PRACTICA N° 6: ENSAYO DE TRACCIÓN INDIRECTA (METODO BRASILEÑO)
GUTIERREZ CORREA YESIKA LORENA
201220180
MARTINEZ CASTELLANOS DIANA MILENA
201220233
REYES CUBIDES CLAUDIA PATRICIA
201220224
RODRIGUEZ CRISTANCHO YENITH ANYUL
201220173
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE METALURGIA TUNJA 2015
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PRACTICA N° 6: ENSAYO DE TRACCIÓN INDIRECTA (METODO BRASILEÑO)
GUTIERREZ CORREA YESIKA LORENA
201220180
MARTINEZ CASTELLANOS DIANA MILENA
201220233
REYES CUBIDES CLAUDIA PATRICIA
201220224
RODRIGUEZ CRISTANCHO YENITH ANYUL
201220173
Presentado a: Ing. M sc. MÓNICA ISABEL MELGAREJO RINCÓN. Docente del área
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE METALURGIA TUNJA 2015
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TABLA DE CONTENIDO 1. PROCESO EXPERIMENTAL ................................................. ........................................................................... ............................ 5 2. DETERMINACION DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESION DEL CONCRETO. ................................................... ............................................................................ ................................................... ............................... .....8 2.1 Espécimen de concreto sin reforzar .................................... .............................................................. ............................8 2.2
Espécimen de concreto reforzado ............................................................ ............................................................12
3. ANÁLISIS DE RESISTENCIA. ............................................... ........................................................................ .........................15 4. FORMA DE ROTURA ................................................... ............................................................................. ..................................... ...........16 4.1. Ensayo de tracción indirecta para la probeta sin reforzar ........................... ........................... 16 4.2. Ensayo de tracción indirecta para la probeta reforzada .............................. ..............................17 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS............................................... ......................................................................... ............................. ... 20 6. CONCLUSIONES ................................................. .......................................................................... ............................................. ....................21 7. SUGERENCIAS ........................................................ ................................................................................. ......................................... ................ 23 BIBLIOGRAFÍA ................................................ ......................................................................... ................................................... ............................. ... 24
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TABLA DE ILUSTRACIONES ........................................................ .....5 Ilustración 1. Toma de dimensiones iniciales. ................................................... ....................................................6 Ilustración 2. Ubicación horizontal de la probeta. .................................................. ......................................................... .........6 Ilustración 3. Posicionamiento de la probeta. ................................................ .......................................... .........7 Ilustración 4. Evaluación de las variables del proceso. ................................. r egistrados inicialmente................................. inicialmente.................................8 Ilustración 5. Datos de las probetas registrados ca rga-alargamiento probeta prob eta sin reforzar.......................... 9 Ilustración 6. Grafica de carga-alargamiento ...........................................10 Ilustración 7. Datos proporcionados por el software. ........................................... ..................................................11 Ilustración 8. Gráfica Esfuerzo Vs Deformación. .................................................. Ilustración 9. Grafica de carga-alargamiento probeta reforzada ..........................12 e l software. ......................................... .........................................13 Ilustración 10. Datos proporcionados por el pa ra concreto conc reto reforzado. .............14 Ilustración 11. Gráfica Esfuerzo- Deformación para Res ultados finales f inales de las probetas pr obetas falladas. ................................. .................................14 Ilustración 12. Resultados Ilustración 13. Forma de rotura de la probeta de concreto sin reforzar ................16 Ilustración 14. Forma de rotura para la probeta de concreto reforzada ...............17 ...............................................18 Ilustración 15. Tipos de fractura en los concretos. ...............................................
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1. PROCESO EXPERIMENTAL
Posterior a la elaboración de las probetas, se procede a su previendo así, secados prematuros que ocasionen fisuras internas y externas que aumenten la temperatura interna del concreto y por ende, disminuyan la resistencia del mismo. Tomar las dimensiones iniciales, iniciales, es decir los diámetros y alturas e incluso el peso de cada probeta a ensayar (con y sin fibra). El procedimiento de medición es de vital importancia pues de esto depende la exactitud de los cálculos y la eficiencia en sus resultados
Ilustración 1. Toma de dimensiones iniciales.
