INTRODUCCION
El presente informe de Laboratorio se refiere al estudio del comportamiento mecánico de los materiales, caracterizado mediante pruebas de laboratorio realizadas sobre muestras o probetas, específicamente los ensayos a estudiar en este caso son de tracción, impacto, esfuerzo cortante, compresión, flexión y dureza analizados sobre diferentes tipos de materiales. El comportamiento de los materiales es un tema básico y de suprema importancia en el campo de la Ingeniería civil, pues nos da la pauta para predecir el desempeño físico de las estructuras bajo la acción de cargas aplicadas sobre ellas. Es conocido que las características mecánicas de cada material están estrechamente ligadas al concepto de esfuerzo y deformación. Si logramos determinar estas cantidades para todos los valores de las cargas incluyendo las que causan la falla, tendremos una representación completa del comportamiento mecánico de esas estructuras y la base para realizar un diseño óptimo de las mismas. El conocer las características mecánicas de determinado material (resistencia, dureza, rigidez, ductilidad) mediante la interpretación de los resultados que arrojen los distintos ensayos efectuados, nos permitirá tener un criterio de selección conforme a las necesidades de resistencia, calidad y economía que se requieran. Por todo lo anteriormente mencionado es evidente la importancia que tienen las pruebas de laboratorio como pilar fundamental para el conocimiento a pleno de las características basica que identifican a los diferentes materiales usados para la construcción de estructuras, tanto en su etapa de diseño como de construcción.
OBJETIVO GENERAL
Identificar las principales propiedades mecánicas que caracterizan cada uno de los materiales objetos de estudio, mediante la ejecución de los distintos tipos de ensayos de laboratorio, basados en los datos numéricos arrojados, la aplicación de las fórmulas matemáticas que definen cada propiedad y el posterior análisis e interpretación de los resultados obtenidos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar el comportamiento mecánico de un material a partir de la capacidad de este para resistir cargas antes de llegar a la falla. Diferenciar las diferentes tipos de fracturas que ocurren en los materiales de acuerdo a la falla presentada. Realizar la comparación entre materiales basados en sus características mecánicas. Identificar los diferentes tipos de materiales de construcción usados como materia prima en las estructuras convencionales que conocemos. Identificar y aprender el funcionamiento de los diferentes tipos de equipos usados para cada una de las prácticas de laboratorio respectivas.
LISTA DE SIMBOLOS
A
área
%L
alargamiento porcentual
A0
área de la sección transversal inicial
%A
porcentaje de estricción
FP
carga al límite de proporcionalidad
Fe
carga al límite elástico
Fs
carga al límite superior de fluencia
Fu
carga en el momento de rotura
Fm
carga máxima soportada por la probeta
D
diámetro
d0
diámetro inicial
du
diámetro después de la rotura
r
radio
L
longitud
L0
longitud inicial
V
fuerza cortante
LF
longitud final
τ
esfuerzo cortante
LU
longitud entre marcas de referencia después de la rotura
I
momento de inercia
M
momento flector
Lc
longitud calibrada
δ
deflexión
h
altura
E
energía
h0
altura inicial
α
ángulo
hf
altura final
b
base
ε
deformación unitaria
σF
esfuerzo de fluencia
σt
esfuerzo de tracción
σf
esfuerzo de rotura
σb
esfuerzo de aplastamiento
E
módulo de elasticidad
GLOSARIO
Esfuerzo: Es la resistencia que ofrece un área unitaria (A) del material del que está hecho un miembro para una carga aplicada externa (fuerza, F).
Esfuerzo Máximo: Es la máxima ordenada en la curva esfuerzo-deformación.
Esfuerzo de Tensión: Es aquel que tiende a estirar el miembro y romper el material. Donde las fuerzas que actúan sobre el mismo tienen la misma dirección, magnitud y sentidos opuestos hacia fuera del material.
Esfuerzo de Compresión: Es aquel que tiende aplastar el material del miembro de carga y acortar al miembro en sí. Donde las fuerzas que actúan sobre el mismo tienen la misma dirección, magnitud y sentidos opuestos hacia dentro del material.
Esfuerzo Cortante: Este tipo de esfuerzo busca cortar el elemento, esta fuerza actúa de forma tangencial al área de corte.
Deformación: Se refiere a los cambios en las dimensiones de un miembro estructural cuando se encuentra sometido a cargas externas.
Deformación Unitaria: La deformación unitaria, se puede definir como la relación existente entre la deformación total y la longitud inicial del elemento, la cual permitirá determinar la deformación del elemento sometido a esfuerzos de tensión o compresión axial.
Fuerzas de tensión o tracción: La fuerza aplicada intenta estirar el material a lo largo de su línea de acción.
Fuerza de Flexión: Las fuerzas externas actúan sobre el cuerpo tratando de “doblarlo”, alargando unas fibras internas y acortando otras.
Fuerzas de compresión: la Fuerza aplicada intenta comprimir o acotar al material a lo largo de su línea de acción.
Fuerza de Cizalladura o cortadura: Las fuerzas actúan en sentidos contrarios sobre dos planos contiguos del cuerpo, tratando de producir el deslizamiento de uno con respecto al otro.
Coeficiente de Poisson: Cuantifica la razón entre el alargamiento longitudinal y el acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de la fuerza.
Cizallado: El cizallado es la fuerza interna que desarrolla un cuerpo como respuesta a una fuerza cortante, esta es tangencial a la superficie sobre la que actúa, es una deformación lateral que se produce por un esfuerzo de corte.
Rigidez: La rigidez es la capacidad de un objeto material para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones y/o desplazamientos. Los coeficientes de rigidez son magnitudes físicas que cuantifican la rigidez de un elemento resistente bajo diversas configuraciones de carga. Normalmente las rigideces se calculan como la razón entre una fuerza aplicada y el desplazamiento obtenido por la aplicación de esa fuerza.
Elasticidad: Es la propiedad de un material que le permite regresar a su tamaño y formas originales, al suprimir la carga a la que estaba sometido. Esta propiedad varía mucho en los diferentes materiales que existen. Para ciertos materiales existe un esfuerzo unitario más allá del cual, el material no recupera sus dimensiones originales al suprimir la carga. A este esfuerzo unitario se le conoce como Límite Elástico.
Plasticidad: Un material completamente plástico es aquel que no regresa a sus dimensiones originales al suprimir la carga que ocasionó la deformación.
Ductilidad: Capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material, bajo la acción de una fuerza.
Resiliencia: La Resiliencia es la magnitud que cuantifica la cantidad de energía que un material puede absorber al romperse por efecto de un impacto, por unidad de superficie de rotura.
Tenacidad: La tenacidad es la energía total que absorbe un material antes de alcanzar la ruptura, por la presencia de una carga.
Dureza: Se llama dureza al grado de resistencia al rayado que ofrece un material. La dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Se evalúa convencionalmente por dos procedimientos. El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta de determinada geometría.
Diagrama esfuerzo- Deformación unitaria: Es la curva resultante graficada con los valores del esfuerzo y la correspondiente deformación unitaria en el espécimen calculado a partir de los datos de un ensayo de tensión o de compresión.
Límite de proporcionalidad: Valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada. Es un segmento de recta
rectilíneo, de donde se deduce la tan conocida relación de proporcionalidad entre la tensión y la deformación enunciada en el año 1678 por Robert Hooke. Cabe resaltar que, más allá la deformación deja de ser proporcional a la tensión.
Límite de fluencia: Es aquel donde en el aparece un considerable alargamiento o fluencia del material sin el correspondiente aumento de carga que, incluso, puede disminuir mientras dura la fluencia. Sin embargo, el fenómeno de la fluencia es característico del acero al carbono, mientras que hay otros tipos de aceros, aleaciones y otros metales y materiales diversos, en los que no manifiesta.
Módulo de elasticidad o Módulo de Young: Es la pendiente de la parte recta diagrama “Esfuerzo-Deformación unitaria” por consiguiente, la constante de proporcionalidad entre esfuerzo y la deformación unitaria.
Fluencia: Es cuando un aumento en el esfuerzo más del límite elástico provocara un colapso de material y causara que se deforme permanentemente.
Estricción: Es la reducción de la sección que se produce en la zona de la rotura.
Alargamiento de rotura: Es el incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento.
Clivaje: Es el responsable de la mayoría de las fracturas transgranulares frágiles. Se produce por la separación de planos cristalográficos bien definidos.
IMPACTO EN METALES Asignatura: Resistencia de Materiales Facultad de Ingeniería 1, 2, 3, 4,5 Programa de Ingeniería Civil Universidad del Magdalena
RESUMEN Los ensayos dinámicos son realizados para valorar la capacidad de resistencia de los materiales metálicos a las cargas de impacto (tenacidad) y determinar su tendencia a la destrucción frágil. La velocidad de deformación en el caso de los ensayos dinámicos supera en varios órdenes a la velocidad de deformación en los ensayos estáticos. Los péndulos de impacto clásicos determinan la energía absorbida en el impacto por una probeta estandarizada, midiendo la altura de elevación del martillo del péndulo tras el impacto. Dentro de los métodos de mayor aplicación encontramos el ensayo de impacto de Charpy, el ensayo de impacto de Izod y el ensayo de tracción por impacto. Los ensayos de impacto también se realizan sometiendo las probetas a varios golpes de intensidad creciente, como en el ensayo de impacto con caída de bola y el ensayo de impacto con golpe repetido. La resilencia al impacto y la dureza con rebote de proyectil se determinan en ensayos de impacto no destructivos.
Impacto, proyectil.
tenacidad,
choque,
resilencia,
péndulo,
KEY WORDS Impact, tenacity, shock, resilience, pendulum, rocket.
OBJETIVO GENERAL
Determinar la capacidad que posee un material para absorber energía antes de fracturarse bajo la acción de una carga de impacto.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Calcular a través de la realización del ensayo de impacto Charpy la resilencia que poseen algunos materiales.
Establecer la diferencia entre la capacidad para absorber energía que poseen distintos materiales ensayados mediante el método de impacto Charpy.
Conocer e identificar el ensayo tipo Charpy y todo lo que éste conlleva en cuanto a soportes de probetas, martillos de golpeo, ubicación de las probetas, dimensiones, etc.
Conocer el funcionamiento general de la máquina de pruebas de impacto.
ABSTRACT The dynamic tests are performed to assess the resilience of metal materials to impact loads (tenacity) and determine their tendency to brittle destruction. Strain rate in the case of dynamic tests exceeds by several orders of the strain rate in the static tests. The classic impact pendulums determine the energy absorbed in the impact of a standardized specimen by measuring the lift height of the pendulum hammer after impact. In most application methods found the Charpy impact test, the Izod impact test and tensile test by impact. Impact tests are also performed by subjecting the specimens to various shocks of increasing intensity, as in the impact test and the falling ball impact test repeated blow. Impact resilience and rebound hardness are determined projectile impact tests nondestructive.
MARCO TEORICO
PALABRAS CLAVES
La energía se define físicamente como el producto de una fuerza por una distancia. El área bajo un diagrama de esfuerzo - deformación representa la energía requerida para fracturar el material. Un material que es muy resistente y tiene gran ductilidad (puede soportar una gran cantidad de deformación antes de romperse) absorberá una gran cantidad de energía durante la
fractura y por esto se dice que es un material tenaz. Si la fractura ocurre con muy poca deformación se requiere muy poca energía y se dice que es frágil.
materiales utilizados, diferenciando la falla que distingue a cada uno de ellos.
2. DESCRIPCION DEL PROBLEMA La tenacidad es una medida de la cantidad de energía que un material puede absorber antes de fracturar. Evalúa la habilidad de un material de soportar un impacto sin fracturarse. Esta propiedad se valora mediante una prueba sencilla en una máquina de ensayos de impacto. Hay dos métodos diferentes para evaluar esta propiedad. Se denominan ensayos de Charpy y ensayo de Izod. La diferencia entre los dos radica en la forma como se posiciona la muestra. La probeta que se utiliza para ambos ensayos es una barra de sección transversal cuadrada dentro de la cual se ha realizado una talla en forma de V.
MATERIALES Y EQUIPOS
Péndulo electrónico para pruebas tipo Charpy (Figura 1.) Probeta normalizada de Aluminio con entalle en “V” (Figura 1.) Probeta normalizada de fundición con entalle en “V” (Figura 1.)
