero esta disminución se debe al decremento en área de la
probeta y no a una pérdida de la resistencia misma del material. En realidad, el material soporta
un aumento de esfuerzo hasta el punto de falla (punto E’). Sin embargo, con fines prácticos la
curva esfuerzo-deformación convencional OABCDE, basada en el área transversal original de la
muestra y que, por lo tanto, se calcula fácilmente, suministra información satisfactoria para
emplearla en el diseño. La ductilidad de un material a tensión puede caracterizarse por su
alargamiento total y por la disminución de área en la sección transversal donde ocurre la fractura.
La elongación porcentual se define como sigue:
[pic]
Donde Lo es la longitud calibrada original y Lf es la distancia entre las marcas de calibración al
ocurrir la fractura.
Descripción teórica de la curva esfuerzo-deformación
El ensayo de tracción sobre una varilla de acero consiste en aplicar una carga axial estática con
crecimiento gradual hasta que se logre la rotura de la varilla, la cual no se produce en el punto de
carga máxima, sino cuando la sección de ésta se reduce hasta un punto débil de rotura.
Zona elástica
Representada por una línea recta que inicia en el origen y finaliza en el punto de fluencia.
El material se distingue por tener un comportamiento elástico. El esfuerzo en cualquier punto de
la zona, σ, se obtiene como el producto del módulo de elasticidad Es y su respectiva deformación
εs.
σ = Es * εs
Cuando εs alcanza su valor máximo en esta zona, εy, el acero fluye y el esfuerzo asociado a dicha
deformación, σy, queda definido por
σy = Es * εy .
Zona de fluencia
Corresponde al tramo comprendido entre la deformación de fluencia, εy, y la deformación al inicio
de la zona de endurecimiento por deformación, εsh. El acero tiene un comportamiento plástico.
Esta zona no es totalmente plana, pero debido a sus pequeñas variaciones puede considerarse
perfectamente horizontal. El esfuerzo en esta zona se puede calcular como:
σs = σy
Zona de endurecimiento por deformación
Se refiere al tramo comprendido entre la deformación final de la plataforma de fluencia, εsh
y la deformación correspondiente al esfuerzo máximo, εsu . En esta zona las deformaciones
aumentan más rápidamente que los esfuerzos, razón por la cual la gráfica toma una forma
curva. Los esfuerzos de esta zona se definen mediante la siguiente expresión:
La deformación se concentra en la zona del cuello, provocando que la carga deje de subir. Al
adelgazarse la probeta la carga queda aplicada en menor área, provocando la ruptura. La figura
muestra la forma de la probeta al inicio, al momento de llegar a la carga máxima y luego de la
ruptura.
[pic]
Formación del cuello y ruptura.
La figura ilustra una probeta al inicio del ensayo indicando las medidas iniciarles necesarias
[pic]
Analizando las probetas después de rotas, es posible medir dos parámetros: El alargamiento final
Lf y el diámetro final Df , que nos dará el área final Af .
[pic]
Medidas después de la rotura.
Estos parámetros se expresan como porcentaje de variación de área y porcentaje de alargamiento
entre marcas, y se calculan según las ecuaciones:
ΔA = Af − A0 / A0
Δl= lf − l0/l0
Ambos parámetros son las medidas normalizadas que definen la ductilidad del material, que es la
capacidad para fluir, es decir, la capacidad para alcanzar grandes deformaciones sin romperse. La
fragilidad se define como la negación de la ductilidad. Un material poco dúctil es frágil. La figura
permite visualizar estos dos conceptos gráficamente:
[pic]
Curvas típicas dúctil y frágil.
La ductilidad es otra importante propiedad mecánica. Es una medida del grado de deformación
plástica que puede ser soportada hasta la fractura. Un material que experimenta poca o ninguna
deformación plástica se denomina frágil. El diagrama tensión-deformación para materiales
dúctiles y frágiles se ilustra esquemáticamente en la figura. La ductilidad puede expresarse
cuantitativamente como alargamiento relativo porcentual, o bien mediante el porcentaje de
reducción de área. El alargamiento relativo porcentual a rotura, %EL, es el porcentaje de
deformación plástica a la rotura, es decir:
%EL =lf − l0 / l0 * 100
Donde lf es la longitud en el momento de la fractura, y l0 es la longitud original de la probeta. El
valor de %EL dependerá del largo original de la probeta, por lo que éste se debe especificar al
mencionar el alargamiento relativo.
