UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE MATERIALES I
Título de la práctica: Esfuerzo verdadero Nombre del alumno: Andrade Ramos Juan Martin Curso: Tercero – Segundo Segundo Fecha de realización de la práctica: 20-06-2013 Fecha de entrega de la práctica: 27-06-2013 Día y hora: Jueves (09:00 – 12:00) 12:00) 1
1.- INTRODUCCIÓN. El acero estructural es un elemento fundamental en la construcción debido a sus propiedades físico-mecánicas como: su flexibilidad, resistencia y plasticidad, pero sobre todo por su alta resistencia a la tracción. Se utiliza en la construcción de estructuras, tales como edificios industriales y comerciales, puentes y muelles. Se produce en una amplia gama de formas y grados, lo que permite una gran flexibilidad en su uso. Es relativamente barato de fabricar y es el material más fuerte y más versátil disponible para la industria de la construcción. Este material ha sido empleado para grandes edificaciones donde el hormigón por su costo y su peso no se convierte en una opción viable para efectuar dicha construcción, también se utiliza como un elemento para hacer estructuras sismoresistentes debido a su ductilidad. El acero estructural es el resultado de la aleación del hierro, carbono y pequeñas cantidades de otros elementos tales como silicio, fósforo, azufre y oxígeno, que le aportan características específicas. Las aplicaciones comunes del acero estructural en la construcción incluyen perfiles estructurales de secciones: I, H, L, T, C, 0, usadas en edificios e instalaciones para industrias; cables para puentes colgantes, atirantados y hormigón pretensado; varillas y mallas electro-soldadas para el hormigón armado; láminas plegadas usadas para techos y pisos. Por la importancia que tiene el acero en la construcción es necesario conocer los valores reales de sus esfuerzos y deformaciones, tomando en cuenta que el acero no mantiene su diámetro constante sino que se deforma por la acción de una carga externa. Se puede apreciar estas deformaciones por medio de instrumentos especiales (tornillo micrométrico) que a medida que la carga de tracción va aumentando la sección va disminuyendo por lo tanto sería un error calcular el esfuerzo unitario manteniendo un área constante sin embargo lo hemos hecho con fines analíticos. Fundamentalmente este ensayo estudia las deformaciones transversales y longitudinales que se producen en la muestra por ejemplo la disminución de diámetro en el ahorcamiento para lo cual se requiere la aplicación de conceptos nuevos, fórmulas para el cálculo de los esfuerzos y deformaciones reales.
Bibliografía:
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ACERO%20ESTRUCTURAL.htm
http://www.allstudies.com/acero-estructural.html 2
2.-OBJETIVOS. Objetivos generales:
Analizar y comprender el comportamiento del material durante el proceso de carga y descarga a medida que va cambiando su secci ón transversal. Determinar los diagramas de los esfuerzos-deformaciones verdaderas debido a la tracción según los datos obtenidos en el ensayo y comparar con el diagrama esfuerzos nominales-deformaciones.
Objetivos específicos:
Observar detenidamente las deformaciones que presenta el cuerpo durante el ensayo. Comparar los resultados obtenidos en el ensayo de esfuerzos nominales y verdaderos. Determinar el punto de fluencia, esfuerzo máximo, límite de elasticidad para los diferentes diagramas. Canalizar esta información con el fin de establecer dudas, comparaciones de la calidad del material que estemos utilizando en una obra civil.
3.- MATERIALES Y EQUIPO. Equipo
Máquina universal 30 Ton (Ap. +/- 10Kp).
Calibrador o Varnier (Ap. = +/- 0.05 mm).
Deformímetro lineal (Ap. = +/- 0.0001’’).
Compas porcentual (Ap. = +/- 1%).
Tornillo micrométrico digital (Ap. = +/- 0.01 mm).
Materiales
Varilla de acero Φ=10.23mm; L=2’’.