Esta probeta se sostiene mediante mordazas paralelas que se localizan de forma horizontal en el ensayo tipo Charpy y de forma vertical en el ensayo tipo Izod. Se lanza un pesado péndulo desde una altura h conocida, este péndulo golpea la muestra al descender y la fractura. Si se conoce la masa del péndulo y la diferencia entre la altura final e inicial, se puede calcular la energía absorbida por la fractura. El ensayo de impacto genera datos útiles cuantitativos en cuanto a la resistencia del material al impacto. La energía necesaria para romper un material durante un ensayo de impacto, no siempre se relaciona con la resistencia a la tensión. En general, los metales que tienen alta resistencia y a la vez gran ductilidad, tienen buena tenacidad a la tensión. Sin embargo, este comportamiento cambia cuando las velocidades de deformación son altas. Así, dicha velocidad puede desplazar la transición de dúctil a frágil.
Figura 1. Materiales y equipos ensayo de impacto.
PROCEDIMIENTO 1.
Subir el brazo de la maquina a la posición de máxima altura y fijarlo con el gancho de seguridad.
2.
Colocar la probeta en los apoyos de la máquina de tal modo que reciba el impacto del péndulo sobre la cara opuesta a la entalladura.
3.
Bajar lentamente el péndulo y asegurarse de que el plano de simetría de la probeta coincida con el plano de oscilación del péndulo.
4.
Llevar el péndulo nuevamente a la posición inicial.
1. INTRODUCCION En esta práctica de laboratorio se tiene como propósito principal obtener la capacidad que tienen los materiales ensayados para absorber energía mediante la aplicación de cargas de impacto. Los ensayos de impacto determinan, pues, la fragilidad o capacidad de un material de absorber cargas instantáneas, por el trabajo necesario para producir la fractura de la probeta de un solo impacto. Para esto emplearemos el método de ensayo de Charpy, conoceremos el funcionamiento del péndulo electrónico usado en dicho ensayo y obtendremos los parámetros que nos dan pie para el cálculo de la energía que cada probeta absorbe antes de llegar a su punto de falla, aplicaremos las ecuaciones matemáticas que relacionan la energía tanto cinética como potencial a fin de calcular dicha capacidad de absorción. Finalmente realizaremos un análisis comparativo entre los diferentes tipos de
3. ANALISIS Y RESULTADOS Ecuaciones:
En la figura 2. Se esquematiza un péndulo con las diferentes variables que intervienen para el proceso de cálculo matemático:
∝0 = 150° Dimensiones de la probeta: Fundición
Aluminio
𝑎 = 7.55 𝑚𝑚
𝑎 = 7.50 𝑚𝑚
𝑏 = 9.75 𝑚𝑚
𝑏 = 9.75 𝑚𝑚
Perdidas por fricción:
𝐸𝑓 = 1.375 𝐽 Cálculos (Probeta Fundición): Figura 2. Variables asociadas al cálculo.
Calculo de la altura 𝑯𝟏 aplicando al Ec.(2):
𝐻1 = 𝑅 + 𝑥
(1)
𝐻1 = 748.5 𝑚𝑚 (1 + 𝑠𝑒𝑛(150° − 90°))
𝐻1 = 𝑅(1 + 𝑠𝑒𝑛(∝ −90°))
(2)
𝐻1 = 748.5𝑚𝑚 (1 + 𝑠𝑒𝑛(60°))
𝐻2 = 𝑅 − 𝑦
(3)
𝐻1 = 1396.72 𝑚𝑚
𝐻2 = 𝑅(1 − 𝑐𝑜𝑠(∝2 ))
(4)
𝑥 = 𝐻1 − 𝑅
(5)
𝑥 = 1396.72 𝑚𝑚 − 748.5 𝑚𝑚
∝2 = 𝐴𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 𝑅
(6)
𝑥 = 648.2 𝑚𝑚
𝐻3 = 𝐻1 − 𝐻2
(7)
𝑥
(8)
Relación entre la energía absorbida por área (K):
𝐾=
𝐸𝐴𝐵𝑆 𝐴
(9)
Datos:
Calculo del ángulo∝𝟐 aplicando al Ec.(6): :
648.2 𝑚𝑚 748.5 𝑚𝑚
∝2 = 𝐴𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛(0.866) ∝2 = 59°
Calculo de la altura 𝑯𝟐 aplicando al Ec.(4):
𝐻2 = 748.5 𝑚𝑚 (1 − 𝑐𝑜𝑠(59°))
Peso del péndulo (W): 𝑊 =𝑚∗𝑔
Calculo de la altura x aplicando al Ec.(5): :
∝2 = 𝐴𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛
Energía absorbida
𝐸𝐴𝐵𝑆 = 𝑊 ∗ 𝐻3
(10)
𝐻2 = 362.9 𝑚𝑚
Calculo de la altura 𝑯𝟑 aplicando al Ec.(7):
𝐸 = 450 𝐽
𝐻3 = 1396.72 𝑚𝑚 − 362.9 𝑚𝑚
𝑅 = 748.5 𝑚𝑚
𝐻3 = 1033.82 𝑚𝑚
𝑀 = 33.05 𝐾𝑔
Calculo del peso del péndulo (W) aplicando al Ec.(10): :
𝑊 =𝑚∗𝑔 𝑊 = 33.05 𝑘𝑔 ∗ 9.8
∝2 = 𝐴𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 𝑚 𝑠2
∝2 = 𝐴𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛(0.866)
𝑊 = 323.89 𝑁
∝2 = 59°
Calculo de la energía absorbida aplicando al Ec.(8)::
𝐻2 = 362.9 𝑚𝑚
𝐸𝐴𝐵𝑆 = 334.84 𝐽
𝐾=
Calculo de la altura 𝑯𝟐 aplicando al Ec.(4):
𝐻2 = 748.5 𝑚𝑚 (1 − 𝑐𝑜𝑠(59°))
𝐸𝐴𝐵𝑆 = 323.89 𝑁 ∗ 1.03382 𝑚
648.2 𝑚𝑚 748.5 𝑚𝑚
Calculo de la relación entre la energía absorbida por área (K) aplicando al Ec.(9): :
Calculo de la altura 𝑯𝟑 aplicando al Ec.(7):
𝐻3 = 1396.72 𝑚𝑚 − 362.9 𝑚𝑚
334.84 𝐽 7.55 𝑚𝑚 ∗ 9.75 𝑚𝑚
𝐻3 = 1033.82 𝑚𝑚
𝐾 = 4.549 𝐽/𝑚𝑚2
Calculo del peso del péndulo (W) aplicando al Ec.(10): :
𝑊 =𝑚∗𝑔 Cálculos (Probeta Aluminio):
𝑊 = 33.05 𝑘𝑔 ∗ 9.8
Calculo de la altura 𝑯𝟏 aplicando al Ec.(2):
𝑊 = 323.89 𝑁
𝐻1 = 748.5 𝑚𝑚 (1 + 𝑠𝑒𝑛(150° − 90°))
𝐻1 = 748.5𝑚𝑚 (1 + 𝑠𝑒𝑛(60°)) 𝐻1 = 1396.72 𝑚𝑚
Calculo de la energía absorbida aplicando al Ec.(8)::
𝐸𝐴𝐵𝑆 = 323.89 𝑁 ∗ 1.03382 𝑚 𝐸𝐴𝐵𝑆 = 334.84 𝐽
Calculo de la altura x aplicando al Ec.(5): :
𝑥 = 1396.72 𝑚𝑚 − 748.5 𝑚𝑚
𝑥 = 648.2 𝑚𝑚
𝑚 𝑠2
Calculo de la relación entre la energía absorbida por área (K) aplicando al Ec.(9): :
𝐾=
Calculo del ángulo∝𝟐 aplicando al Ec.(6): :
334.84 𝐽 = 4.579 𝐽/𝑚𝑚2 7.50 𝑚𝑚 ∗ 9.75 𝑚𝑚
Tabla 1. Resumen de resultados prueba de impacto
MATERIAL
𝑨(𝐦𝐦𝟐 )
𝑯𝟏 (𝒎𝒎)
𝑯𝟐 (𝒎𝒎)
𝑯𝟑 (𝒎𝒎)
𝑬𝑨𝑩𝑺 (𝑱)
𝑲(𝑱/𝒎𝒎𝟐 )
Fundición
73.612
1396.72
362.9
1033.82
334.84
4.549
Aluminio
73.125
1396.72
362.9
1033.82
334.84
4.579
4. EVALUACION
1.
Calcular la energía absorbida para cada probeta.
5.
Dibujar la forma de la fractura típica de un material dúctil y de un material frágil. Diferenciar entre las características de cada una.
Ver tabla 1. 2.
Calcular la energía absorbida por unidad de área para cada una de las probetas.
Ver tabla 1. 3.
Determinar cual material absorbe mayor energía por unidad de área y como afecta el porcentaje de carbono a la tenacidad.
El aluminio absorbe mayor energía por unidad de área. El termino tenacidad a la fractura significa, en un sentido amplio, la resistencia característica a la fractura de una probeta entallada, esto significa energía absorbida cuando nosotros ejecutamos un ensayo de impacto el factor que afecta la tenacidad de entalla de un acero de bajo carbono y un acero de baja aleación son: Composición química, Microestructura, Tamaño de grano, Grado de trabajado en frio y envejecimiento La tenacidad de la entalla puede ser incrementada bajando el contenido de carbono e incrementando el contenido de manganeso. El contenido de carbono tiene una decidida influencia en el comportamiento de la energía. Los elementos que incrementan la tenacidad de entalla son: Níquel, Aluminio, Titanio y como ya se mencionó el Manganeso. Por el contrario el Carbono, Fosforo y Azufre decrecen la tenacidad de entalla. Cabe resaltar que en un acero de bajo Carbono, la tenacidad de entalla disminuye debido al trabajado en frio y subsecuente envejecimiento. 4.
Fractura frágil La fractura frágil es una particularidad de los materiales que tienen estructura cristalina cubica de cuerpo centrado y hexagonal. Estos materiales tienen suficiente ductilidad alrededor de la temperatura ambiente, pero se vuelven frágiles como un vidrio o una cerámica a bajas temperaturas. Este fenómeno se llama fractura frágil. La superficie de fractura frágil está caracterizada por dos tipos de marcas llamadas “V-Shapped Chevron” (figura 3) y “River Patterns” (figura 4)
Figura 3. Marcas de V Chevron
Analizar la fractura de cada probeta y determine las características de cada una.
La fractura presentada por la probeta de aluminio tuvo las características de una fractura del tipo frágil, presentando las siguientes características:
Muy poca plasticidad. La grieta es inestable, se propaga sin que haya un aumento de tensiones a velocidades muy elevadas. Generalmente la superficie de la fractura es plana y normal a la dirección del esfuerzo máximo. La carga de falla es muy pequeña comparado con la de fluencia. La grieta a menudo avanza por clivaje.
Figura 4 patrones tipo River Patterns
Fractura dúctil Está caracterizada por una gran deformación plástica en la vecindad de la punta de fisura. La fractura dúctil al presentar presencia de deformación plástica da aviso que la fractura será inminente permitiendo que se tomen medidas preventivas. En la figura 5 ilustramos cada una de las fracturas, de esta manera dimensionamos de manera óptima las características de cada una de ellas.
mordaza. En el otro extremo de la probeta se fija una suspensión en forma de yugo. Durante el ensayo, el martillo del péndulo arrastra el yugo y ejerce carga sobre la probeta en dirección a la tracción hasta su ruptura. Una parte de la energía del péndulo se absorbe para poner el yugo en marcha. La otra parte de la energía se absorbe con la deformación de la probeta. Los resultados de otros ensayos con esta combinación péndulo / yugo son directamente comparables entre sí. Para combinaciones distintas, las normas definen procedimientos de corrección que posibilitan una comparación aproximada. 7.
Describir los tipos de probetas utilizados en el ensayo de impacto. Incluir las dimensiones estándar de cada una.
La probeta normalizada debe tener 56 mm de longitud y los lados de la sección cuadrada deben tener 10 mm. En el centro de la longitud debe haber una entalla en "V" de 45° incluido el ángulo, 2 mm de profundidad y 0,25 mm de radio de la raíz. Si la probeta normalizada no se puede obtener del material, se debe utilizar una de las probetas sustitutas, con un ancho de 7,5 mm o 5 mm,(véase tabla 2), cortando la entalla en una de las superficies angostas.
Todas las probetas de ensayo deben estar totalmente maquinadas.
El plano de simetría de la entalla debe ser perpendicular al eje longitudinal de la probeta. Las tolerancias en las dimensiones especificadas de las probetas deben ser las indicadas en la (tabla 2).
Figura 5 características de fractura
6.
Describir brevemente los tipos de ensayos de impacto más utilizados.