[pic]
Representación esquemática de los diagramas de tracción de materiales frágiles y dúctiles
ensayados hasta la fractura.
El porcentaje de reducción de área %AR se define como:
%AR = Af − A0/A0 * 100
Donde A0 es el área de la sección inicial y Af es el área de la sección en el momento de la fractura.
Los valores del porcentaje de reducción de área son independientes de l0 y A0.
Esquema de la Máquina Universal para ensayos de tracción
[pic]
La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad
seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la
carga aplicada, las maquinas están conectadas a un ordenador que registra el desplazamiento y la
carga leída. Si representamos la carga frente al desplazamiento obtendremos una curva como la
mostrada en la figura.
[pic]
Fuerza vs. Alargamiento
La probeta a ensayar se sujeta por sus extremos al cabezal móvil de la máquina de ensayos y a la
célula de carga, respectivamente. Las mordazas se sujeción deben mantener firme a la muestra
durante el ensayo, mientras se aplica la carga, impidiendo el deslizamiento. A su vez, no deben
influir en el ensayo introduciendo tensiones que causen la rotura en los puntos de sujeción. Para
que el ensayo se considere valido la rotura debe ocurrir dentro de la longitud calibrada, en la parte
central de la probeta. A partir de las dimensiones iniciarles de la probeta, se transforman la fuerza
en
tensión y el alargamiento en deformación, que nos permite caracterizar las propiedades
mecánicas que se derivan de este ensayo.
[pic]
TIPOS DE FRACTURA DEBIDO A TENSIÓN
La fractura metálica puede ocurrir después de una intensa deformación plástica que se caracteriza
por una lenta propagación de la grieta, en fracturas dúctiles. La fractura resultante de nuestro
ensayo a tensión depende de la composición y la historia de la varilla.
✓ Los metales y aleaciones dúctiles sufren fracturas de copa parcial. Los aceros templados de
poco contenido de carbono producen esta misma fractura.
✓ Los de alto contenido de carbono producen fracturas de estrella. El hierro fundido que carece
de ductilidad no producen estrechamiento en el área de sección transversal en forma de cuello de
botella.
Para materiales no férreos de tenacidad y ductilidad elevada su fractura se hace a 45°.
[pic]
Definiciones generales (tomadas del ASTM E8-61T)
Probeta: Puede ser cilíndrica o plana, roscada o sin rosca, dependiendo de la cantidad y forma del
material que se tenga disponible.
Ductilidad: La habilidad de un material para deformarse plásticamente antes de fracturarse; éste
puede evaluarse en función de la elongación o reducción de área para la prueba de tensión.
Zona Elástica: Es la zona donde se establece una correlación lineal o cuasilineal entre las tensiones
axiales σ y las deformaciones unitarias ε. El campo de tensiones en que se cumple la correlación
lineal σ = ε.*E es el campo elástico y es la base para el cálculo de elasticidad.
Módulo de Elasticidad (E): Es la constante que correlaciona la tensión y la deformación en el
campo elástico E = ε/ σ. Este módulo cuantifica las tensiones difícilmente medibles a partir de las
deformaciones las cuales pueden medirse sin excesiva dificultad.
Límite de proporcionalidad: Es el esfuerzo máximo en que el esfuerzo y la deformación
permanecen directamente proporcionales. El límite de proporcionalidad es el punto de la primera
inflexión de la línea recta de la curva Esfuerzo Vs Deformación. El valor obtenido para el límite de
proporcionalidad depende de la precisión de las mediciones de esfuerzos y linealidad y de la escala
de la gráfica. Este valor no tiene gran aplicación en los cálculos de ingeniería.