Fuente: Autoras.
5
Ubicar horizontalmente horizontalmente la probeta en el dispositivo para evitar que la la carga aplicada se distribuya en una sola dirección y que fracture inmediatamente la probeta. Ilustración 2. Ubicación horizontal de la probeta.
Fuente: Autores.
Ubicar el dispositivo junto con la probeta en la maquina universal acondicionándola para el ensayo de compresión y aplicando correctamente la carga para tal fin.
Ilustración 3. Posicionamiento de la probeta.
Fuente: Autoras. 6
Ya sometidas las probetas tracción indirecta, se procede a medir medir las variables que de una u otra manera pueden influir en el procedimiento y a hacer los análisis respectivos.
Ilustración 4. Evaluación de las variables del proceso.
Fuente: Autoras.
7
2. DETERMINACION DE DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESION DEL CONCRETO. Para calcular la resistencia a la compresión del concreto se utilizaron solo dos probetas de las cuales se obtuvo la gráfica de carga-alargamiento y los datos de tiempo, carga y alargamiento para cada uno de los especímenes, debido a la cantidad de datos se utilizaron solo veinte de ellos para el desarrollo de los cálculos. Así mismo, se tuvieron en cuenta los siguientes datos presentados en la tabla para cada una de las probetas usadas.
Ilustración 5. Datos de las probetas registrados inicialmente. PROBETA 1
PROBETA 2
REFORZADA
PESO (kg)
SIN REFORZAR 12.950
DIAMETRO (mm)
153
153
ALTURA
304
304
VELOCIDAD
1mm/min
1mm/min
CARACTERISTICA
18.866
Fuente: Autoras. 2.1 Espécimen de concreto sin reforzar Para esta probeta se tiene la gráfica de carga-alargamiento carga-a largamiento obtenida por el software de la maquina universal, la cual posee el siguiente comportamiento.
8
Ilustración 6. Grafica de carga-alargamiento probeta sin reforzar.
Fuente: Software Trapezium X, Maquina universal
9
Para realizar la gráfica de esfuerzo vs deformación se tomaron aproximadamente 18 datos de los proporcionados por el software, a partir de ellos se realizaron los cálculos y la determinación de la resistencia a través de la gráfica realizada.
Ilustración 7. Datos proporcionados por el software. ALARGAMIENTO (mm) 0 0.012 0.118 0.184 0.214 0.394 0.476 0.528 0.674 0.716 0.804 0.998 1.090 1.278 1.364 1.448 1.528 1.610
CARGA (N)
-15.625 -7.8125 546.875 3039 4640 14203 19593 23460.94 35875 40125 49242.19 70976.56 81820.31 104742.2 115976.6 126984.4 138304.7 149937.5
DEFORMACION (%) 0 0.007843137 0.077124183 0.120261438 0.139869281 0.25751634 0.311111111 0.345098039 0.440522876 0.467973856 0.525490196 0.652287582 0.712418301 0.835294118 0.891503268 0.946405229 0.99869281 1.052287582
Fuente: Software Trapezium X, Maquina universal
10
ESFUERZO (Mpa) 0.000 0.000 0.008 0.042 0.064 0.196 0.270 0.323 0.494 0.553 0.678 0.978 1.127 1.443 1.598 1.749 1.905 2.066
Ilustración 8. Gráfica Esfuerzo Vs Deformación.
ESFUERZO vs DEFORMACION 2.500
2.066 Mpa
2.000
A P M O Z R E U F S E
1.500
1.000
0.500
0.000 -0.2
0 -0.500
0 .2
0.4
0 .6
DEFORMACION (%)
Fuente: Autoras.