Ensayo tipo Charpy: Este ensayo consiste en romper una probeta simplemente apoyada en posición horizontal, promedio de un golpe en su punto medio, en donde previamente se le ha hecho una muesca. El martillo golpea en dirección opuesta a la muesca. El goniómetro de máximos permite conocerlos ángulos de salida y llegada para establecer cuanta energía absorbe la probeta antes y durante la ruptura. Ensayo tipo Izod: Este ensayo consiste en romper la probeta sostenida en voladizo en posición horizontal, promedio de un golpe en su extremo libre. En su base, a ésta probeta también se le hace una muesca, sin embargo, esta es realizada a toda una sección transversal de la probeta. El goniómetro de máximos marca los ángulos de salida y llegada con los cuales se establece la energía absorbida por la probeta de determinado material. Ensayo Tracción por impacto: Este método se describe tanto en ISO 8256 como en ASTM D 1822, aunque se practican dos procedimientos. Para el método A, se fija el extremo de una probeta para ensayos de tracción en la
La preparación se debe realizar de tal forma, que se minimice cualquier alteración de la probeta, por ejemplo una alteración debida a maquinado en frío o en caliente. La entalla se debe preparar cuidadosamente para que no aparezcan ranuras en su base.
La probeta se debe marcar en cualquier superficie que no esté en contacto con los soportes o yunques y en una posición alejada de la entalla, para evitar los efectos del endurecimiento inducido por el troquelado.
Tabla 2. Tolerancias en las dimensiones especificadas de las piezas de ensayo.
Para metales Verificación de máquinas de péndulo para ensayos de impacto Charpy utilizadas para ensayos en metales:
EN 10045-2: “Ensayo de impacto Charpy en materiales metálicos – Método para la verificación de máquinas de ensayo de impacto”
ASTM E 23: “Métodos estándar para ensayos de impacto en barras de materiales metálicos, con entallas”
Para materiales no metálicos Verificación de máquinas de péndulo para ensayos de impacto Izod y Charpy para materiales no metálicos, por ejemplo plásticos o goma:
8.
Enunciar la condiciones que deben tener las maquinas y las probetas para poder obtener propiedades que se puedan certificar.
Ensayo Charpy: Dentro de la norma ISO 10350-1 para valores característicos de punto único, el método de ensayo preferido es Charpy de acuerdo con la norma ISO 179-1. Para ello, el ensayo se realiza en probetas no entalladas con impacto en el lado estrecho (1eU). Si la probeta no se rompe en esta configuración, el ensayo se realizará con probetas entalladas, aunque en este caso, los resultados no son directamente comparables. Si todavía no se llega a la rotura de la probeta, se aplicará el método de tracción por impacto. Ensayo Izod: En el marco de las normas ASTM, el método Izod según la ASTM D 256 es el más corriente. En este caso, se emplean siempre probetas entalladas. Un método de aplicación menos común es el "unnotched cantilever beam impact" descrito en la norma ASTM D 4812. Este método es parecido al procedimiento Izod, pero con probetas no entalladas. En el caso de que sólo se puedan producir probetas pequeñas, se puede proceder por el método "Chip-impact", de acuerdo con la ASTM D 4508.
Maquinas: Hay cuatro métodos estándar reconocidos internacionalmente para verificar las máquinas de péndulo para ensayos de impacto. niveles de energía de fractura de las probetas. La verificación indirecta está disponible sólo para metales.
ISO 13802: “Plásticos - Verificación de máquinas de péndulo para ensayos de impacto Charpy, Izod e impacto-tracción”
ASTM D 256: “Métodos de ensayo estándar para la determinación de la resistencia de los plásticos a impactos por péndulo Izod”
La selección de la norma debe ajustarse a las necesidades del cliente. Por regla general, en Norteamérica, la mayoría de los usuarios necesita que las verificaciones se hagan de conformidad con los métodos ASTM, mientras que en Europa, por lo general necesitan verificaciones de conformidad con los métodos EN o ISO. Instron puede realizar las calibraciones de conformidad con el método que se ajuste a sus necesidades. Las verificaciones directas de las máquinas de ensayo de impacto ofrecen una comprobación del buen estado de las propiedades mecánicas y geométricas básicas de la máquina, incluyendo la medición de las pérdidas por resistencia aerodinámica y por fricción. Esta verificación tiene suma importancia cuando se monta la máquina inicialmente, o cuando se sustituye alguno de sus componentes principales, pero debe también realizarse como parte de la recalibración y certificación periódicas. Las verificaciones indirectas se realizan utilizando probetas testigos que han sido cuidadosamente caracterizadas como tal por laboratorios especializados. Muchos de los problemas de las máquinas de ensayo no pueden ser detectados mediante una verificación directa, por lo que la verificación indirecta es una importante comprobación adicional del rendimiento de las máquinas. Los niveles de energía registrados son evaluados para determinar su precisión y repetibilidad, así como la incertidumbre calculada de los niveles de medición. Esto proporciona un alto nivel de garantía de que la máquina está registrando con precisión los
La verificación indirecta, de conformidad con la norma ASTM E 23, se realiza utilizando probetas testigo del NIST (Instituto nacional de normas y tecnología). Las probetas rotas son enviadas posteriormente al NIST para su evaluación y la preparación de un informe formal.
9.
Describir las limitaciones de los diferentes ensayos de impacto.
Encontramos algunas de las siguientes limitaciones para este ensayo:
Los especímenes pequeños y gruesos usados no representan adecuadamente los componentes de ingeniería típicos. Sólo obtendremos datos cuantitativos que únicamente serán útiles a efectos comparativos (no para el cálculo de piezas o estructuras); que están determinados en materiales sin defectos (ya que los materiales de prueba no presentan en general discontinuidades internas) El tamaño de la probeta es independiente del espesor real del material. Siempre se emplea un carga de ensayo por impacto, con independencia de que la estructura en servicio esté sometida a cargas estáticas o dinámicas. La raíz de la entalla puede ser menos severa que una entalla real o defecto similar (poros,microgrietas, fisuras, etc.) El ensayo de impacto permite cuantificar la tenacidad de un material, pero no obtenemos resultados
RESUMEN
aplicables cuando lo que necesitamos es diseñar piezas estructurales.
5. CONCLUSION Luego de la realización del ensayo de impacto aplicado a dos materiales diferentes (Fundición y Aluminio), logramos determinar experimentalmente a través del ensayo tipo Charpy la capacidad que cada uno de estos materiales tiene de absorber energía al ser afectados por cargas de impacto antes de llegar al punto de fractura. Para esto hicimos uso de las formulas matemáticas que relacionan la energía potencial y cinética en relación con la capacidad de absorción de energía tal como se mostro en el numeral 3 del presente informe. Al finalizar la experiencia podemos determinar como una carga de impacto que produce un esfuerzo, depende netamente de la cantidad de energía utilizada para causar la deformación, cabe destacar el papel que juega la velocidad y a su vez la respuesta de los materiales ensayados a todos estos agentes, que culminan con la fractura del material. En resumen logramos aprender las generalidades que comprenden el ensayo Charpy, y la manera cómo funciona el equipo para la realización del mismo, y el uso de las formulas matemáticas para determinar la tenacidad que tiene cada materia
En ingeniería se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término
"alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñas para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas. El esfuerzo de flexión puro o simple se obtiene cuando se aplican sobre un cuerpo pares de fuerza perpendiculares a su eje longitudinal, de modo que provoquen el giro de las secciones transversales con respecto a los inmediatos.
deformación bajo gravitacionales.
la
acción
de
cargas
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Conocer el funcionamiento general de la máquina de pruebas de flexión, así como el uso del deformimetro.
El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento flector.
Identificar las principales características de una falla propia por flexión para los diferentes materiales ensayados.
Realizar un análisis comparativo entre los resultados arrojados para cada tipo de los materiales sometidos a la experiencia.
ABSTRACT
Establecer la relación existente entre cargadeflexión y longitud-deflexión, mediante la construcción de graficas que relacionen ambas variables.
Engineering is called bending deformation type having an elongate structural element in a direction perpendicular to its longitudinal axis. The term "elongated" applies where a dimension is dominant over the other. A typical case are the beams, which are design it to work mainly by bending. Similarly, the concept of bending extending surface structural elements as plates or sheets. Pure bending stress or simply obtained when applied to a body torques perpendicular to its longitudinal axis, so causing rotation of the cross sections with respect to the immediate. The most prominent feature is that an object subjected to a surface bending of fiber called neutral points such that the distance along any curve contained in it does not vary with respect to the value before deformation. The effort is called flexed bending moment.
PALABRAS CLAVES Flexión, eje neutro, esfuerzo, deformación, momento.
KEY WORDS Bending, neutral axis, stress, deformation, moment.
OBJETIVO GENERAL
Obtener el modulo de elasticidad de los diferentes materiales ensayados, así como su
MARCO TEORICO En las vigas la flexión genera momentos internos; en un diagrama de momentos flectores internos, un momento positivo significa que en su sección transversal, la fibra inferior al eje neutro (que coincide con el eje centroidal) está sometida a esfuerzos normales de tensión, y la fibra superior al eje neutro estará sometido a esfuerzos normales de compresión. Sin embargo, estos esfuerzos no se distribuyen en forma constante, como en los esfuerzos normales directos, sino que tienen una distribución variable, a partir del eje neutro hasta las fibras extremas. Se puede deducir como es el comportamiento de la sección transversal cuando el momento flector interno es negativo, y de igual manera, que en el eje neutro, los esfuerzos normales son nulos, y máximos para cada caso en las fibras extremas. El esfuerzo causado por flexión también es proporcional a la magnitud del momento flexionante aplicado a la sección de interés. Las formas y dimensiones de la sección transversal de la viga determinan su capacidad de soportar el momento flexionante aplicado. Diagrama esfuerzo-deflexión. La obtención del diagrama de fuerza aplicada en función de la deflexión para una probeta sometida a flexión, es fundamental para determinar el módulo de elasticidad de los diferentes materiales a ensayar. En dicho diagrama, se puede determinar la fuerza de proporcionalidad (límite de la respuesta lineal), la parte no lineal y finalmente, la fuerza de ruptura.
La zona lineal del gráfico, permite determinar el módulo de elasticidad de los materiales y el esfuerzo normal de proporcionalidad.
1. INTRODUCCION En esta práctica de laboratorio se tiene como objeto principal la obtención del módulo de elasticidad que caracteriza a cada uno de los materiales ensayados, además lograr calcular los valores de deflexiones y esfuerzos que se producen en cada material por la acción de cargas gravitacionales aplicadas sobre ellas. Es común el diseño de estructuras y piezas que van a soportar cargas perpendiculares a su eje axial; las cuales ocasionar corte y flexión a la pieza es por ello importante el estudio previo para seleccionar los materiales y secciones necesarias para tal aplicación. Existen varios ensayos que se pueden realizar para determinar ciertas propiedades mecánicas de utilidad en el diseño, entre ellos se encuentra el ensayo a flexión que se realiza aplicando carga creciente en el centro de la probeta para provocar deflexión y hasta la ruptura de la misma, esto permite obtener una estimación del esfuerzo que puede soportar el material. En el proceso de flexionar la sección transversal de un material implica someter a este a esfuerzos de tensión en la mitad inferior de la sección transversal, y esfuerzos de comprensión en la mitad superior de la sección transversal, si el material no llega a la fractura este quedara flexionado permanentemente. Los materiales duros y frágiles que poseen elasticidad pero poca ninguna plasticidad, se ensayan frecuentemente por el método de someter el espécimen a una carga de flexión.
2. DESCRIPCION DEL PROBLEMA MATERIALES Y EQUIPOS
Máquina de Pruebas de Flexión (Figura 6.) 1 soportes para las cargas 2 pesas de 5N cada una 1 pesa de 10N 3 probetas de sección cilíndrica, de 8 mm de diámetro, de cada metal, acero, aluminio y Bronce 2 dispositivos de fijación de extremos 1 Deformimetro (Figura 6.) Manual de Laboratorio
Figura 6. Equipos ensayo flexión
PROCEDIMIENTO Parte A (longitud constante, peso variable) Colocar la probeta de acero en los apoyos con un claro de 600 mm (ver figura 7.). Colocar el dispositivo de carga en el centro del claro, calibrar el deformimetro y aplicar una fuerza de 5N, 10N, 15N y 20N. Registramos los datos en la tabla y procedemos de igual manera con la probeta de aluminio y bronce Parte B (longitud variable, peso constante) Colocar la probeta de acero en los apoyos con un claro de 600 mm. Colocar el dispositivo de carga en el centro del claro, calibrar el deformimetro y aplicar una fuerza de 10N. Reducir el claro de la probeta a 500mm y datar, posteriormente reducir el claro de la probeta a 400mm y datar y una última lectura a 300mm de claro.
Figura 7. Esquematización ensayo flexión
3. ANALISIS Y RESULTADOS Ecuaciones Inercia de una sección circular: 𝜋𝐷 4
𝐼=
(1)
64
Esfuerzo de flexión:
𝜎=
𝑀∗𝑟
(2)
𝐼
Figura 8. Momento máximo carga puntual en el centro
Datos obtenidos:
Probeta Bronce.