Límite elástico convencional: Es el esfuerzo por conveniencia, al cual se le considera que empieza
la deformación plástica. Este esfuerzo puede especificarse en términos de (a) Una desviación
específica de una relación lineal Esfuerzo-Deformación (b) Una extensión total específica o (c) un
esfuerzo máximo o un mínimo medido durante una fluencia discontinua.
Resistencia a la Tracción: El máximo esfuerzo de tensión al cual el material es capaz de soportar en
la prueba de tensión-deformación en una probeta llevada a fractura.
Punto de Cedencia: Es una propiedad que tienen los aceros blandos no endurecidos y algunas
otras aleaciones. Es una indicación del límite de la acción elástica. El punto de cedencia es un
esfuerzo en el que se produce primero un aumento notable de deformación, sin que haya un
aumento de esfuerzo. En general, los materiales que presentan este comportamiento tienen una
fluencia discontinua.
Fluencia discontinua: Fluctuación de la fuerza observada al inicio de la deformación localizada. No
necesariamente aparece como una línea discontinua.
Esfuerzo de fluencia superior: El primer esfuerzo máximo (primer esfuerzo con pendiente igual a
cero) asociado con una pendiente discontinua.
Elongación del punto de fluencia: La deformación medida desde el primer punto de pendiente
cero en la gráfica esfuerzo deformación hasta el esfuerzo de endurecimiento uniforme. Cubre
todos los puntos de deformación discontinua.
Tenacidad: Es la capacidad de un material para absorber energía hasta el punto de ruptura, y se
determina midiendo el área que queda bajo la curva de esfuerzo-deformación.
Aspecto de fractura: Depende de la composición y el historial de la muestra.
Aplicación de carga y mediciones: Las cargas se aplican ya sea mecánica o hidráulicamente. Las
cargas son realizadas por la máquina universal de Ensayos, se conoce así debido a que puede
adaptarse para realizar adicionalmente ensayos de compresión, curvatura y flexión.
Resilencia: Es la energía absorbida en la zona elástica del material.
FÓRMULAS
Esfuerzo σ = F/A
F es la carga aplicada
A es el área transversal de la probeta y depende de su forma
Deformación: ε = ΔL/L
ΔL = Lf – Li
Li Longitud inicial de la probeta
Lf Longitud final de la probeta, donde ocurre la fractura
Reducción de Área A= ΔA/Ai
ΔA = Ai – Af
Ai Área inicial de la probeta
Af Área final de la probeta, donde ocurre la fractura
Módulo de elasticidad
Se calcula por la pendiente en la zona elástica, bien sea utilizando la fórmula de la pendiente de
E = (σ2 – σ1) M= Y2 – Y1 / X2 -X1
E2 – E1
Ley de Hooke σ = ε*E
σ = Esfuerzo
ε = Deformación unitaria
E = Módulo de elasticidad
Modulo de resilencia: (UR)
UR = σˆ2
2Є
Modulo de tenacidad: (UT) Elemento Dúctil
UT = σLP + σU * Єf
2
σU = Esfuerzo ultimo
Єf = Deformación lineal Total
Єf = Lf – Lo
Lo
Modulo de resilencia: (UR)
UR = σˆ2
2Є
Estricción: (%estricción)
%estricción = Ao – Af * 100 Ao = Área inicial
Ao Af = Área final
CONCLUSIONES
La prueba de tensión brinda información de la resistencia y la ductilidad de materiales bajo
esfuerzos de tensión uniaxiales.
Esta información puede ser de gran ayuda para comparar materiales, desarrollo de aleaciones,
control de calidad y diseño bajo ciertas circunstancias.
Los resultados de las pruebas de tensión de especímenes maquinados a dimensiones
estandarizadas de porciones seleccionadas de una parte o materiales pueden no representar
totalmente la resistencia y ductilidad de todo el producto entero.
Los métodos de prueba son considerados satisfactorios para aceptar pruebas de equipos
comerciales. Los métodos de prueba han sido empleados extensivamente para este propósito.