11
0.8
1
1 .2
2.2 Espécimen de concreto reforzado En el caso de esta probeta que fue reforzada con fibra sintética se pudo observar su comportamiento de acuerdo a este refuerzo y a la carga aplicada po r la maquina universal. A partir del ensayo se obtiene o btiene la siguiente grafica de carga-alargamiento. carga-alar gamiento.
Ilustración 9. Grafica de carga-alargamiento probeta reforzada
Fuente: Software Trapezium X, Maquina universal
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Para la realización de la gráfica esfuerzo-deformación se tomaron los siguientes datos:
Ilustración 10. Datos proporcionados por el software . ALARGAMIENTO (mm) 0.004 0.502 0.572 0.798 0.998 1.246 1.402 1.672 1.850 2.076 2.422 2.948 2.996 3.232 3.334 3.400 3.992 4.038 4.088
CARGA(N)
DEFORMACION (%) 0.0026 0.3281 0.3739 0.5216 0.6523 0.8144 0.9163 1.0928 1.2092 1.3569 1.5830 1.9268 1.9582 2.1124 2.1791 2.2222 2.6092 2.6392 2.6719
23.4375 33335.94 40230 65664.06 91770 127304.7 150600 159132.8 146670 125726.6 119720 117679.7 116160 107679.7 103101.6 100960 81850 74179.6 71640.63
Fuente: Software Trapezium X, Maquina universal
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ESFUERZO(Mpa)
0.000 0.459 0.554 0.905 1.264 1.754 2.075 2.192 2.021 1.732 1.649 1.621 1.600 1.484 1.420 1.391 1.128 1.022 0.987
De los datos presentados se presenta la siguiente grafica de esfuerzodeformación:
Ilustración 11. Gráfica Esfuerzo- Deformación para concreto reforzado. ESFUERZO vs DEFORMACION 3.00
2.50 2.192 Mpa ) 2.00 a p M ( O1.50 Z R E U F S E
1.00
0.987 Mpa
0.50
0.00 0.00
0.50
1.00
1.50
2.00 2.50 DEFORMACION (%)
3.00
3.50
4.00
Fuente: Autores. De los datos obtenidos para las dos probetas se obtienen los siguientes resultados en la siguiente tabla:
Ilustración 12. Resultados finales de las probetas falladas. RESULTADOS
PROBETA 1
PROBETA 2
TENSION DE ROTURA GRAFICA (Mpa)
2.066
0.987
TENSION DE ROTURA CALCULADA (Mpa)
2.05
2.288
RESISTENCIA MAXIMA A LA TENSION INDIRECTA DEFORMACION (%)
2.066
2.192
1.052
2.671
Fuente: Autoras.
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3. ANÁLISIS DE RESISTENCIA. El ensayo de tracción indirecta, destaca por ser un método simple y representativo, que permite imitar la respuesta de un pavimento flexible y obtener la carga máxima que aguanta una mezcla antes de romper. rompe r. Actualmente es un ensayo ampliamente utilizado para medir la resistencia a tracción de las mezclas bituminosas, además es un procedimiento muy simple y está especificado en la norma NLT-346/90 “Resistencia a compresión diametral (ensayo brasileño) de mezclas bituminosas”.