Tabla 3. Datos ensayo flexión
MATERIAL F(N) 5 10 15 20 L(mm) 300 400 500 600
Calculo del momento máximo:
BRONCE
ALUMINIO
ACERO
δ(mm)
δ(mm)
δ(mm)
0.914 2.083 2.718 3.315
1.549 2.616 4.166 5.766
0.521 1.143 1.697 2.159
δ(mm)
δ(mm)
δ(mm)
0.254 0.597 0.978 2.083
0.406 0.711 1.029 2.616
0.152 0.216 0.610 1.143
4. EVALUACION
𝑀𝑚𝑎𝑥 = 𝑀𝑚𝑎𝑥 =
5 𝑁 ∗ 0.6 𝑚 = 0.75 𝑁 ∗ 𝑚 4
Calculo del esfuerzo por flexión máximo: Calculamos la inercia para la sección circular mediante el uso de la (Ec. 1):
𝐼=
𝜋(0.008 𝑚)4 = 2.01𝑥10−10 𝑚4 64
Aplicando la ec (2) tenemos:
𝜎𝑚𝑎𝑥 =
Determinar el momento flector máximo de la viga, el esfuerzo por flexión máximo y el módulo de elasticidad para cada uno de los materiales ensayados. Registrar los datos en las tablas 4 y 5.
𝐹∗𝐿 , Para 𝐹 = 5 𝑁 4
(0.75 𝑁 ∗ 𝑚) ∗ 0.004 𝑚 = 14.92 𝑀𝑃𝑎 2.01𝑥10−10 𝑚4
Calculamos el módulo de elasticidad del Bronce:
𝐸=
𝐹 ∗ 𝐿3 48 ∗ 𝐼 ∗ 𝛿
𝐸=
5 𝑁 ∗ (0.6 𝑚)3 𝑁 = 1.22𝑥1011 2 48 ∗ 2.01𝑥10−10 𝑚4 ∗ 9.14𝑥10−4 𝑚 𝑚
Análogamente para las demás cargas y materiales: Tabla 4. Resultados ensayo flexión variación de la carga
MATERIAL Bronce
I(m4) 2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10
L(m) 0.6 0.6 0.6
F(N) 5 10 15
M(N*m) 0.75 1.5 2.25
σ (N/m2) 1.49E+07 2.99E+07 4.48E+07
E(N/m2) 1.22E+11 1.07E+11 1.24E+11
Eprom(N/m2) 1.22E+11
Aluminio
Acero
2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10
0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
20 5 10 15 20 5 10 15 20
3 0.75 1.5 2.25 3 0.75 1.5 2.25 3
5.97E+07 1.49E+07 2.99E+07 4.48E+07 5.97E+07 1.49E+07 2.99E+07 4.48E+07 5.97E+07
1.35E+11 7.23E+10 8.56E+10 8.06E+10 7.77E+10 2.15E+10 1.96E+11 1.98E+11 2.07E+11
7.90E+10
1.56E+11
Tabla 5. Resultados ensayo flexión variación de la longitud
MATERIAL
Bronce
Aluminio
Acero
I(m4)
L(m)
F(N)
M(N*m)
σ (N/m2)
E(N/m2)
2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10 2.01E-10
0.6 0.5 0.4 0.3 0.6 0.5 0.4 0.3 0.6 0.5 0.4
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
1.5 1.25 1 0.75 1.5 1.25 1 0.75 1.5 1.25 1
2.99E+07 2.49E+07 1.99E+07 1.49E+07 2.99E+07 2.49E+07 1.99E+07 1.49E+07 2.99E+07 2.49E+07 1.99E+07
1.07E+11 1.32E+11 1.11E+11 1.10E+11 8.56E+10 1.26E+11 9.33E+10 6.89E+10 1.96E+11 2.13E+11 3.07E+11
2.01E-10
0.3
10
0.75
1.49E+07
1.84E+11
Eprom(N/m2)
1.15E+11
9.34E+10
2.25E+11
Elaborar una gráfica de carga contra deflexión con los resultados obtenidos para las materias ensayados en la parte A del procedimiento.
7,000 6,000
Deflexion (mm)
5,000 4,000 Bronce 3,000
Aluminio
2,000
Acero
1,000 0,000 0
5
10
15
20
25
Fuerza (N)
Grafico 1. Fuerza vs deflexión
Elaborar una gráfica de longitud contra deflexión con los resultados obtenidos para las materias ensayados en la parte B del procedimiento.
3,000 2,500
Deflexion (mm)
2,000 Bronce
1,500
Aluminio 1,000
Acero
0,500 0,000 0
100
200
300
400
500
600
700
Longitud (mm)
Grafico 2. Longitud vs deflexión
Determinar las características de la fractura por flexión para materiales dúctiles y frágiles.
La ductilidad está cuantificada en % de alargamiento u estricción, es función de la Tª, velocidad de aplicación de la carga(o de deformación) y estado tensional.
Cualquier proceso de fractura está compuesto por dos etapas:
El proceso tiene lugar rápidamente. Grieta inestable
Formación de una fisura Propagación de la fisura Características de la rotura dúctil por flexión:
Muchas deformaciones plásticas en la vecindad de la grieta que avanza.
El proceso tiene lugar lentamente.
Grieta estable
Evidencia de deformación apreciable en la fractura
plástica
La constatación de que ha habido una deformación plástica y, posteriormente una rotura no explica cuáles han sido los mecanismos de fallo, sólo indica cuáles han sido los modos de fallo.
Figura 10. Falla frágil por flexión
5. CONCLUSION Luego de la realización de esta experiencia logramos determinar los módulos de elasticidades para los materiales bronce, aluminio y acero, siendo el del acero el mayor valor. Observamos que de los tres materiales ensayados el acero fue el material que sufrió menos deflexión al ser aplicado incrementos de carga, seguido por el bronce y en último lugar el aluminio. Del mismo modo al realizar el grafico de longitud vs deflexión, se observó que el acero es el que sufre menos deflexión al aplicarse una carga constante e ir realizando variaciones en la longitud de la viga, seguido por el bronce y por último el aluminio.
Figura 9. Falla dúctil por flexión
Características de la rotura frágil por flexión:
Poca o nula deformaciones plásticas en la vecindad de la grieta que avanza Marcas en v cerca del centro de sección de fractura que apuntan hacia el lugar de iniciación. La superficie de fractura contiene líneas o crestas que irradian desde el origen de la grieta una forma similar a un abanico.
También notamos que al incrementar el valor de la carga aplicada aumenta el valor de la deflexión sufrida por la viga, de igual forma al aumentar la longitud de la viga también aumentaba el valor de la deflexión experimentada. Referente a los esfuerzos notamos que al aumentar el valor de la carga aplicada aumentaba el valor del esfuerzo experimentado, y al disminuir la longitud de la viga bajo una carga estable disminuía el valor del esfuerzo.
RESUMEN
PALABRAS CLAVES
La resistencia a la compresión involucra pruebas y cálculos sobre qué tan bien un determinado espécimen, producto o material puede sobrevivir a un esfuerzo de compresión. A diferencia de la tensión, que expande o jala, la compresión significa que el objeto es presionado o aplastado. La resistencia a la compresión de un material es el punto en el cual éste falla. Calcular la fuerza de compresión implica realizar pruebas para hallar el punto de falla, y utilizar los datos del experimento para realizar los cálculos. La resistencia a la compresión se calcula dividiendo la carga máxima por el área transversal original de una probeta en un ensayo de compresión. La cifra final de resistencia a la compresión se expresa en libras de fuerza por pulgada cuadrada (psi) o kilogramos fuerza por metro cuadrado. Este ensayo es muy similar al de tensión. Es decir, que a una probeta de un material dado se le somete a cargas y se mide su deformación, de la misma manera que con el ensayo de tensión, de manera que se obtiene una gráfica similar.
Compresión, cilindro, esfuerzo, rotura, concreto.
KEY WORDS Compression, Cylinder, stress, break, concrete.
OBJETIVO GENERAL
Determinar el valor de la Resistencia a compresión que tiene un espécimen de concreto sometiéndolo a cargas axiales, así como el valor de su módulo de elasticidad.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Conocer el funcionamiento general de la máquina de pruebas de compresión para la rotura de cilindros de concreto.
ABSTRACT The compressive strength tests and calculations involves how well a given specimen, product or material can survive a compressive stress. A voltage difference, which expands or pull, the compression means that the object is squeezed or crushed. The compressive strength of a material is the point where it fails. Calculate the mean compressive strength testing to find the point of failure, and experiment data used for calculations. The compressive strength is calculated by dividing the maximum load by the original cross sectional area of a specimen in a compression test. The final figure of compressive strength is expressed in pounds force per square inch (psi) or kilograms of force per square meter. This assay is very similar to the strain. That is, a specimen of a given material is subjected to loads and deformation is measured in the same manner as the test voltage, so as to obtain a similar plot.
Aprender como es el procedimiento según norma para la toma de muestras de cilindros de concreto.
MARCO TEORICO La resistencia a la compresión simple es la característica mecánica principal del concreto, dada la importancia que reviste esta propiedad, dentro de una estructura convencional de concreto reforzado, la forma de expresarla es, en términos de esfuerzo, generalmente en kg/cm2 y con alguna frecuencia lb/pulg2 (PSI). La equivalencia que hay entre los dos es que 1 psi es igual a 0.07kg/cm2. Aunque hoy en día se ha acogido expresarla en MPa de acuerdo con el sistema internacional de unidades. La forma de evaluar la resistencia del concreto es mediante pruebas mecánicas que pueden ser destructivas, las cuales permiten probar repetidamente la muestra de manera que se pueda estudiar la variación de la resistencia u otras
propiedades con el paso del tiempo. Para las primeras se utilizan tres tipos de muestras: cilindros, cubos y prismas. Para las segundas hay diferentes sistemas. El ensayo de compresión es meramente lo contrario del de tensión con respecto a la dirección o el sentido del esfuerzo aplicado. Las razones generales para la elección de uno u otro tipo de ensayo se establecieron. Asimismo, un número de principios generales se desarrolló a través de la sección sobre el ensayo de tensión sobre los cuales son igualmente aplicables al ensayo de compresión. Existen, sin embargo, varias limitaciones especiales del ensayo de compresión a las cuales se debe dirigir la atención: La dificultad de aplicar una carga verdaderamente concéntrica o axial. El carácter relativamente inestable de este tipo de carga en contraste con la carga tensiva, Existe siempre una tendencia al establecimiento de esfuerzos flexionantes y a que el efecto de las irregularidades de alineación accidentales dentro de la probeta se acentúa a medida que la carga prosigue. La fricción entre los puentes de la máquina de ensayo o las placas de apoyo y las superficies de los extremos de la probeta debido a la expansión lateral de esta. Esto puede alterar considerablemente los resultados que se obtendrían si tal condición de ensayo no estuviera presente. Las áreas seccionales, relativamente mayores de la probeta para ensayo de compresión para obtener un grado apropiado de estabilidad de la pieza. Esto se traduce en la necesidad de una máquina de ensayo de capacidad relativamente grande o probetas tan pequeñas y por lo tanto, tan cortas que resulta difícil obtener de ellas mediciones de deformación de precisión adecuada. Se supone que se desean las características simples del material y no la acción de los miembros estructurales como columnas, de modo que la atención se limita aquí al bloque de compresión corto. El ensayo más universalmente reconocido para ejecutar pruebas de resistencia mecánica a la compresión simple es el ensayo de probetas cilíndricas, las cuales se funden en moldes especiales de acero o hierro fundido que tienen 150mm de diámetro por 300mm de altura (relación diámetro: altura 1:2). Los procedimientos relativos a este ensayo se encuentran especificados en las normas NTC 550 y 673 que hacen referencia a la confección de cilindros y al ensayo de resistencia compresión.