Del ensayo concluimos que:
Las maquinas que se encuentran en el laboratorio están descalibradas y es por eso que los datos
calculados no son tan exactos.
El modulo de Elasticidad obtenido con los datos del ensayo en el laboratorio no cumple con las
normas establecidas ICONTEC.
ENSAYO DE TENSIÓN DEL ACERO
Probeta 1: Varilla 5/8
Comportamiento: Dúctil.
|Cargas(New) |Deformación(mm) |Esfuerzo(Mpa) |ε unitaria
|
|5000 |1.524 |25.2611 |7.62*[pic] |
|10000 |1.803 |50.522 |9.014*[pic] |
|15000 |2.489 |75.783 |0.012 |
|20000 |3.225 |101.044 |0.161 |
|25000 |3.556 |126.305 |0.017 |
|30000 |4.1402 |151.566 |0.0206 |
|35000 |4.724 |176.827 |0.0236 |
|40000 |5.156 |202.088 |0.024 |
|45000 |5.613 |227.35 |0.028 |
|50000 |6.146 |252.611 |0.03 |
|55000 |6.502 |277.394 |0.032 |
|60000 |6.858 |303.133 |0.034 |
|65000 |7.112 |328.394 |0.0354 |
|70000 |7.467 |353.655 |0.0372 |
|75000 |7.874 |378.916 |0.0392 |
|77000 |8.941 |389.021 |0.0446 |
|80000 |10.287 |404.177 |0.0514 |
|85000 |11.43 |429.439 |0.057 |
|90000 |12.573 |454.7002 |0.0628 |
|95000 |14.097 |479.961 |0.0704 |
|100000 |15.494 |505.222 |0.0774 |
|105000 |17.018 |530.483 |0.085 |
|110000 |19.202 |555.744 |0.096 |
|115000 |21.336 |581.005 |0.106 |
|120000 |23.622 |606.266 |0.118 |
|125000 |27.94 |631.528 |0.1396 |
|130000 |36.423 |656.789 |0.182 |
|133200 |48.641 |672.956 |0.243 |
|135000 |48.387 |682.0503 |0.241 |
A= 1.979*[pic]
Lo=200mm
Probeta 2: Varilla ½
Comportamiento: Dúctil
|Cargas(New) |Deformación(mm) |Esfuerzo(Mpa) |ε unitaria
|
|2000 |0.058 |15.788 |2.9x[pic] |
|4000 |0.147 |31.576 |7.35x[pic] |
|6000 |0.281 |47.364 |1.405x[pic] |
|8000 |0.355 |63.152 |1.775x[pic] |
|10000 |0.482 |78.941 |2.41x[pic] |
|12000 |0.660 |94.729 |3.3x[pic] |
|14000 |0.812 |110.517 |4.06x[pic] |
|16000 |1.028 |126.305 |5.14x[pic] |
|18000 |1.117 |142.093 |5.584x[pic] |
|20000 |1.219 |157.882 |6.095x[pic] |
|22000 |1.346 |173.6702 |6.73x[pic] |
|24000 |1.473 |189.458 |7.365x[pic] |
|26000 |1.574 |205.246 |7.87[pic] |
|28000 |1.676 |221.034 |8.38x[pic] |
|30000 |1.752 |236.823 |8.76x[pic] |
|32000 |1.828 |252.611 |9.14x[pic] |
|34000 |1.981 |268.399 |9.904x[pic] |
|36000 |2.044 |284.187 |0.0102 |
|38000 |2.159 |299.975 |0.0108 |
|40000 |2.26 |315.764 |0.0113 |
|42000 |2.362 |331.552 |0.0118 |
|44000 |2.438 |347.3404 |0.0122 |
|46000 |2.565 |363.126 |0.0128 |
|48000 |2.641 |378.916 |0.0132 |
|50000 |2.743 |394.705 |0.0137 |
|52000 |2.895 |410.493 |0.0144 |
|53500 |3.403 |422.591 |0.01701 |
|54000 |3.581 |426.281 |0.018 |
|56000 |4.038 |442.069 |0.02 |
|58000 |4.546 |457.857 |0.0226 |
|60000 |5.074 |473.646 |0.0252 |
|62000 |5.588 |489.434 |0.0278 |
|64000 |6.1976 |505.2224 |0.0308 |
|66000 |6.832 |521.0106 |0.034 |
|68000 |7.493 |536.798 |0.036 |
|70000 |7.975 |552.587 |0.038 |
|72000 |8.813 |568.375 |0.044 |
|74000 |9.652 |584.163 |0.048 |
|76000 |10.54 |599.951 |0.052 |
