Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática Escuela de Ingeniería Civil
Ensayo de Materiales I
Tema: Torsión
Informe: 11 Alumnos: Espín López Ricard Este!an Ro!les "arango #ilson $ntonio
Curso: Tercero Paralelo: %rimero Fecha de Realizacin: &' de enero del ()&* Fecha de Entre!a: (& de enero del ()&* "#a y $ora: +ueves, &)) a &*))
INTRODUCCIÓN Ensayo de torsión: Es un tipo de ensayo de carácter destructivo que consiste en aplicar fuerzas externas que hagan girar un material empotrado, este objeto al girar comenzara a presentar la torsión.
Ensayos Destructivos: on ensayos en los cuales el objeto de prueba termina en condiciones deplorables, no es apto para ser usado de nuevo, o en si es destruido significativamente. Estos ensayos son muy importantes en el campo de la !ngenier"a #ivil porque nos permite determinar que tanto podrá aguantar un material espec"fico y que tanto esfuerzo podrá soportar entre muchas otras utilidades$
Material anisotropico: Es un material de distribución heterog%nea que act&a de diferentes formas dependiendo de en qu% sentido se lo analice, en este caso en que sentido se aplique una fuerza o un momento
Acero estructural: Es acero hecho espec"ficamente para cumplir la normalización existente para edificaciones de hormigón armado, estructuras metálicas y obras civiles en general. Este acero debe cumplir ciertos estándares en cuanto a la resistencia a la compresión y a la tracción
En ingenier"a, torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.
'a torsión se caracteriza geom%tricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de %l.
El estudio general de la torsión es complicado porque bajo ese tipo de solicitación la sección transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenómenos: (. )parecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal. i estas se representan por un campo vectorial sus l"neas de flujo *circulan* alrededor de la sección.
P á g i n a 2 | 12
+. #uando las tensiones anteriores no están distribuidas adecuadamente, cosa que sucede siempre a menos que la sección tenga simetr"a circular, aparecen alabeos seccionales que hacen que las secciones transversales deformadas no sean planas.
)nalicemos un eje circular unido a un soporte fijo en un extremo i se aplica un torque en el otro extremo, el eje queda sometido a torsión y su extremo libre rota un ángulo f llamado ángulo de torsión. -entro de ciertos l"mites, el ángulo f es proporcional a . ambi%n f es proporcional a la longitud ' del eje. En otras palabras, el ángulo de torsión para un eje del mismo material y la misma sección, pero de longitud doble, se duplicará bajo el mismo torque . no de los propósitos de este análisis será encontrar la relación, ' y / otro será la distribución de esfuerzos cortantes en el eje.
-ebemos anotar una propiedad importante que poseen los ejes circulares. #uando se somete a torsión un eje circular, toda sección transversal permanece plana. En otras palabras, mientras las diferentes secciones transversales a lo largo del eje rotan diferentes cantidades, cada sección lo hace como una losa r"gida. El hecho de que las secciones de un eje circular permanezcan planas se debe a su simetr"a axial, es decir, su apariencia es igual cuando se le observa desde una posición fija y se le rota un ángulo arbitrario respecto a su eje.
0ara el estudio de la torsión de un eje cil"ndrico vamos a suponer las siguientes hipótesis: •
a1 2ipótesis de secciones planas.
•
b1 'os diámetros se conservan as" como la distancia entre ellos.
•
c1 'as secciones van a girar como si se tratara de cuerpos r"gidos.
P á g i n a 3 | 12
0lanteadas estas hipótesis vamos a considerar un elemento diferencial de eje en el que estudiaremos su deformación y despu%s las tensiones a las que está sometido. 3.4ordpress1
OBETI!O" OBETI!O" #ENERA$E" •
-eterminar el comportamiento que presentan varios materiales al ser sometidos a cargas y por ende a esfuerzos de torsión, realizar un análisis de todas las propiedades mecánicas que poseen dichos materiales bajo este estado de carga.
OBETI!O" E"%EC&'ICO"
•
5ealizar una tabla comparativa con cada una de las medidas y datos arrojados con la maquina universal. -eterminar los diferentes esfuerzos por torsión que se producen en cada una de las probetas. 5ealizar cuadros donde se tengan todos los valores obtenidos durante el ensayo. !dentificar el tipo ola forma de falla que se produce en las probetas falladas. Encontrar los valores del momento torsor, el ángulo de giro y la torsión de una varilla de
•
acero, utilizando los datos obtenidos en la práctica. 6bservar las propiedades mecánicas que adquiere distintos materiales al ser sometidos a
•
momentos torsores. 5ealizar la gráfica respectiva y analizar cada uno de las regiones.
• •
• •
E%UIP&'
P á g i n a 4 | 12
M()uina de torsin *A+ , -.!/
Cali0rador A ± 0.02 mm
MATERIAE2
%ro!eta de tu!o de pared
%ro!eta de varilla cuadrada
%ro!eta de varilla circular
P á g i n a 5 | 12
%ro!eta de madera de laurel
%ROCEDIMIENTO
(. +. 7. 8. . ;.
0rimer ante se debe tomar medidas de las probetas y anotarlas en la en una tabla e debe ubicar la probeta en el sitio correspondiente de la máquina de torsión )justar la probeta a utilizar con ayuda del botón de encendido de la máquina. 9raduar la aguja indicadora de ángulos en *cero*, con ayuda de una llave )llen. 9rad&e la aguja indicadora del momento torsor en *cero*. )ccionar el botón de encendido de la máquina y vaya tomando valores de momento torsor
de acuerdo a la graduador situado en la parte derecha de la maquina <. 5etirar la probeta ensayada cuando ya falle y proceda a colocar una nueva.