Una vez que la muestra de concreto fresco ha sido correctamente seleccionada de acuerdo con los procedimientos descritos en la norma NTC 454, de manera que sea representativa de toda la masa, se procede de la siguiente manera: Antes de colocar el concreto en el molde, es necesario aceitar el interior del cilindro para evitar que el concreto se adhiera al metal; para hacer esto, es suficiente untar las paredes y el fondo con una brocha impregnada de aceite mineral; la capa de aceite debe ser delgada y en el fondo no debe acumular aceite. El cilindro se llena en tres capas de igual altura (10cm) y cada capa se apisona con una varilla lisa de 16mm de diámetro con uno de sus extremos redondeados, la cual se introduce 25 veces por capa en diferentes sitios de la superficie del concreto, teniendo en cuenta de que la varilla solo atraviese la capa que se está compactando, sin pasar a la capa siguiente. Al final de la compactación se completa el llenado del molde con más mezcla y se alisa la superficie con la ayuda de un palustre o de una regla. Una vez que se ha llenado cada capa, se dan unos golpes con la varilla o con un martillo de caucho a las paredes de este, hasta que la superficie del concreto cambie de mate a brillante, con el objeto de eliminar las burbujas de aire que se hayan podido adherir al molde o hayan quedado embebidas en el concreto. Los cilindros recién confeccionados deben quedar en reposo, en sitio cubierto y protegidos de cualquier golpe o vibración y al día siguiente se les quita el molde cuidadosamente. Inmediatamente después de remover el molde, los cilindros deben ser sometidos a un proceso de curado en tanques de agua con cal, o en un cuarto de curado a 23ºC, con el fin de evitar la evaporación del agua que contiene el cilindro, por la acción del aire o del sol, y en condiciones estables de temperatura para que el desarrollo de resistencia se lleve a cabo en condiciones constantes a través del tiempo. En estas condiciones los cilindros deben permanecer hasta el día del ensayo. La resistencia a la compresión del concreto se mide con una prensa que aplica carga sobre la superficie del cilindro (Norma NTC 673). Generalmente esta superficie es áspera y no plana, lo cual puede conducir a concentraciones de esfuerzo que reducen considerablemente la resistencia real del concreto. Una falta de planicie de 0.25 mm puede
reducir a un tercio la resistencia. Para remediar esta situación, normalmente se hace un refrentado o cabeceado de las tapas del cilindro con materiales como yeso o mezclas compuestas de azufre, tal como se especifica en la norma NTC 504. La resistencia a la compresión, se acostumbra a dar en términos de esfuerzo o sea fuerza por unidad de área, en kg/cm2.
2. DESCRIPCION DEL PROBLEMA MATERIALES Y EQUIPOS
Equipo para ensayo de compresión tipo ACCU-TEK 500 Digital (Figura 10). Probetas o cilindros de concreto (Figura 10).
1. INTRODUCCION En la actualidad son un sin número de elementos estructurales con que el ingeniero civil cuenta a su disposición, para de manera óptima y consiente elija cual es el más ideal para llevar a cabo una construcción basándose esta escogencia en los tipos de cargas que van a resistir. Es por esto que es de vital importancia antes de ejecutar cualquier proyecto realizar todo tipo de ensayos y pruebas a través de las cuales se pueda determinar el comportamiento de los elementos a la hora de la implementación de las estructuras, en el campo de la ingeniería civil se encuentran numerosos ensayos como el ensayo a tracción, ensayo a compresión, en este caso hablaremos del ensayo a compresión ya que esta es una de las propiedades del concreto que más nos interesa, el concreto como material de construcción presenta alta resistencia a la compresión pero con baja resistencia a la tensión, es por esto que en este laboratorio se busca determinar qué tan resistente es un concreto cuando este es sometido a una fuerza axial y los esfuerzos y deformaciones que se generan a base de la acción de esta fuerza. En esta práctica de laboratorio se tiene como objeto principal la obtención del valor de la resistencia máxima que tiene el concreto sometido a cargas de compresión. Para esto inicialmente se nos explicó la manera adecuada de realizar la toma de muestras para la elaboración de los cilindros de concreto que harán las veces de probetas en el ensayo, el respectivo proceso de vibrado necesario y finalmente el curado adecuado. Todo esto con el propósito final de obtener el valor de la máxima carga que puede soportar nuestro concreto cuando está sometido a solicitaciones de compresión.
Figura 10. Equipos ensayo compresión concreto.
PROCEDIMIENTO Se toma la probeta, colocándola paralela y perpendiculares a la base, ya sea metálica o de concreto. Se toman sus dimensiones originales, ancho, espesor, diámetro y longitud. Para las probetas se debe revisarse que los extremos estén planos y perpendiculares al eje longitudinal en el marco de carga con la cruceta móvil y la mesa. Observar cualquier defecto que pueda tener, en caso de presentarse, rechazarla y tomar otra. Centrar la probeta en la prensa de ensayo utilizando un bloque de apoyo maquinado en el extremo inferior y uno de apoyo esférico en el superior, las probetas de concreto y metálica se limpian bien sus extremos para eliminar cualquier residuo de grasa, en el caso metálico; en cambio para el concreto se colocan placas de neopreno para asegurar el paralelismo entre las caras y se procede a aplicar la carga lentamente hasta que se produzca la falla. Tomar el dato de la carga máxima aplicada Fmáx
3. ANALISIS Y RESULTADOS. Datos del ensayo: Dimensiones del cilindro: 𝐷 = 15 𝑐𝑚 ℎ = 30 𝑐𝑚 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑎𝑥 = 24740 𝑘𝑔
Calculo del área de la sección transversal:
𝐴 = 𝜋𝑟 2
sometida a las solicitaciones para las cuales estemos realizando el ensayo en el laboratorio. Mencione algunas formas de saber si una pieza podría fallar (o detectar la falla antes de que haya consecuencias serias). Las principales evidencias de que un elemento estructural está próximo a la falla puede ser: La aparición de fisuras o grietas en elemento que soportan cargas estructurales, la presencia de deformaciones en los elementos, estas se pueden producir por un mal diseño estructural, por asentamientos del terreno o por errores al momento de la construcción del elemento, ya sea en la proporción del concreto o en la calidad del acero de refuerzo.
𝐴 = 𝜋 (7.5 𝑐𝑚)2 De acuerdo a la velocidad de aplicación de carga, ¿cómo se clasifican los ensayos mecánicos?
𝐴 = 156.71 𝑐𝑚2
Calculo de la resistencia ultima
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡. 𝑈𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎 = 𝜎𝑚𝑎𝑥
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝐴
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡. 𝑈𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎 = 𝜎𝑚𝑎𝑥 =
24740 𝐾𝑔 156.71 𝑐𝑚2
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡. 𝑈𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎 = 𝜎𝑚𝑎𝑥 = 139.99 𝐾𝑔/𝑐𝑚2 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡. 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 = 3000𝑝𝑠𝑖 = 210 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 %𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡. 𝑎𝑙𝑐𝑎𝑛𝑧𝑎𝑑𝑜 =
139.99 𝑥100 = 66.66% 210
Calculo del módulo de elasticidad:
𝐸𝑐 = 𝑤𝑐 1.5 ∗ 0.043 ∗ √𝑓 ´ 𝑐 Asumimos el peso del concreto ( 𝑤𝑐 ) como el promedio entre 1440 Kg/ 3 <𝑤𝑐 < 2560 Kg/ 3: 𝑤𝑐 =
1440 + 2560 = 2000𝑘𝑔/𝑚3 2
𝐸𝑐 = 20001.5 ∗ 0.043 ∗ √13.99𝑀𝑝𝑎 = 14385.41 𝑀𝑝𝑎
4. CUESTIONARIO Indique la importancia de conocer los esfuerzos provocados en las probetas. Es de suprema importancia conocer los esfuerzos que se presentan en las probetas, puesto que esto nos da una noción clara del grado de resistencia que tendrá nuestra estructura cuando se vea
Según la velocidad de aplicación de la carga los ensayos mecánicos pueden ser del tipo estáticos o dinámicos. Se denominan estáticos aquellos ensayos en los cuales la velocidad de aplicación de la carga no influye en el resultado. Un ejemplo es el ensayo de tracción, en donde la aplicación de la carga es constante o progresivamente creciente. A su vez en los ensayos dinámicos la aplicación de la carga es de forma brusca o es alternativamente variable con el tiempo, por lo que la velocidad de aplicación de la carga cumple un papel importante en el ensayo.
5. CONCLUSION Luego de la realización de esta práctica de laboratorio se puede concluir que el concreto es un material que presenta alta resistencia a la compresión y baja resistencia a la tensión, por otro lado se pudo ver que lo aprendido teóricamente es fácilmente aplicable en el laboratorio y partir de las ecuaciones aprendidas se pudo calcular el esfuerzo o resistencia del concreto cuando este es sometido a una fuerza de compresión, además se pudo obtener la máxima carga posible aplicada antes de que la probeta fallara. Calculamos además el módulo de elasticidad del concreto a partir de la resistencia última que este presentó, aplicando la ecuación que sugiere la NSR-10.
RESUMEN
El término ensayo de tracción se usa normalmente a la hora de hablar de ensayos en los cuales una probeta preparada es sometida a una carga uniaxial gradualmente creciente (estática) hasta que ocurre la falla. En el ensayo la operación se realiza sujetando los extremos opuestos de la pieza de material y separándolos, evidenciando como además la probeta se alarga en una dirección paralela a la carga aplicada. El ensayo de tracción es el apropiado para uso general en el caso de la mayoría de los metales y aleaciones no ferrosas, fundidos, laminados o forjados caracterizados por poseer una gran deformación antes de su falla.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Conocer el funcionamiento y manejo de la máquina Universal para ensayos de tracción.
Determinar el módulo de elasticidad, límite de fluencia, resistencia a la tracción, porcentaje de alargamiento y porcentaje de reducción de área del material ensayado.
Determinar la relación entre esfuerzo y deformación unitaria para una muestra de acero 1020.
ABSTRACT The term tensile test usually used when talking of trials in which a prepared specimen is subjected to a gradually increasing uniaxial load (static) until failure occurs. In test operation is performed by holding the opposite ends of the piece of material and separating, showing as well the specimen is elongated in a direction parallel to the applied load. The tensile test is suitable for general use in the case of most metals and non-ferrous alloys, castings, rolled or forged characterized by having a large deformation before failure.
PALABRAS CLAVES Tracción, carga axial, elongación, deformación, esfuerzo.
KEY WORDS Traction, axial load, elongation, deformation, stress.
OBJETIVO GENERAL
Determinar la resistencia a la tracción que posee una probeta de acero 1020 cuando es sometido a cargas axiales.
MARCO TEORICO Un cuerpo se encuentra sometido a tracción cuando sobre sus secciones transversales se le aplican cargas normales uniformemente repartidas y de modo de tender a producir su alargamiento. Por las condiciones de ensayo, el de tracción estática es el que mejor determina las propiedades mecánicas de los metales, o sea aquella que definen sus características de resistencia y deformabilidad. Permite obtener, bajo un estado de tensión, el límite de elasticidad o el que lo reemplace prácticamente, la carga máxima y la consiguiente resistencia estática, en base a cuyos valores se fijan los de las tensiones admisibles o de proyecto (σadm.) y mediante el empleo de medios empíricos se puede conocer, el comportamiento del material sometidos a otro tipo de solicitaciones. Cuando la probeta se encuentra bajo un esfuerzo estático de tracción simple a medida que aumenta la carga, se estudia esta en relación con las deformaciones que produce. Estos gráficos, permiten deducir sus puntos y zonas características revisten gran importancia. (ver figura 11).
hasta el 10 al 15 % mayores que el límite final de fluencia.
4)
Figura 11. Diagrama de esfuerzo Vs deformación unitaria
1)
Zona Lineal.
Se observa en el diagrama que el comienzo, desde el punto O hasta el A, está representado por una recta que nos pone de manifiesto la proporcionalidad entre los alargamientos y las cargas que lo producen (Ley de Hooke). Dentro de este periodo y proporcionalmente hasta el punto A, los aceros presentan la particularidad de que la barra retoma su longitud inicial al cesar la aplicación de la carga, por lo que recibe indistintamente el nombre de periodo de proporcionalidad o elástico. 2)
Limite elástico o superior de fluencia.
Para el límite proporcional se presentan un pequeño tramo ligeramente curvo AB, que puede confundirse prácticamente con la recta inicial, en el que los alargamientos elásticos se les suma una muy pequeña deformación que presenta registro no lineal en el diagrama de ensayo. La deformación experimentada desde el límite proporcional al B no solo alcanza a valores muy largos, si no que fundamentalmente es recuperable en el tiempo. 3)
Zona de fluencia o escurrimiento.
El punto B marca el inicio de oscilaciones o pequeños avances y retrocesos de la carga con relativa importante deformación permanente del material. Las oscilaciones en este periodo denotan que la fluencia no se produce simultánea mente en todo el material, por lo que las cargas se incrementan en forma alternada, fenómeno que se repite hasta el escurrimiento es total y nos permite distinguir los “límites superiores de fluencia”. El límite elástico aparente puede alcanzar valores de
Zona de deformación.
endurecimiento
por
Más allá del punto final de fluencia C, las cargas vuelven a incrementarse y los alargamientos se hacen más notables, es decir que ingresa en el período de las grandes deformaciones, las que son uniformes en todas las probetas hasta llegar a D, por disminuir, en igual valor en toda la longitud del material, la dimensión lineal transversal. El final de período de alargamiento homogéneo queda determinado por la carga máxima, a partir de la cual la deformación se localiza en una determinada zona de la probeta, provocando un estrechamiento de las secciones que la llevan a la rotura, al período DE se lo denomina de estricción. En la zona plástica se produce, por efecto de la deformación, un proceso de endurecimiento, conocido con el nombre de “acritud “, que hace que al alcanzar el esfuerzo la resistencia del metal, éste al deformarse adquiere más capacidad de carga, lo que se manifiesta en el gráfico hasta el punto D. 5)
Zona de estricción
En el período de estricción, la acritud, si bien subsiste, no puede compensar la rápida disminución de algunas secciones transversales, produciéndose un descenso de la carga hasta la fractura.