|78000 |11.277 |615.739 |0.056 |
|80000 |12.090 |631.528 |0.06 |
|82000 |13.208 |647.316 |0.066 |
|84000 |14.859 |663.104 |0.074 |
|86000 |16.51 |678.104 |0.082 |
|88000 |17.907| |694.68 |0.088 |
|90000 |21.59 |710.469 |0.106 |
|92000 |30.734 |726.257 |0.152 |
|92400 |38.100 |729.414 |0.19 |
A = 1.979[pic] [pic] 197.9[pic]
Lo=200mm
ANEXOS
ANEXO 1
[pic]
Máquina Universal de Ensayos
ANEXO 2
[pic]
Calibrador o Pie de rey
ANEXO 3
[pic]
Tipos de probeta
ANEXO 4
[pic]
Probeta después de ser sometida a tensión
ANEXO 5
[pic]
Fractura de la probeta de acero sometida a tensión
ANEXO 6
[pic]
Gráficas resultantes de tensión y compresión del acero
|UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
|
|Facultad de ingenierías: programa de ingeniería Civil |
| Unidad de Resistencia de materiales. |
|Ensayo de Tensión en el acero |
| | | | | |
|Lab de Resistencia de Materiales |Práctica: |1 |Tema: |Ensayo de Tensión del
acero |
TOMA DE DATOS
CARACTERISTICAS DEL MATERIAL A ENSAYAR
ACERO
▪ Composición química: aleación de hierro mezclado con carbono
▪ Dimensiones.
| |LONGITUD |DIAMETRO |
| | | |
|PROBETA 1 |0.4 m |15.9 |
| | | |
|PROBETA 2 |0.4 m |12.7 |
CONDICIONES DE ENSAYO
LUGAR: Laboratorio de Resistencias U.F.P.S.
REGISTRO DE CONDICIONES MEDIO-AMBIENTALES: Temperatura Ambiente.
MANIPULACIÓN DE LA PROBETA: Según Normas NTC 2289, NTC2, DIM 50145.
PROCEDIMIENTO
La muestra (probetas) en el ensayo a tensión son: una varilla de acero corrugado de 40 cm de
longitud y 5/8” (1.5875cm) de diámetro
Y una varilla de 40 cm de longitud y ½” de diámetro. Antes de someter la varilla a tensión, deben
conocerse las dimensiones de las probetas; estas se evalúan con la ayuda del calibrador y metro.
Se toma la mitad de la longitud de la muestra, se mide 10 cm arriba y abajo dejando Lo= 20 se
marcan estos puntos principales. Montamos la varilla en la máquina de ensayos, la entre marcas
debe quedar en la parte central entre las mordazas. La fractura debe ocurrir entre el tercio central
de la distancia entre las marcas, de no de no ser así el ensayo será inválido.
Se sujeta el deformímetro de doble carátula a la probeta y el extensómetro al puente movible de
la máquina de ensayo para establecer su alargamiento al momento de la fractura, generalmente
se aplica sobre la probeta una pequeña carga inicial antes de poner los deformímetros en posición
0.
Una vez dispuestos los deformímetros y la máquina en posición, se aplica una carga a una
velocidad deseada para el material según el requerimiento de las normas DIN 50145 cuando sea
tensionada la muestra se mide y se registra la carga de tensión, o sea; el alargamiento se mide en
forma simultánea con la lectura de carga hasta que ocurra la fractura. El deformímetro de doble
carátula sujeto a la probeta debe retirarse cuando el material entre en fluencia para prevenir que
se dañe cuando falle ésta.
