UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR. FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA DE OCCIDENTE. DEPARTAMENTO DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA.
Cátedra: Ingeniería de Materiales.
Catedrático: Ing. Joel Antonio Paniagua.
Tema: Prueba de Tensión y Doblado del Acero de Refuerzo.
Instructor/a: Br. Silvia Lisseth Alas Castro.
Alumnos: Artiga Lara, Lara, Andrea Andrea Beatriz Cerna Díaz, Wilber Edgardo Salazar García, Nelson Armando Sintigo, Silvestre
Santa Ana, Lunes 2 de Septiembre 2013.
INDICE. pág. 1- Introducción
3
2- Objetivos
4
2.1 Objetivo general
4
2.2 Objetivos específicos
4
3- Justificación del tema
5
4- Planteamiento del problema
6
5- Solución al problema
7
6- Marco teórico
11
7- Material y equipo
17
8- Memoria de cálculo
19
9- Conclusiones
22
10- Recomendaciones
23
11- Bibliografía
24
12- Anexos.
1- INTRODUCCION.
Generalmente, el concreto por sí solo no posee la suficiente resistencia como para actuar solo como miembro de una estructura, por lo que es necesario reforzarlo con acero, especialmente cuando el concreto actuará a tensión. El acero de refuerzo se utiliza con el fin primordial de evitar que el concreto falle, reforzándolo para evitar que esto suceda (de allí proviene su nombre). Existen diferentes grados de resistencia para el acero de refuerzo los cuales se encuentran regidos por las normas ASTM y las normas ACI que internacionalmente han sido aceptadas (incluyendo su aceptación en nuestro medio), dichos grados de resistencia son para diferentes tipos de estructuras dependiendo tanto de la importancia de la obra (reflejado en el factor de seguridad) como de la carga a la que estará sometido el miembro, de allí la importancia de conocer y verificar el grado de resistencia de dicho acero así como su ductilidad dado que es el mismo acero el que proveerá ductilidad al concreto, por lo que las pruebas de tensión y de doblado son importantes con tal de asegurar la calidad de la obra, calidad que para el ingeniero es importante dado que es el reflejo de su trabajo. Se presenta el procedimiento para hacer la prueba de tensado y doblado, para varillas de acero de refuerzo dando a conocer las condiciones en las que estas tienen que estar para ser sometidas a las pruebas respectivas, así como también los datos que se tienen que tomar (antes, durante y después de la prueba) de sus respectivas pruebas y la interpretación de los resultados deduciendo con ello las condiciones mecánicas de las varilla que son: la elongación, esfuerzo de fluencia y carga máxima y ver que estas estén en el rango establecido según ASTM. La prueba de tensado y doblado se hacen en la Máquina Universal (en nuestro caso se hará en la escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de El Salvador de San Salvador), colocando las varillas como lo establece el procedimiento.
2- OBJETIVOS.
2.1- Objetivo general:
Analizar los resultados obtenidos en la prueba de tensión y doblado de una probeta de acero, usado en la construcción de sistemas de concreto reforzado.
2.2- Objetivos específicos:
Verificar en la prueba de tensión como de doblado de las
probetas de
Acero de Refuerzo si cumplen con la norma A-615 de la ASTM, para doblado y tensión.
Obtener el comportamiento (gráficamente) del Acero de Refuerzo en base al esfuerzo y deformación para prueba de tensión.
Conocer los procesos para realizar la prueba de tensión y doblado de Acero de Refuerzo para verificar si este cumple con la noma de la ASTM A-615.
3- JUSTIFICACION DEL TEMA.
La Prueba de Tensión y Doblado del Acero de Refuerzo es necesaria ¿para qué? Cuando este se use en la construcción de obras civiles no tenga ningún desperfecto si no por el contrario cumpla con la norma A-615 de la ASTM (para doblado y tensión de varillas de grado 40 y 60), esto será un indicador para obtener una buena construcción ¿por qué? El propósito es ese, así como también conocer la relación esfuerzo deformación y en base a esto hacer los diseños correspondientes ya que no puede exceder a su carga máxima porque si lo hace se tendrá una falla estructural.
4- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
El problema se fundamenta en conocer los procesos para tensión y doblado de las probetas de acero de refuerzo, así como también determinar si son aptas o califican según la norma A-615 de la ASTM (tensión y doblado para varillas de acero de refuerzo de grado 40 y 60) para la construcción de obras civiles, y saber cómo se relacionan las propiedades mecánicas del acero de refuerzo: ductilidad, esfuerzo de fluencia y carga máxima.
5- SOLUCION DEL PROBLEMA.
Para dar solución al problema de tensión y doblado fue necesario seguir los siguientes pasos y hacer uso de los materiales y herramientas (mencionados en el apartado 7) y asistir a los laboratorios de Ingeniería de Materiales de la Escuela de Ingeniería Civil de la sede central de la Universidad de El Salvador.
5-1 PRUEBA DE TENSION.
1. Se midió la longitud de la varilla de acero de refuerzo en cms. (su medida fue de 60 cms.)
2. Se midió el diámetro de la varilla de acero de refuerzo (núcleo) sin tomar en cuenta la corrugación haciendo uso del Pie de Rey.
Medición de varilla. Paso 1.
Medición de radio. Paso 2.
3. Se peso la varilla de acero de refuerzo haciendo uso de una balanza.
4. Cuando se tienen las especificaciones de la varilla se procedió a colocar el centro de la varilla en el pin central del marcador. Se debe marcar la varilla, golpeando con un martillo cada pin del marcador, en una longitud de 8 pulg. con marcas a cada pulgada. Luego se Coloca el Extensómetro H.F. Moore en la longitud marcada anteriormente para conocer la elongación que va teniendo la varilla.
Paso 4.
5. Cuando ya estaba colocado el extensómetro en la varilla se procedió a colocarla en la maquina universal para prueba de tensión, y se aplicaron cagas continuas (1000 kgf) a velocidad contante y para cada carga aplicada se verificaban las deformaciones que se iban generando en la varilla, llegando así a su esfuerzo de fluencia, carga máxima y ruptura.
Extensómetro colocado en varilla. Paso 5.
6. Con los datos que se obtuvieron de la prueba a tensión se calcularon los datos correspondientes para verificar si la varilla cumple o no con la norma A-615 de la ASTM, para lo cual fue necesario llenar la tabla “Prueba de varillas a tensión” la cual se presenta en la memoria de cálculo.
5-2 PRUEBA DE DOBLADO.
1. Se midió el diámetro de la varilla (de 40 cms. de longitud) sin tomar en cuenta las arrugas, con la ayuda del Pie de Rey.
2. Luego de conocer su diámetro para colocar el PIN adecuando para la prueba se marco el centro de la varilla.
3. se procedió con lo que es la prueba de doblado que consistió en colocar la varilla en la Maquina Universal (previo cambio de dispositivo para hacer el ensayo de doblado).
4. Una vez se colocada la varilla se aplicaron cargas a velocidad constante haciendo que la varilla formase un ángulo de 180 o, observando por ultimo si existen o no fisuras o grietas en la varilla de tal manera se verifico si cumplía o no con la norma ya establecida A-615 según ASTM.
5. Por último se lleno la tabla “prueba de dobles en varillas” con los datos correspondientes, dicha tabla se presenta en la memoria de cálculo.
Máquina para doblado de varillas.
Maquina doblando la varilla.
6- MARCO TEORICO.
¿Qué es el Acero? El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono
(alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados.