1. INTRODUCCION En esta práctica de laboratorio se tiene como objeto principal determinar el esfuerzo máximo y la deformación máxima de una probeta de acero1020 al ser sometida a una fuerza de tracción. Se busca realizar el diagrama esfuerzo Vs deformación unitaria identificando de manera gráfica las etapas a las cuales se somete el espécimen antes de su rotura. Otros valores que podemos conocer con esta práctica son: deformación unitaria, módulo de elasticidad, alargamiento porcentual y un porcentaje de estricción.
2. DESCRIPCION DEL PROBLEMA
3. ANALISIS Y RESULTADOS. Ecuaciones
MATERIALES Y EQUIPOS
Deformación unitaria
Máquina para pruebas de tracción (Marca Terco, MT 3017). Marca (figura 12).
Vernier
Probeta de acero 1020 (figura 12).
𝜀=
∆𝐿 ( 𝐸𝑐. 1) 𝐿𝑜
Esfuerzo de fluencia
𝜎𝑓 =
𝐹𝑓 𝐴𝑜
(𝐸𝑐. 2)
Esfuerzo de tracción
𝐹𝑚 𝐴𝑜
𝜎𝑡 =
(𝐸𝑐. 3)
Esfuerzo de rotura
𝜎𝑟 =
𝐹𝑟 𝐴𝑜
(𝐸𝑐. 4)
Módulo de elasticidad
𝐸=
Figura 12. Máquina de ensayo universal.
𝐿𝑜 𝐿𝑐 − 𝐿𝑜
(𝐸𝑐. 5)
Alargamiento porcentual
PROCEDIMIENTO
%𝐿 =
Medir en la probeta las dimensiones Do y L o. Llevar la máquina de ensayo de tracción hasta la posición inicial.
Montar la probeta en la máquina.
Aplicar la carga lentamente.
Leer los valores para carga y deformación hasta la rotura de la probeta.
Eliminar la carga y retirar la probeta fracturada.
𝐿𝑢 − 𝐿𝑜 ∗ 100 (𝐸𝑐. 6) 𝐿𝑜
Porcentaje de estricción
%𝐴 =
𝐴𝑜 − 𝐴𝑢 ∗ 100 (𝐸𝑐. 7) 𝐴𝑜
Datos: D0 = 12.3 mm (en la sección menor de la probeta) L0 = 78.3 mm DF = 7.95 mm
Medir en la probeta dimensiones Df y Lf
fracturada
las
LF = 86.6 mm Calculo de las areas:
𝐴0 = 𝜋 (6.15)2 = 118.82 𝑚𝑚2 𝐴𝑢 = 𝜋 (3.975)2 = 49.64 𝑚𝑚2
Calculo de la longitud calibrada:
𝐿𝐶 = 𝐿0 +
𝐷0 2
𝐿𝐶 = 78.3 𝑚𝑚 +
En la figura 13 podemos apreciar el resultado del ensayo de tracción en una probeta de acero 1020.
12.3 𝑚𝑚 2
𝐿𝐶 = 84.45 𝑚𝑚 Calculo de esfuerzo max. de tracción:
𝜎𝑡 =
𝐹𝑚 71.1 𝐾𝑛 = = 0.598 𝐾𝑛/𝑚𝑚2 𝐴𝑜 118.82 𝑚𝑚2
Calculo del módulo de elasticidad:
𝐸=
𝐿𝑜 78.3 𝑚𝑚 = 𝐿𝑐 − 𝐿𝑜 84.45 𝑚𝑚 − 78.3 𝑚𝑚
𝐸=
78.33 𝑚𝑚 = 12.73 6.15 𝑚𝑚
Figura 13. Proceso de rotura probeta acero 1020
Calculo del alargamiento porcentual:
𝐿𝑢 − 𝐿𝑜 %𝐿 = ∗ 100 𝐿𝑜 %𝐿 =
86.6 𝑚𝑚 − 78.3 𝑚𝑚 ∗ 100 78.3 𝑚𝑚
%𝐿 = 10.60% Calculo del porcentaje de estricción:
%𝐴 =
𝐴𝑜 − 𝐴𝑢 ∗ 100 𝐴𝑜
%𝐴 =
118.82 𝑚𝑚2 − 49.64 𝑚𝑚2 ∗ 100 118.82 𝑚𝑚2
%𝐴 = 58.22%
4. CONCLUSIONES Luego de la realización de esta práctica de laboratorio referente al ensayo de tracción se logró obtener los parámetros mecánicos que caracterizan al material tomando como punto de partida la curva esfuerzo-deformación unitaria tal como se aprecia en la gráfica 3. A partir de dicha curva obtuvimos los esfuerzos últimos, de fractura, de fluencia, así como los valores de las deformaciones para diferentes incrementos de carga, dichos resultados se evidencian en las tablas 6 y 7. Cabe destacar que la tensión de fluencia hallada por este método no es representativa del acero y se debe a que las velocidades de deformación son demasiado elevadas en la máquina. No obstante es evidente que el acero es un elemento que tiene muy buena resistencia a los esfuerzos de tracción, por tal razón se usa como complemento del concreto para el hormigón reforzado.
La siguiente tabla presenta las cargas transformadas en esfuerzo usando la relación se usa la relación 𝜀
=
𝑃
𝜎=𝐴 , 0
de igual forma
𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 para transformar las deformaciones en deformaciones unitarias: 𝐿0 Tabla 6. Resultados prueba de tracción acero 1020
Fuerza (Kn) 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 3 3.9 4.5 4.8 5.1 5.7 6.3 7.2 8.4 10.2 13.8 15.9 19.2 21.6 23.1 27 29.1 32.7 35.7 39.6 43.2 46.8 50.1 55.8 61.8 64.8 67.8
A0 (mm2) 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82
Deformación (mm) Esfuerzo (Kn/mm2) 0.238 0.00252 0.252 0.00505 0.304 0.00757 0.424 0.01010 0.492 0.01262 0.588 0.01515 0.63 0.01767 0.72 0.02020 0.794 0.02525 0.948 0.03282 1.044 0.03787 1.082 0.04040 1.116 0.04292 1.154 0.04797 1.206 0.05302 1.292 0.06060 1.39 0.07070 1.524 0.08584 1.77 0.11614 1.924 0.13382 2.114 0.16159 2.266 0.18179 2.342 0.19441 2.546 0.22723 2.68 0.24491 2.848 0.27521 3.006 0.30045 3.184 0.33328 3.352 0.36358 3.5 0.39387 3.648 0.42165 3.898 0.46962 4.208 0.52011 4.376 0.54536 4.608 0.57061
L0 (mm) 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3
ε 0.00304 0.00322 0.00388 0.00542 0.00628 0.00751 0.00805 0.00920 0.01014 0.01211 0.01333 0.01382 0.01425 0.01474 0.01540 0.01650 0.01775 0.01946 0.02261 0.02457 0.02700 0.02894 0.02991 0.03252 0.03423 0.03637 0.03839 0.04066 0.04281 0.04470 0.04659 0.04978 0.05374 0.05589 0.05885
69.6 70.8 71.1 69.9 68.4 67.5 66.3 65.4 63.3 61.5 59.7 57.3 55.5 53.7 51.9 50.4 48.6 47.7
118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82 118.82
4.832 5.204 6.272 6.914 7.34 7.564 7.888 8.092 8.534 8.93 9.194 9.578 9.858 10.09 10.328 10.474 10.686 10.69
0.58576 0.59586 0.59838 0.58828 0.57566 0.56809 0.55799 0.55041 0.53274 0.51759 0.50244 0.48224 0.46709 0.45194 0.43680 0.42417 0.40902 0.40145
78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3 78.3
0.06171 0.06646 0.08010 0.08830 0.09374 0.09660 0.10074 0.10335 0.10899 0.11405 0.11742 0.12232 0.12590 0.12886 0.13190 0.13377 0.13648 0.13653
Acero1020 0,70000
Esfuerzo (Kn/mm2)
0,60000 0,50000 0,40000 0,30000 Acero1020
0,20000 0,10000 0,00000 0,00000
0,05000
0,10000
0,15000
Deformacion Unitaria
Grafico 3. Diagrama esfuerzo vs deformación unitaria Tabla 7. Resultados prueba de tracción acero 1020
Material
%A
%L
E
σf (Kn/mm2)
σt (Kn/mm2)
σu (Kn/mm2)
Acero 1020
58.22
10.6
12.73
0.575
0.598
0.401
RESUMEN Las fuerzas aplicadas a un elemento estructural pueden inducir un efecto de deslizamiento de una parte del mismo con respecto a otra. En este caso, sobre el área de deslizamiento se produce un esfuerzo cortante, tangencial, o de cizalladura. Análogamente a lo que sucede con el esfuerzo normal, el esfuerzo cortante se define como la relación entre la fuerza y el área a través de la cual se produce el deslizamiento, donde la fuerza es paralela al área. Cuando en una sección solo actúan esfuerzos cortantes y no hay tensiones axiales se dice que se trata de un esfuerzo cortante puro, (de este modo trabajaremos en esta práctica), a su vez todo elemento sometido a un esfuerzo cortante se deforma dando lugar a deformaciones angulares o deformaciones por cortante.
OBJETIVO GENERAL
Identificar cuando los materiales están sometidos a esfuerzos cortantes, comparar el comportamiento entre varios sistemas de unión.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Distinguir el tipo de juntas y la respuesta de cada una de ellas ante un esfuerzo cortante.
Identificar cortante.
el
diagrama
de
Esfuerzo
MARCO TEORICO ABSTRACT The forces applied to a structural element can induce a sliding effect of a part thereof relative to another. In this case, on the slip occurs shear tangential, or shear. Similarly to what happens with the normal stress, the shear stress is defined as the relationship between the force and the area through which slippage occurs where the force is parallel to the area. When a single section acting shear forces and no axial stress is said that it is a pure shear stress, (thus work in the practice), each element in turn subjected to a shear stress deforms resulting deformations angular or shear deformations.
PALABRAS CLAVES Esfuerzo, cortante, cargas paralelas.
KEY WORDS Stress, shear, parallel load.
Es importante puntualizar que la fuerza de corte está inseparablemente ligada a una variación del momento de flexión en secciones adyacentes, Entonces, si una fuerza de corte y un momento de flexión están presentes en una sección un momento de flexión diferente existirá en una sección adyacente, aunque la fuerza de corte permanezca constante. Esto conduce al establecimiento de las tensiones de corte sobre los planos longitudinales imaginarios que son paralelos al eje del miembro. Por lo tanto, como en un punto del sólido existen tensiones de corte iguales sobre planos mutuamente perpendiculares, quedarán determinadas las tensiones de corte cuya dirección coincide con la de la fuerza de corte en una sección. Cada segmento de viga debe estar en equilibrio. Si estos segmentos de viga están conectados por un perno como es el caso del presente ensayo, las fuerzas axiales en la parte superior o inferior causadas por los momentos de flexión deben estar en equilibrio por una fuerza en dicho perno. La fuerza horizontal transmitida por el perno, es la necesaria para equilibrar la fuerza axial neta causada por las tensiones de flexión actuando sobre las dos secciones adyacentes.
1. INTRODUCCION En esta práctica de laboratorio se tiene como objeto principal determinar el esfuerzo cortante necesario para hacer fallar dos sistemas de unión diferente: Unión con soldadura en donde veremos como la falla se da en el cordón de la soldadura y unión con pernos donde de igual manera se evidenciara la falla en uno o varios de los pernos que unen la viga. Otro aspecto que conoceremos en esta experiencia es la que permite ensayar un material en cortadura pura y crear una gráfica de deformación de cortadura en función del esfuerzo cortante, obteniendo el diagrama deformación–esfuerzo de cortadura para dicho material.