Durante el ensayo se miden elongación de la probeta y carga aplicada; con esos datos se calculan
tensiones y deformaciones (ingenieriles) y se traza la curva correspondiente.
De la curva se obtienen el módulo elástico, la tensión de fluencia, la tensión máxima y la
deformación ingenieril a fractura (como una medida de la ductilidad).
Después de la fractura, la longitud final y la sección se usan para calcular elongación porcentual y
reducción de área porcentual, que indican ductilidad del material.
De la carga y elongación se calculan tensiones verdaderas y deformaciones verdaderas, que sirven
para caracterizar el comportamiento del material en la región elastoplástica.
Análisis de la gráfica
En la gráfica hecha se puede analizar que a medida que incrementa la carga después del límite de
proporcionalidad, la deformación aumenta rápidamente para cada incremento de esfuerzo; la
curva de la gráfica toma una pendiente cada vez más pequeña, sigue disminuyendo hasta su
fractura, obteniendo una plasticidad perfecta.
[pic]
AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Por qué se dice que el diagrama de esfuerzo deformación no es real?
La curva tensión-deformación del ingeniero no proporciona una indicación de las características de
deformación de un metal, porque esta basado sobre las dimensiones iniciales de la probeta y estos
cambian constantemente durante el ensayo, además el metal dúctil sometido a tensión sufre
estricción localizada durante la ultima fase del ensayo, por lo cual la carga requerida para la
deformación disminuye en esta fase, a causa de que el área de la sección transversal de la probeta
se va reduciendo rápidamente. La tensión media, basada en la sección inicial, también disminuye
produciéndose un descenso en la curva después de la carga máxima. Sin embargo, por otra parte,
realmente el metal continua endureciéndose por deformación hasta que produce la ruptura de
modo que también debería aumentar la tensión requerida para producir mayor deformación.
2. Consulte y explique en forma completa las diferencias entre esfuerzo-deformación
convencional y esfuerzo-deformación verdadero o real.
Para la construcción de la curva esfuerzo-deformación del Ingeniero, también llamada
convencional, con los datos obtenidos, longitud inicial y final Lo y Lf, diámetro inicial y final Do y
Df, de la probeta y la tabla de datos, se construye la curva esfuerzo-deformación unitarias es decir
diviendolas por su longitud inicial y las cargas dividiéndolas por el área inicial para reducirlas a
esfuerzos. Estos nuevos datos se grafican en un sistema de coordenadas rectangulares tomando
como abscisas las deformaciones y como ordenadas los esfuerzos y uniendo los puntos así
obtenidos por una curva.
En la construcción de la curva esfuerzo-deformación real, si se usa la tensión real σ, basada en el
área instantánea de la sección transversal de la probeta, se encuentra que esta curva asciende
hasta producir la fractura. Si la medida de la deformación es también instantánea la curva
obtenida se conoce también como curva real de esfuerzo o curva de fluencia puesto que
representa las características del flujo plástico del material. La tensión se define como la fuerza
por unidad de área instantánea:
[pic]
y la deformación real se define como:
[pic]
[pic]
σ
CONVENCIONAL
CORRECCION POR ESTRICCION
REAL
δ
3. ¿Qué pasa a nivel microestructural antes, durante y después del esfuerzo de fluencia?
El punto de fluencia es una característica muy importante para materiales tales como el acero.
Para esta fatiga la probeta alarga una cantidad considerable sin aumentar la carga.
Se puede decir que antes del esfuerzo de fluencia se encuentra el límite de proporcionalidad, allí la
probeta experimenta, según el Congreso internacional de Bruselas (1906), una fatiga extensora y
una deformación permanente. Durante el esfuerzo de fluencia, la probeta experimenta una fatiga
donde se alarga una cantidad considerable sin aumentar la carga; pero algunas veces, dicho punto
de fluencia viene acompañado de un descenso brusco que se puede observar en una grafica de σ
Vs δ en el acero, hecha convencionalmente.