Este ensayo consiste en someter a compresión diametral una probeta cilíndrica, igual a la definida en el ensayo Marshall, aplicando una carga de manera uniforme a lo largo de dos líneas o generatrices opuestas hasta alcanzar la rotura. Para la presente práctica, se realizó el ensayo de tracción indirecta para un espécimen de concreto sin reforzar, y otro reforzado con fibra sintética, dando como resultado una resistencia máxima a la tensión indirecta de 2.066 MPa para el concreto sin reforzar y de 2.192 MPa para el concreto reforzado. Se hace evidente entonces un aumento en la resistencia del material de 5,75%, que indica qu e la fibra ayudó a aglomerar en mejor forma los componentes del concreto.Se observó una diferencia considerable entre la tensión de rotura dada por el equipo y la calculada; esto debido a que la probeta probe ta falló debido a la carga aplicada de 2.192 MPa, pero no se separó debido a la aglomeración de las fibras en ésta, razón por la cual el equipo continuó con el ensayo dando como último resultado un valor de 0,987 MPa que puede considerarse como no relevante. En cuanto al porcentaje de deformación se analizó que el porcentaje del concreto reforzado fue 60% mayor al de la probeta sin reforzar; esto influye directamente en las propiedades en servicio que puede tener cada concreto y lo que define los beneficios de utilizar una fibra, debido a que al presentar una deformación baja indica que el concreto tenderá a romper más fácilmente, mientras que si presenta una deformación alta podrá ser observado el cambio en la estructura y lograr prevenir la rotura del material realizando un cambio previo, y evitando así accidentes y pérdidas económicas mayores. Así pues, las fibras sintéticas benefician al concreto de diversas formas como lo es un incremento en la resistencia a la abrasión y al impacto, aportan resistencia a la fractura, disminuyen la permeabilidad y reducen la formación de fisuras. Todo esto debido a que tal y como se observó en la práctica, crean una especie de red en el concreto, que hace que la unión de sus materiales base se vuelva más fuerte, pero a la vez al soportar esfuerzos demasiado grandes permiten que se deforme un poco antes de romperse lo que ayuda a identificar el momento de cambio y evitar riesgos. 15
4. FORMA DE ROTURA En el ensayo de tracción indirecta se aplica una fuerza de compresión diametral a lo largo de la longitud del espécimen cilíndrico de concreto a una velocidad que está dentro de un rango prescrito hasta que ocurra la falla. Esta carga induce esfuerzos de tracción sobre el plano que contiene la carga aplicada y esfuerzos de compresión relativamente altos en el área inmediatamente alrededor de la carga aplicada. Ocurre más bien la falla por tracción, en vez de la falla por compresión porque las áreas de aplicación de carga están en un estado de compresión triaxial, permitiendo de ese modo soportar esfuerzos de compresión mucho más altos que los que estarían indicados por un resultado de ensayo de resistencia a la compresión uniaxial. El ensayo de tracción indirecta se realizó a una probeta de concreto reforzada y otra sin reforzar, para las cuales la rotura, se observó de la siguiente manera:
4.1. Ensayo de tracción indirecta para la probeta sin reforzar Ilustración 13. Forma de rotura de la probeta de concreto sin reforzar
Fuente: Autores
16
4.2. Ensayo de tracción indirecta para la probeta reforzada Ilustración 14. Forma de rotura para la probeta de concreto reforzada
Fuente: Autores
Al realizar el ensayo en sayo de tracción indirecta, puede evidenciarse un agrietamiento de las probetas por la parte diametral de la probeta; debido a esto es necesario tener en cuenta la tensión de rotura, ya que esta nos permitirá realizar un mejor análisis de la rotura presentada por cada una de las probetas. prob etas. Por tanto, la tensión de rotura es igual a: =
2. á ..
Para la probeta sin reforzar: =
2. (149.9375 (149.9375 ) . 304 304. . 153 153
−
= 2.05 2.0510 10
1000
1
∗
∗
(1000 ) ) (1 )
= 2′ 050.000
= 2′ 050.000 = .
Para la probeta reforzada: =
2. (167.180 (167.180 ) . 304 304. . 153 153
−
= 2.29 2.2910 10
1000
1
∗
17
∗
(1000 ) (1 ) )
= 2′ 290.000
= 2′ 290.000 = .
La fractura puede clasificarse en dúctil y frágil. La fractura dúctil ocurre después d espués de una intensa deformación plástica y se caracteriza por una lenta propagación de la grieta. La fractura frágil se produce a lo largo de planos cristalográficos llamados planos de fractura y tiene una rápida propagación de la grieta. De acuerdo a lo observado en las probetas de concreto, tanto reforzada como sin reforzar, se puede decir que el material presentó una fractura de tipo frágil, en ambos casos debido a que se observó una rápida propagación de la grieta. También se puede determinar el tipo de fractura que presentó el material, teniendo en cuenta la siguiente tabla:
Ilustración 15. Tipos de fractura en los concretos. Tabla 1. Tipos de fractura Cónica Se presenta cuando se logra una carga de compresión bien aplicada sobre un espécimen de prueba bien preparado.