2. DESCRIPCION DEL PROBLEMA MATERIALES Y EQUIPOS
Máquina de ensayo Universal tracción (Marca Terco, MT 3017). Marca (figura 14). Muestras de Materiales. Calibrador Vernier
Tomar las dimensiones iniciales de las probetas: Longitud, área transversal, etcétera, y trasladar los datos a las tablas respectivas. Si es necesario hacer esquemas para ilustrar las dimensiones relevantes. Con la máquina encendida (previamente se debe calentar la máquina), pero en reposo, colocar la probeta en la máquina verificando su alineación con las mordazas y posición adecuada de mordazas y probeta. Asegurar que la cruceta móvil, fija y marco de carga se encuentren en posición, al igual que el rango de carga. Coloque en posición el botón de encendido general. Presionar botón de marcha (Start), con lo que el led verde encenderá. Calibrar a cero los captadores. Abrir la válvula de avance de velocidad. Al finalizar la prueba, presionar el pulsador de paro rápido (Stop) y detener la máquina.
2. Anotar directamente de los indicadores de la máquina las lecturas de fuerza máxima y desplazamiento. 3. Trasladar los resultados a una tabla que el grupo diseñará para este propósito. 4. Anotar toda otra información y observación relevante para la interpretación de resultados.
3. ANALISIS Y RESULTADOS. Tabla 8. Datos cortante
Figura14. Equipo para ensayo Cortante.
PROCEDIMIENTO 1. Calibración y sujeción de probeta, pasos:
Material
Dimensiones Iniciales(cm)
Fuerza aplicada(KN)
Esfuerzo cortante máximo(N/mm2)
Acero con pernos
500x25.4x4.7
9.13
76.48
Acero con soldadura
500x25.4x4.7
42.05
350.28
Platina con perno:
𝜏 = 0.53 𝐾𝑛/𝑚𝑚2
Ancho = 25.4 mm Espesor = 4.7 mm
𝐴 = 25.4 𝑥 4.7 = 119.38 𝑚𝑚2
4. CUESTIONARIO.
Diámetro perno = 1.7 mm 𝐹𝑀𝑎𝑥 = 9.13 𝐾𝑛 𝐴𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜 = 𝐴𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜
𝜋𝑑2 4
𝜋(1.7)2 = 4
Mencione tres partes de un equipo donde se den fuerzas cortantes y otras tres donde se den fuerzas de apoyo. Cuando un tornillo esta sujetando dos platinas el esfuerzo cortante es recibido directamente en el perno lugar donde por esta razón ocurre la falla; a su vez platina y arandelas reciben las fuerzas de apoyo (ver figura 15).
𝐴𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜 = 2.27 𝑚𝑚2 𝜎=
𝐹 𝐴
𝜎=
9.13 𝑘𝑁 = 0.0762 𝐾𝑛/𝑚𝑚2 119.38 𝑚𝑚2
Esfuerzo cortante en pernos:
𝜏=
𝐹 𝐴𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜
=
9.13 𝐾𝑛 2.27 𝑚𝑚2
𝜏 = 4.02 𝐾𝑛/𝑚𝑚2
Figura 15. Perno sometido a cortante
Soldadura: b = 25.4 mm
Indique la importancia de conocer los esfuerzos provocados por estas condiciones sobre las piezas mencionadas anteriormente.
e = 4.7 mm
𝐹𝑀𝑎𝑥 = 42.05 𝐾𝑛 𝐴 = 25.4 𝑥 4.7 = 119.38 𝑚𝑚2 𝜎=
𝐹 𝐴
𝜎=
42.05 𝑘𝑁 = 0.352 𝐾𝑛/𝑚𝑚2 119.38 𝑚𝑚2
Esfuerzo cortante en el cordón de soldadura:
𝜏=
𝐹 𝐴𝑐𝑜𝑟𝑑𝑜𝑛
=
42.05 𝐾𝑛 78.54 𝑚𝑚2
Es de suma importancia identificar los esfuerzos a los que está sometido el tornillo de la figura 15, debido a que si hubo falencias al momento del diseño y las dimensiones asignadas fueron insuficientes para la fuerza cortante a la cual futuramente será sometido, este fallaría. Un caso por mencionar sería un perno que este ajustando una unión viga columna de un puente metálico.
¿Qué fenómenos que ponen en peligro la máquina o dispositivo se produce en piezas solicitadas de esta forma?
El cálculo de la resistencia de un dimensionar la respuesta de este ante los esfuerzos a los cuales será sometido. Una forma sencilla y rápida de realizarlo consiste en considerar, el giro del tornillo con una carga P que soporta la rosca, equivalente a elevar una carga igual por el plano inclinado de la hélice. Es por este detalle que si se llega a asignar una rosca que no pueda soportar la fuerza, es muy probable que el perno ceda y se fracture. También es importante saber que dependiendo del largo y ancho de las láminas a unir, así serán el número de tornillos; y estos deben estar separadas por 3 veces su diámetro, de lo contrario, serán las láminas quienes posiblemente fallen ante estos esfuerzos.
Mencione algunas formas de saber si una pieza podría fallar (o detectar la falla antes de que haya consecuencias serias).
La principal función de un tornillo es transmitir una carga estática, dinámica de fatiga. En una unión atornillada el principal tipo de carga en el perno es de tensión mientras que en los filetes de la tuerca se desarrolla un esfuerzo cortante. En un tornillo se presentan factores de concentración elevados debido a los filetes de rosca y al radio de acordonamiento relativamente pequeño en la transición cuerpo-cabeza. El modo de falla más frecuente en torillos es por fatiga. El mayor porcentaje de fallas se presenta en el primer filete del lado de la arandela, debido a que en este sitio se presenta la mayor concentración de carga. También se presentan roturas por fatiga en la transición cuerpo-sector roscado y en la transición cuerpo-cabeza. Una falta de perpendicularidad entre el eje axial de un perno y la superficie de asiento de la cabeza o tuerca genera un esfuerzo de flexión, lo que reduce la vida de fatiga. La falla por fatiga de pernos puede ser causada por elevados anormales de esfuerzos como estrías, ranuras, grietas, picaduras, indentaciones o por defectos del material como inclusiones o discontinuidades de laminación. En la Figura16 se verán ejemplos de estas fallas por fatiga.
Figura16. Fallas por fatiga en uniones con pernos
5. CONCLUSIONES Luego de la realización de esta práctica de laboratorio hemos logrado apreciar cómo afecta el esfuerzo cortante el comportamiento que tiene algunos sistemas de uniones convencionales, en nuestro caso específico pernada y la soldada, observando que bajo las mismas condiciones de ensayo la unión soldada necesito la aplicación de una mayor carga para ceder ante el esfuerzo de cizalladura, esto en comparación con la unión con pernos. En resumen esta experiencia de laboratorio fue de vital importancia, pues en la práctica es muy frecuente que en una estructura se encuentren piezas sometidas a esfuerzos cortantes como en partes unidas por pernos y platinas unidas por soldadura, por eso el conocer cómo actúan esos esfuerzos nos darán una pauta al momento de diseñar una pieza estructural bajo estas condiciones de solicitaciones.
RESUMEN Se entiende por dureza la propiedad de la capa superficial de un material de resistir la deformación elástica, plástica y destrucción, en presencia de esfuerzos de contacto locales inferidos por otro cuerpo, más duro, el cual no sufre deformaciones residuales (indentador ó penetrador), de determinada forma y dimensiones. Un análisis de la anterior definición nos lleva a las siguientes conclusiones: 1) la dureza, por definición, es una propiedad de la capa superficial del material, no del material en sí; 2) los métodos de dureza por indentación presuponen la presencia de esfuerzos de contacto, por lo tanto la dureza puede ser cuantificada como tal; 3) el indentador o penetrador no debe sufrir deformaciones residuales. El estándar ASTM E 10-78 define la dureza Brinell como un método de ensayo por indentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza una bola endurecida, bajo condiciones específicas, contra la superficie del material a ensayar y se mide el diámetro de la impresión resultante luego de remover la carga. Ateniéndonos a la definición, el número de dureza Brinell (como esfuerzo de contacto), es la relación de la carga P que efectúa el indentador esférico de diámetro D, al área de la superficie de la huella.
ABSTRACT
surface of the test material is measured and the diameter of the resulting print after removing the load. Sticking to the definition, the Brinell hardness number (such as contact stress) is the ratio of the load P that makes spherical indenter diameter D, the surface area of the footprint.
PALABRAS CLAVES Dureza, esfera, diámetro, casquete esférico.
KEY WORDS Toughness, globe, diameter, spherical cap.
OBJETIVO GENERAL
Medir la dureza de los empleando el ensayo Brinell.
materiales
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Conocer el funcionamiento y manejo de la máquina para ensayos de dureza Brinell.
Conocer las ventajas y limitaciones de cada método.
Hardness means the property of the surface layer of a material to resist elastic deformation, plastic and destruction in the presence of local contact stresses inflicted by another body, harder, which does not undergo residual deformations (indenter or indenter) in certain ways and dimensions.
MARCO TEORICO
An analysis of the above definition leads to the following conclusions: 1) hardness, by definition, is a property of the surface layer of the material, not the material itself, 2) indentation hardness methods presuppose the presence of efforts contact, therefore the hardness can be measured as such, 3) or penetrator indenter residual deformations must not suffer.
Es difícil definir la propiedad de "dureza", excepto en relación con la prueba empleada en particular para determinar su valor. Debe tenerse en cuenta que un número o valor de dureza no puede utilizarse directamente en trabajos de diseño, como se puede hacer con un valor de resistencia a la tensión, ya que los números de dureza no tienen significado intrínseco.
The standard ASTM E 10-78 Brinell hardness defined as an indentation testing method by which , with the use of a calibrated machine , forces a hardened ball , under specific conditions against the
La dureza no es una propiedad fundamental de un material, sino que está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas. El valor de dureza obtenido en una prueba determinada sirve
sólo como comparación entre materiales o tratamientos. El procedimiento de prueba y la preparación de la muestra suelen ser sencillos y los resultados pueden utilizarse para estimar otras propiedades mecánicas. La prueba de dureza se utiliza ampliamente para inspección y control. El tratamiento térmico o el trabajo efectuado en una pieza metálica resultan generalmente en un cambio de dureza. Cuando se establece el valor resultante de la dureza de un tratamiento térmico a un material dado por un proceso determinado, esa estimación proporcionará un método rápido y sencillo (de inspección y control) para el material y proceso particulares. El probador de dureza Brinell generalmente consta de una prensa hidráulica vertical de operación manual, diseñada para forzar un marcador de bola dentro de la muestra. Por lo general no se necesita hacer el cálculo, ya que hay tablas para convertir el diámetro de la grabación observada al número de dureza Brinell. Existen otros experimentos que determinan este mismo factor los cuales describiremos a continuación para profundizar aún más en el conocimiento de esta propiedad de los materiales. Prueba o ensayo de lima. La pieza a prueba se somete a la acción de corte de una lima de dureza conocida, para determinar si se produce un corte visible. Las pruebas comparativas con una lima dependen del tamaño, forma y dureza de la lima, de la velocidad, presión y ángulo de limado durante la prueba, y de la composición y tratamiento térmico del material a prueba. La prueba generalmente se emplea en la industria como aceptación o rechazo de una pieza. En muchos casos, sobre todo con aceros para herramientas, cuando el acero se trata térmicamente, será suficientemente duro, tal que si se pasa una lima por la superficie, ésta no se cortará. No es raro encontrar especificaciones de tratamiento térmico que digan simplemente "tratar térmicamente hasta que el material tome dureza a prueba de lima". Al pasar una lima por la superficie, se puede examinar con rapidez un gran número de partes tratadas térmicamente para determinar si el tratamiento ha sido satisfactorio.
Prueba o ensayo de dureza Rockwell. En esta prueba de dureza se utiliza un instrumento de lectura directa basado en el principio de medición de profundidad diferencial. La prueba se lleva a cabo al elevar la muestra lentamente contra el marcador hasta que se ha aplicado una carga determinada menor. Luego se aplica la carga mayor a través de un sistema de palanca de carga. Después de que la aguja del disco llega al reposo, se quita la carga mayor, y con la carga menor todavía en acción, el número de dureza Rockwell es leído en el disco medidor. Como el orden de los números se invierte en el disco medidor, una impresión poco profunda en un material duro dará un número grande en tanto que una impresión profunda en un material blando dará un número pequeño. Hay dos máquinas Rockwell: El probador normal para secciones relativamente gruesas y el probador superficial para secciones delgadas. La carga menor es de 10 kg en el probador normal y de 3 kg en el probado superficial. Pueden utilizarse diversos marcadores de muescas y cargas y cada combinación determina una escala Rockwell específica. Los marcadores de muescas incluyen bolas de acero duras de 1/16, 1/8, 1/4 y 1/2 de pulgada de diámetro y un marcador cónico de diamante de 120°. Generalmente las cargas mayores son de 60,100 y 150 kg en el probador normal y de 15, 30 y 45 kg en el probador superficial. Prueba o ensayo de dureza Vickers En esta prueba, el instrumento utiliza un marcador piramidal de diamante de base cuadrada con un ángulo incluido de 136° entre las cargas opuestas (figura 7.3). El intervalo de carga está generalmente entre 1 y 120 kg. El probador de dureza Vickers funciona bajo el mismo principio que el probador Brinell, y los números se expresan en términos de carga y área de la impresión. Como resultado de la forma del marcador, la impresión sobre la superficie de la muestra será un cuadrado. La longitud de la diagonal del cuadrado es medida por medio de un microscopio equipado con un micrómetro ocular que contiene filos móviles. La distancia entre los filos se indica en un contador calibrado en milésimas de milímetros. Por lo general, hay tablas para convertir la diagonal medida al número de dureza piramidal Vickers (HV).