4. ¿Qué pasa a nivel microestructural durante la inflexión de la grafica?
Durante la inflexión de la grafica,
a
b
En este caso los valores de la carga en a y b, se denominan límite superior e inferior,
respectivamente.
La posición del límite superior de fluencia varía mucho con la velocidad del ensayo. El punto
inferior de fluencia se considera corrientemente como una verdadera característica del material y
puede servir de base para determinar las fatigas de trabajo.
6. Explique brevemente en que consiste el procedimiento a seguir en un ensayo de tensión
directa en el acero.
• Fijar la longitud del ensayo. Lo = longitud entre marcas.
• Colocar la Probeta entre las mordazas de la maquina Universal.
• Graduar la velocidad de aplicación.
• Colocar y ajustar el extensómetro, y ajustar el reloj dinamómetro.
• Accionar la maquina Universal e ir tomando lecturas de carga y de deformación.
• Tomar los datos del diámetro final, longitud total final.
7. Nombre el equipo necesario para realizar la practica de tensión directa en el acero.
• Maquina Universal de ensayos. Escala 0:20 Ton.
• Extensómetro.
• Calibrador
• Probeta.
8. Consulte y explique los diferentes tipos de probetas que se pueden utilizar según las normas
existentes, para la práctica de tensión directa en el acero.
Para realizar los ensayos de tensión se suelen utilizar diferentes modelos de probetas tales como:
Probeta americana
Probeta inglesa
Probeta francesa
Probeta alemana corta
Probeta alemana larga
Las resistencias, límite de elasticidad y estricción que se obtienen utilizando las diferentes clases
de probetas son iguales. En cambio, los alargamientos no son comparables debido a que estos
dependen de la relación que hay entre la longitud entre trazos y el diámetro o sección de la
probeta.
10. Consulte y explique las normas sobre velocidad de aplicación de la carga para la prueba de
tensión directa en el acero y aleaciones.
Según la norma ICONTEC NTC 2, parágrafo 6.8.3 Velocidad de la maquina:
6.8.3.1 Para alambres la velocidad de aplicación de carga en ningún caso será mayor de 10
Kgf/mmˆ2 por segundo.
6.8.3.2 Cuando se determina el limite elástico o limite convencional de elasticidad, la velocidad de
aplicación de la carga no deberá producir un incremento de esfuerzo mayor de 1 Kg/mmˆ2 por
segundo, desde el comienzo del ensayo hasta que se alcance el limite de elasticidad en el caso de
probetas de alambre y para los demás tipos de probetas la velocidad de aplicación de la carga no
deberá producir un incremento de esfuerzo mayor de 1Kgf/mmˆ2 por segundo a partir de
5Kgf/mmˆ2 por segundo hasta que alcance el limite de elasticidad.
6.8.3.3 PERIODO ELASTICO: En este periodo la velocidad de la maquina no debe ser superior al
40% de la longitud entre marcas, por minuto. Cuando se ensayan aceros de resistencia nominal
inferior a 110 Kgf/mmˆ2 y cuando no se trata de determinar su límite elástico, la velocidad puede
alcanzar, en el periodo elástico el límite que se ha fijado para el periodo plástico.
6.8.3.4 En ambos periodos la velocidad debe ser tan uniforme como sea posible y la variación de
velocidad debe hacerse progresivamente y sin choques.
ENSAYO DE TENSIÓN DEL ACERO
LABORATORIO DE TENSIÓN DEL ACERO
JEFFERSON SMIT RIVERA
MÓNICA LILIANA QUINTERO
OSCAR MAURICIO GARCÍA
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERÍAS
PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL
SAN JOSÉ DE CÚCUTA
2009
LABORATORIO DE TENSIÓN DEL ACERO
JEFFERSON SMIT RIVERA
COD: 1110020
MÓNICA LILIANA QUINTERO
COD: 1110026
OSCAR MAURICIO GARCÍA
COD: 1110014
ING: SAMUEL MEDINA JAIMES
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERÍAS
PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL
SAN JOSÉ DE CÚCUTA