Transversal Se presenta comúnmente cuando las caras de aplicación de carga se encuentran en el límite de desviación (perpendicularidad) tolerada especificada de 0,5° Columnar Se presenta en especímenes que presentan p resentan una superficie de carga convexa y deficiencia del material de refrentado; también por concavidad del plato de cabeceo o convexidad en una de las placas de carga. Se presenta en especímenes que presentan una cara de aplicación de carga cóncava y por deficiencias del material de refrentado; también por concavidad de una de las placas de carga.
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Se presenta cuando se producen concentraciones de esfuerzos en puntos sobresalientes de las caras de d e aplicación de carga y deficiencia del material de refrentado, por rugosidades en el plato en el que se realiza el refrentado o por deformación de la placa de carga. Cónica y dividida Se presenta en especímenes que presentan una cara de aplicación de carga convexa y deficiencias del material de refrentado o rugosidades del plato de refrentado.
Cónica y transversal Se presenta cuando las caras de aplicación de carga del espécimen están ligeramente fuera de las tolerancias de paralelismo establecidas o por ligeras desviaciones en el centrado del espécimen con respecto al eje de carga de la máquina. Fuente: Ensayo de resistencia a la tracción indirecta de cilindros normales de concreto. A partir de la tabla, y lo establecido anteriormente, an teriormente, se determina que la rotura que presentan las dos probetas es de d e tipo frágil columnar, como puede evidenciarse al compararlas con la tabla. Es de tipo columnar debido a que se presenta en especímenes que presentan una superficie de carga convexa y deficiencia del material de refrentado; también por concavidad del plato de cabe ceo o convexidad en una de las placas de carga. Por tanto, las probetas cilíndricas de mezclas bituminosas sometidas a compresión diametral demuestran que la fisura inicial ocurre cuando la tensión horizontal de tracción desarrollada en el plano vertical de carga alcanza el valor de la resistencia a tracción del material.
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5. ANÁLISIS DE RESULTADOS Al realizar el ensayo de tracción indirecta al concreto reforzado y sin reforzar, se observó la forma de rotura, la cual de acuerdo a la teoría es de tipo frágil columnar, lo cual puede decirse debido a que se observó una rápida propagación de la grieta; además es de tipo columnar debido a que se presenta en especímenes que presentan una superficie de carga convexa y deficiencia del material de refrentado; también por concavidad del plato de cabeceo o convexidad en una de las placas de carga. La fractura frágil indica que una vez iniciada, la grieta se propaga rápidamente sin necesidad de aumentar el esfuerzo (grieta inestable), y además no existe deformación plástica en el entorno de la grieta. La mayor parte de los materiales metálicos son muy dúctiles y tenaces. Los materiales cerámicos van a ser frágiles, y en cuanto a los polímeros tendremos los dos tipos de comportamiento. Esto es válido para cualquier tipo de ensayo (tracción y compresión). El concreto por tanto, es un material frágil y se caracteriza también por su baja capacidad de resistencia a la tensión. Las características de su diagrama esfuerzodeformación dependen primordialmente de la mezcla del concreto y del tiempo y temperatura del curado. Por inspección, se sabe que su resistencia máxima a la compresión es de casi 12.5 veces mayor que su resistencia a la tensión, por esta razón, el concreto casi siempre se refuerza con barras de acero cuando está diseñado para soportar cargas de tensión 1.