Prueba o ensayo de micro dureza. Desafortunadamente, este término es engañoso ya que podría referirse a la prueba de pequeños valores de dureza cuando que en realidad significa el uso de impresiones pequeñas. Las cargas de prueba están entre 1 y 1000 g. Hay dos tipos de marcadores empleados para la prueba de micro dureza: la pirámide de diamante Vickers de base cuadrada de 136°, descrita anteriormente y el marcador Knoop de diamante alargado. El marcador Knoop tiene forma piramidal que produce una impresión en forma de diamante, y tiene diagonales largas y cortas a una razón aproximada de 7:1. La fórmula piramidal empleada tiene incluidos ángulos longitudinales de 172°30 y ángulos transversales de 130°. La profundidad de impresión es como de 1/30 de su longitud. Como en la prueba Vickers, la diagonal más larga de la impresión es medida ópticamente con el ocular de un micrómetro de rosca. El número de dureza Knoop es el resultado de dividir la carga entre el área de la impresión. Por lo general se utiliza tablas para convertir la longitud diagonal medida al número de dureza Knoop (HK).
MATERIALES Y EQUIPOS
Máquina para ensayos de Dureza Brinell (figura 15) Probeta de acero 1020 (figura 15)
Figura15. Máquina para ensayos tipo Brinell
1. INTRODUCCION En esta práctica de laboratorio se tiene como objeto principal determinar mediante un ensayo no destructivo la dureza de un material, nuestra experiencia estará centrada únicamente en conocer de manera plena el ensayo de Brinell. El ensayo de dureza es uno de los más empleados en la selección y control de calidad de los metales. La dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Se evalúa convencionalmente por tres procedimientos .El método Rockwell, el brinell y el vickers El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta con determinada geometría.
PROCEDIMIENTO
Subir el tornillo en el cilindro de presión Montar la unidad de prueba Brinell Montar el plato inferior presión Colocar la pieza de prueba en el dispositivo inferior Aumentar la presión lentamente Mantener la carga aplicada durante 10 segundos Retirar la carga Medir el diámetro de la indentación en dos direcciones perpendiculares
3. ANALISIS Y RESULTADOS. Hallar el número de dureza Brinell para el material ensayado.
2. DESCRIPCION DEL PROBLEMA
Datos Material = Acero 1020
Diámetro de la esfera = 2.5 mm
𝐻𝐵 =
d1 = 1.3979 mm
𝐻𝐵 = 109.255
d2 = 1.4179 mm 𝑃 𝐷2
= 30(Tomado de la tabla 9)
4. CUESTIONARIO Explicar los factores que afectan la dureza de un material.
𝑃 = 30 2.52
Algunos de los factores que influyen en la exactitud de cualquier prueba de dureza por indentación son:
𝑃 = 187.5 Calculo de dureza:
Condición del marcador de muescas: El achatamiento de la bola de acero de un marcador producirá errores en el número de dureza, en cuyo caso la bola debe ser revisada frecuentemente para detectar cualquier deformación permanente y debe descartarse cuando ocurra tal deformación. Los marcadores de diamante deben revisarse en busca de cualquier señal de astillado.
Exactitud de la carga o esfuerzo aplicado: El probador debe aplicar cargas dentro del intervalo establecido con errores mínimos. Las cargas mayores a la cantidad recomendada no deben utilizarse para obtener así pruebas exactas.
Cargas o esfuerzos aplicados con impacto: Además de producir lecturas de dureza inexactas, el impacto a la carga puede dañar los marcadores de diamante. El uso de un recipiente pequeño con aceite, controlado, asegurará la uniformidad, así como la continua operación del mecanismo de carga.
Condición de la superficie de la muestra: La superficie de la muestra sobre la cual se va a tomar la lectura de dureza debe ser plana y representativa del material en buen estado. Cualquier orificio, costra o grasa debe eliminarse por esmerilado o pulido.
Espesor de la muestra: La muestra debe ser suficientemente gruesa de modo que no aparezca alguna protuberancia sobre la superficie opuesta a la de la impresión. El espesor de la muestra recomendado es
𝑃
𝐻𝐵 = 𝜋𝐷ℎ Ec. (1) Sabemos que h está dada por: 𝐷
𝐷
110.237 + 108.273 2
𝑑
ℎ = 2 √( 2 )2 − ( 2 )2
Ec. (2)
Reemplazando (2) en (1):
𝐻𝐵 =
2𝑃 𝜋𝐷(𝐷 − √𝐷 2 − 𝑑1 2 )
Ahora aplicando nuestros valores tenemos:
𝐻𝐵 =
2 ∗ 187.5 𝜋(2.5)(2.5 −
√2.52
−
1.39792 )
𝐻𝐵 = 110.237 Ahora para 𝑑2 :
𝐻𝐵 =
𝐻𝐵 =
2𝑃 𝜋𝐷(𝐷 − √𝐷 2 − 𝑑2 2 ) 2 ∗ 187.5 𝜋(2.5)(2.5 − √2.52 − 1.41792 )
𝐻𝐵 = 108.273
Promediando:
de por lo menos diez veces la profundidad de la impresión.
Forma de la muestra: Se logra mayor exactitud cuando la superficie a prueba es plana y perpendicular al eje vertical del indentador. Una muestra larga debe sujetarse adecuadamente de tal forma que no se ladee. Una superficie plana debe prepararse, si es posible, sobre una muestra de forma cilíndrica y usarse un yunque en V para soportar la muestra, a menos que se esmerilen bases planas paralelas en lados opuestos del cilindro, en cuyo caso se puede utilizar un yunque plano. Si se hace una prueba de dureza Rockwell en una muestra redonda menor de 1 pulg. de diámetro sin haber esmerilado una cara plana, la lectura observada debe ajustarse por un factor de corrección apropiado Localización de las impresiones: Las impresiones deben estar al menos a 2½ diámetros de distancia del borde de la muestra y separadas al menos 5 diámetros cuando se utilicen bolas para la prueba de dureza.
Uniformidad del material: Si hay variaciones estructurales y químicas en el material, a mayor área de impresión más exacta será la lectura de dureza promedio. Para obtener una dureza promedio verdadera para el material, es necesario tomar muchas lecturas si el área de impresión es pequeña.
¿Qué condiciones deben cumplir las máquinas y las probetas para que la prueba arroje propiedades mecánicas certificables internacionalmente? Máquina. Para los ensayos Brinell se usa el escleroscopio, este aparato sirve para la medición tanto de dureza Brinell como Vickers. Aplica cargas hasta de 250 kgf, por lo que es necesario aplicar los criterios de semejanza. Posee incorporado un microscopio de medición, el cual posee una resolución de 0,001mm. El funcionamiento y
procedimiento de medición serán explicados por el profesor y el monitor en el momento de la práctica. El estándar ASTM E 10 presenta las siguientes exigencias a las máquinas de medición de dureza Brinell: El diseño debe ser tal que se excluya cualquier mecimiento o movimientos laterales del indentador o de la probeta durante la aplicación de la carga. En las máquinas que usan pesos muertos para la aplicación de la carga deben evitarse las sobrecargas al momento de la aplicación de la fuerza causadas por la inercia del sistema. Probetas. El estándar ASTM E 10 presenta las siguientes exigencias a las probetas usadas para la medición de la dureza Brinell: Para evitar que el efecto de la indentación aparezca en el lado opuesto de la probeta, el espesor de ésta debe ser al menos 10 veces más que la profundidad de la indentación. Cuando sea necesario la superficie debe lijada y pulida de manera que se observen con claridad los bordes de la huella en el momento de la medición con la precisión necesaria. Se debe tener cuidado de no sobrecalentar la superficie en los procesos de pulimento ¿Qué limitaciones tiene el ensayo Brinell? La selección de una prueba de dureza se determina generalmente por la facilidad de realización y por la exactitud deseada. Como la prueba Brinell deja una impresión relativamente grande, está limitada a secciones de tamaño mayor. Sin embargo, esto constituye una ventaja cuando el material probado no es homogéneo. La superficie de la pieza a prueba cuando se efectúa una prueba Brinell no tiene que ser tan uniforme como la que se requiere en métodos de prueba que producen impresiones menores; no obstante, usar un microscopio para medir el diámetro de la impresión no es tan conveniente como leer un disco medidor. Debido a la deformación de la bola de acero, la prueba Brinell suele ser inexacta por encima de 500 HB. El intervalo puede aumentarse a 650 HB con una bola de carburo de tungsteno
Tabla 9. Dureza Brinell
DUREZA BRINELL TABLA DE SELECCIÓN DE LOS GRADOS DE FUERZA Gama de Grado de Material durezas fuerza P/D2 Hierro dulce, acero, acero colado, fundición maleable.
67 ---- 500
Metales ligeros, aleaciones fundidas y amasadas, aleaciones de fundición inyectadas, cobre, latón, bronce, níquel, aleaciones de aluminio.
22 - ---315
Aluminio puro, magnesio, cinc, latón fundido. Metales antifricción. Plomo, estaño, soldadura blanda. Metal blando con temperaturas más elevadas
11 ---- 158 6 ----78 3 -----39 1 -----15
Tiempo de aplicación (Seg)
30
10...15
10 5 2,5 1,25 0,5
30 60 60 60 60
5. CONCLUSIONES Luego de la realización de esta práctica de laboratorio hemos logrado asimilar la forma como debemos calcular el índice de dureza tomando como base el método diseñado por Brinell y aplicando las ecuaciones matemáticas correspondiente, para nuestro caso específico el material al cual se le calculo el índice de dureza fue una probeta de acero 1020. El ensayo de dureza es, juntamente con el de tracción uno de los más empleados en la selección y control de calidad de los metales. Intrínsecamente la dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Gracias a la variedad de ensayos de dureza que se pueden realizar en los materiales podemos tener la certeza de que tipo de material estamos usando y en que lo podemos emplear.
CONCLUSIONES GENERALES DEL LABORATORIO
Luego de culminar las experiencias en las cuales ejecutamos y analizamos todos los procesos necesarios para determinar las propiedades mecánicas de los materiales ensayados podemos dimensionar la importancia que tienen estas pruebas como pilar a la hora de hablar de un futuro comportamiento de una estructura ya sea un puente, un edificio o cualquier proyecto que deseemos emprender como ingenieros. Esfuerzos, cargas, deformaciones, módulo de elasticidad, eran términos que solo conocíamos en teoría y que tras la práctica y la familiarización con todos los equipos que hacen posibles la transformación de teoría a datos reales y análisis que certifican dicha teoría, nos dejan claro que los números son una ciencia exacta que nunca falla. La finalidad a la hora de diseñar es conseguir estructuras funcionales que resulten adecuadas desde el punto de vista de la resistencia de materiales. Normalmente el cálculo y diseño de una estructura se divide en elementos diferenciados aunque vinculados por los esfuerzos internos que se realizan unos sobre otros. Usualmente a efectos de cálculos las estructuras reales suelen ser divisibles en un conjunto de unidades separadas cada una de las cuales constituye un elemento estructural y con el conocimiento adquirido en este laboratorio tenemos en nuestras manos la manera de calcular y predecir el comportamiento de dichos elementos.
BIBLIOGRAFIA
Mecánica de Materiales. James M. Gere, Barry Goodno. Séptima Edición.
Resistencia de Materiales. Robert L. Mott. Quinta Edición.
http://blog.utp.edu.co/metalografia/2012/07/31/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/
http://www.analisisdefractura.com/fractura/fractura-fragil-2/
http://ingevil.blogspot.com/2008/10/ensayo-compresin-de-cilindros-de.html
Norma colombiana sismoresistente. NSR10
http://www.vespino.com/~tecnologia/tecnoII/1materiales/ENSAYO%20DE%20TRACCI%D3N.pdf
Departamento de ingeniería universidad Santiago de chile
Hasbún Cáceres, Carlos. Experiencias– Guía de Laboratorio, Universidad Autónoma del Caribe, Barranquilla, 2013