TAB$A" DE DATO" N o
Probeta
Sección transversal
ϕ mm
1 Ma#era 2 T+bo #e
4$%& 4 2*%4
e m m '
a m m '
b m m '
1%$
'
'
Momento torsor máximo M g!c "!m m 1$2 1(%$5 42 43) 42%1$
α
gra#o s 5) 3&)
Ip
T
ra#ianes
mm4
Mpa
)%$(2**4 *3 *%$)*($4
5*31&1%) *3 2121)%)5
P á g i n a * | 12
)%((5(4 33 2*%2(23
pare# #elga# a 3 ,arilla c+a#ra #a
No
2 '
3 '
&
Momento torsor
&
)
)
.ra#o s )
2
2)
1%&*2
11
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3%&24
15
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144)
1
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$%43* *
Ángulo de giro
M g!cm
$*
/a#ianes ) )%1&1&$*2 2 )%2*1(&&3 & 1%5()(&*3 3 3%1415&2* 5 *%2$31$53 1 &%424(((& * 12%5**3() * 15%()(&*3 3 1$%$4&555 & 21%&&114$ * 25%132(41 2
34($
)$
3(
53
*)%()255 14
1)&3%5
4&%)&&3 &5
Inercia
Esfuerzo cortante
I mm4
T Mpa
1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4(
) *%*21$42*$& 13%243*$53$ 22%5142*514 24%5))$1(&5 2$%4(3&235* 32%44()2&1( 34%4335$1&$ 35%(5(&5)52 3(%)$231&)* 3$%4)**$(5& 3&%)*$$(1$*
P á g i n a ( | 12
13
122
11%&*$2
1*2)
14
124
12%1*44
1$))
15
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12%3*)*
1&$)
16
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12%55*$
21*)
17
13)
12%(53
234)
18
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252)
19
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13%341*
2())
2
13$
13%53($
2$$)
21
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13%(34
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14%322*
3&*)
27
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14%322*
4242
2$%2(4333 & 31%415&2* 5 34%55(51& 2 3(%*&&111 $ 4)%$4)()4 5 43%&$22&( 2 4(%123$$& $ 5)%2*54$2 5 53%4)()(5 1 5*%54$**( $ 5&%*&)2*) 4 *2%$31$53 1 *5%&(3445 ( *&%115)3$ 4 (4%)3*$** &
1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4( 1*&&%235 4(
4)%3&324)4 41%)55424*( 41%(1(*)$&4 42%3(&(&321 43%)41&((4$ 44%3**34*)1 45%)2$53)2$ 45%*&)(1455 4*%352$&$$2 4*%352$&$$2 4(%)15)$3)& 4(%*((2*(3* 4(%*((2*(3* 4$%33&451*3 4$%33&451*3
C($CU$O" TI%ICO"
Trasformacin de .!3cm a 45mm P á g i n a $ | 12
20∗0,0981 [ kg∗cm ]=1 , 962 N ∗mm
Cam0io del An!ulo de !rados a radianes 11∗2 π 360
=0,191 rad
Calculo Inercia Polar
Ip =
Ip
=
πD
4
32
π 11,47
4
32
4
1699,235 mm
=
Calculo Torsin M × r τ = Ip
τ =
1 , 962 × 6 1699,235
=6,621 MPa
CONC$U"IONE" •
)l realizar el ensayo de torsión en tres tipos de secciones, sección de pared delgada, sección de madera y sección de varilla cuadrada podemos notar como var"an de forma inversa los momentos con respecto a la deformación.
P á g i n a & | 12
•
eg&n las secciones, la sección de madera fue la que menos deformación obtuvo a pesar de obtener un momento promedio, la sección de pared delgada obtuvo una deformación promedio y el mayor momento, y la sección de varilla cuadrada obtuvo la mayor deformación
•
pero el menor momento. mientras mayor sea la deformación, menor será el momento del material, e inversamente, mientras menor sea el momento, mayor será la deformación de la sección.
RECOMENDACIONE" o
e recomienda colocar correctamente las probetas en la máquina de torsión, ya que si no se
o
encuentran correctamente ajustadas se obtendrá valores con errores muy grandes. e recomienda durante el ensayo utilizar las normas !=E=, para obtener mejores resultados
o
en los valores durante el ensayo. e recomienda mantener la paciencia al momento de ensayar las barras de acero, ya que la maquina torsiona la probeta a una velocidad constante, demorando un poco hasta que la muestra llegue a fallar.
6I6I&7RAF8A !0or#press! s!!! https://ibiguridp3.wordpress.com/res/tor/ ! bteni#o #e ttps677ibig+ri#p3!0or#press!com7res7tor7 0i8ipe#ia! s!!! wikipedia.org ! bteni#o #e ttps677es!0i8ipe#ia!org70i8i7Torsi 9:39;3n'mec9:39<1nica
ANE)O"
>oto (: Ensayo de orsión en barra de acero.
P á g i n a 1) | 12
>oto +: Ensayo de orsión varilla sección cuadrada. El tipo de falla es por corte.
>oto 7: Ensayo de orsión en un tubo de pared delgada. ipo de falla por pandeo.
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>oto 8: Ensayo de orsión en maderas. ipo de falla por desgastamiento de fibras.
P á g i n a 12 | 12