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4.- PROCEDIMIENTO. 1. Se mide las dimensiones de la varilla de acero. 2. Se coloca la varilla de acero en la maquina universal de 30 Toneladas, se encera la máquina para aplicar fuerzas de tracción sobre la muestra; para medir las deformaciones longitudinales se coloca el deformímetro lineal y el tornillo micrométrico para las deformaciones transversales. 3. Se aplican cargas en intervalos de 200 kg hasta llegar a los 2400 kg. se lee simultáneamente las deformaciones. 4. Al llegar a la carga de 2400 kg se hará lectura de las cargas en intervalos de .005 pulgadas de deformación hasta una deformación de 0.09 pulgadas, a continuación se harán las lecturas de las cargas cada .01 pulgadas hasta que la muestre llegue a la rotura. 5. Cuando la probeta haya fallado se mide su longitud final con el compás porcentual y su diámetro final con el tornillo micrométrico. 6. Tabulamos y comparamos los resultados obtenidos.
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6.- CÁLCULOS TÍPICOS.
Cálculo de la carga aplicada al acero P 2 = 200 kg P 2 = 200 * 9.81 N P 2 = 1962 N
Cálculo de la deformación del acero
” = 1*25.4 * mm = mm
Δ2 = Δ2 Δ2
Cálculo del área instantánea del acero Ai = mm2 A1 = mm2 A1 = 82.19 mm2
Cálculo del esfuerzo nominal del acero
Cálculo de la deformación unitaria del acero
Cálculo del esfuerzo transversal del acero
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Cálculo de la deformación transversal del acero
( ) ( )
Cálculo del esfuerzo longitudinal del acero
Cálculo de la deformación longitudinal del acero
7.- CONCLUSIONES.
Para los diagramas con datos nominales existe un margen de error que podemos aceptarlo como válido en cuanto se considere al área de la sección transversal como constante, durante el proceso de carga. Para conseguir relaciones los valores verdaderos con los nominales consideramos constante el volumen de la muestra, debido a que su zona elástica es pequeña y además existe una compensación de dimensiones de la probeta mientras se desarrollan las deformaciones. Verificamos que los esfuerzos verdaderos son mayores a los nominales (En la tabla de cálculos).
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Las moléculas constituyentes del material, en la zona elástica tienden a reducir sus espacios intermoleculares produciéndose la disminución del volumen para los valores que son tomados como verdaderos. En el diagrama se puede observar que el punto de fluencia para los esfuerzos nominales, transversales y longitudinales es aproximadamente el mismo, pero el esfuerzo máximo y de rotura es mayor para los esfuerzos verdaderos. Se observa que el límite elástico para las diferentes funciones en el diagrama es el mismo, esto se debe a que es el mismo material en las diferentes curvas.
8.- RECOMENDACIONES.
Cumplir con todas las recomendaciones y procesos a realizar para que los errores sean mínimos. Observar detenidamente cada proceso del ensayo, en deformaciones producidas por la aplicación de cargas exte rnas.
especial
las
Controlar que las probetas de acero no hayan sufrido deformaciones previas, mantengan forma y dimensiones correctas. Verificar que no exista cambios bruscos de sección en la varilla de acero para que no se den concentración de esfuerzos.
9.- BIBLIOGRAFÍA.
TROXELL, DAVIS, WISKOCIL ; Ensaye e inspección de los materiales de ingeniería, págs. 184 – 185.
ABIGNIEW D. JASTRAEBSKI ; Naturaleza y propiedades de los materiales para la ingeniería.
INTERNET.
http://materias.fi.uba.ar/6716/Modos%20de%20falla%20en%20componentes%20e structurales_1.pdf
http://www.monografias.com/trabajos46/fracturas-mecanicas/fracturasmecanicas2.shtml
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10.- ANEXOS. VARILLA DE ACERO
Falla: Copa y cono
MATERIALES
Compas porcentual (Ap. = +/- 1%) Máquina universal 30 Ton (Ap. +/- 10Kp)
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Deformímetro lineal (Ap. = +/- 0.0001 ’’)
Tornillo micrométrico digital (Ap. = +/- 0.01 mm)
Calibrador o Varnier (Ap. = +/- 0.05 mm)
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