1HIBBELER,
R.C. MECÁNICA DE MATERIALES. Editorial Pearson Prentice Hall. Sexta Edición. México. 2006. Pág 93
20
6. CONCLUSIONES
El ensayo de tracción es un procedimiento que con el tiempo tiempo ha tomado gran importancia debido a que permite calificar la calidad de concreto y su resistencia ante cualquier carga que represente represe nte fallas e inconvenientes en un sistema. La falta de curado de una probeta reduce drásticamente su resistencia resistencia siendo necesario un tiempo adecuado para esto, que mantenga ma ntenga saturado el concreto hasta que los espacios de cemento fresco, inicialmente llenos de agua sean reemplazados por los productos de la hidratación del cemento. La resistencia de de un material material y específicamente de un concreto se ve mejorada considerablemente con el empleo de fibras que de cierta manera, impidan su fractura y ocasionen posteriores daños. En el ensayo de tracción tracción indirecta realizado al concreto reforzado y sin reforzar, se pudo observar un agrietamiento, en el cual una vez iniciada, la grieta se propaga rápidamente sin necesidad de aumentar el esfuerzo ; lo cual quiere decir que tenía una rotura de tipo frágil; además según lo investigado se determinó que la rotura fue de tipo columnar, como es típico de este ensayo brasileño. De acuerdo a lo investigado, se puede decir que el concreto posee baja capacidad de resistencia a la tensión; por inspección, se sabe que su resistencia máxima a la compresión es de casi 12.5 veces mayor que su resistencia a la tensión, por esta razón, el concreto casi siempre se refuerza con barras de acero cuando está diseñado para soportar cargas de tensión. De acuerdo a las gráficas realizadas realizadas de esfuerzo vs deformación deformación se determinó la tensión de rotura de acuerdo a los datos de la misma, respecto a estos valores con los datos de alturas y diámetros se realizó el cálculo de esta tensión, la cual fue similar para la probeta sin reforzar, a diferencia de d e la probeta reforzada con fibra sintética que presento un valor diferente al obtenido en la gráfica debido a que la probeta fallo por la carga aplicada y sus partes no se separaron debido a la aglomeración de estas fibras en su punto medio, lo cual se ve reflejado en la carga que se aplicó al final, el esfuerzo y la resistencia a la rotura presentada.
21
La aplicación de las fibras sintéticas o naturales a los procesos de fabricación de probetas de concreto y de otros materiales que pueden ser usados en la industria, es uno de los retos del ingeniero metalúrgico, así mismo la innovación que estos métodos pueden requerir y los resultados obtenidos podrían hacer parte de grandes proyectos a nivel industrial, además de mejorarse las fabricaciones de máquinas, construcciones y materiales que evitarían los desgastes y en su defecto las fallas de los mismos.
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7. SUGERENCIAS
Los ensayos de tracción son extremadamente sensibles a la preparación, manipulación y procedimientos de curado de los especímenes de concreto, por lo tanto se debe tener cuidado en cada etapa y en los requerimientos que cada una conlleva. La resistencia es una de las propiedades más importantes de un concreto, principalmente cuando se usa con fines estructurales por tanto, se debe tener cuidado no sobrepasando su capacidad resistente de tensiones que de cierta manera involucre fracturas y posteriores fallas en un sistema. Es necesario llevar a cabo los cálculos exactos acerca de la relación de cemento, agua y fibra para así, lograr que el espécimen resista la carga deseada y no se fracture en el intento. Se recomienda emplear fibras sintéticas para mejorar de manera considerable la resistencia a la tracción en un espécimen de concreto y así prevenir posteriores fracturas. El emplear algún tipo de material sintético para mejorar la resistencia en un espécimen de concreto es de gran utilidad para obtener un material con excelentes características, de aquí la necesidad de su ubicación acertada y ordenada para evitar que se crucen y formen masas que después impidan la correcta realización de los ensayos pertinentes.
23
BIBLIOGRAFÍA HIBBELER, R.C. MECÁNICA DE MATERIALES. Editorial Pearson Prentice Hall. Sexta Edición. México. 2006. Pág 93 BEER, Ferdinand. JOHNSTON, P. E, Russell. MECANICA DE MATERIALES. 5ta Edición. Editorial Mc Graw Hill. Pág 248-251. ASTM E9-89a STANDARD TEST METHODS OF COMPRESSION TESTING OF METALLIC MATERIALS AT ROOM TEMPERATURE
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