El concreto es una mezcla de agregados, cemento portland y agua, y que al endurecer adquiere una buena resistencia, pero que con las dimensiones manejables que los elemento estructurales de concreto deben tener dentro de una obra estructural, resultan incapaces de soportar los esfuerzos de trabajo a que estarán sometidos. Se ha demostrado estructuralmente que al usar combinados, concreto y acero para configurar estos elementos estructurales, estos pueden soportar hasta con un margen de seguridad, aquellos esfuerzos de trabajo que el concreto por sí solo no será capaz de soportar. Comparando el acero con el concreto, se ha observado experimentalmente que: Resistencia a la compresión
El acero es de 15 a 25 veces mayor.
Resistencia a la tensión
El acero es de 150 a 250 veces mayor.
CLASES DE ACERO. Según las especificaciones dadas por la norma ASTM (Sociedad Americana para Pruebas de Materiales), las varillas de acero de refuerzo se pueden fabricar en tres clases de acero: I.
De lingote, bajo norma ASTM A-615.
II.
De riel, bajo norma ASTM A-616.
III.
De eje, bajo norma ASTM A-617.
En nuestro medio, las especificaciones que se utilizan para controlar la producción de varillas o barras de acero como refuerzo estructural, son las dadas por la norma ASTM, bajo la designación ASTM A-615, aplicable a varillas a base de acero de lingote, varillas lisas y corrugadas para refuerzo del concreto. Se entiende por varilla o barra corrugada, aquella de sección circular que utiliza como refuerzo en los elementos estructurales de concreto, que en su superficie posee corrugas, protuberancias o resaltes para impedir el movimiento longitudinal relativo entre acero y concreto. Las varillas lisas, simplemente no poseen corrugas en su superficie y se usan junto a las corrugas con el mismo fin de reforzar al concreto, pero principalmente las de diámetros menores (N O2 y NO3). En nuestro medio una de las empresas que fabrica varillas de acero de refuerzo, corrugada y lisas, controlando su proceso bajo las especificaciones dadas por la norma ASTM A-615, es la empresa “CORINCA”
GRADOS DE RESISTENCIA DEL ACERO DE REFUERZO. Las varillas de acero de refuerzo se fabrican en diferentes grados de resistencia. Se entiende por grado de resistencia a aquella resistencia que debe de poseer una varilla sometida a esfuerzo de tensión, justo al iniciar la fluencia. Es decir es el esfuerzo a la tensión que se define como la relación de carga o fuerza a la cual el
acero comienza a fluir y el área de la sección de la varilla. Es el esfuerzo que comúnmente se identifica como “fy” o “σy”. Generalmente se presenta en unidades de PSI o en Kgf/cm 2, algunos grados de resistencia más comunes en las varillas de acero de refuerzo son las siguientes: a. Grado 40
fy=40,000 Psi=2800kgf/cm 2
b. Grado 50
fy=50,000 Psi=3500kgf/cm 2
c. Grado 60
fy=60,000 Psi=4200kgf/cm 2
En nuestro medio los grados de resistencia que comúnmente se fabrican bajo las especificaciones de la norma ASTM A-615, son el grado 40 y 60, por ejemplo en la empresa CORINCA, pues son las que más demanda el mercado.
Diagrama convencional de esfuerzo- deformación unitaria. El esfuerzo nominal o de ingeniería dividiendo la carga P aplicada entre el área Ao de la sección transversal original del espécimen. Este cálculo supone que el esfuerzo es constante en la sección transversal y en toda la región entre los puntos calibrados.
De la misma manera, la deformación nominal o de ingeniería se determina directamente leyendo el calibrador o dividiendo el cambio en la longitud &, entre la longitud original del espécimen Lo. En este caso se supone que la deformación unitaria es constante en la región entre los puntos calibrados.
Si graficamos los valores correspondientes de y, con los esfuerzos como ordenadas y las deformaciones unitarias como abscisas, la curva resultante se llama diagrama de esfuerzo-deformación unitaria. Este diagrama es muy importante en la ingeniería ya que proporciona los medios para obtener datos sobre resistencia a tensión o a compresión de un material sin considerar el tamaño o la forma geométrica del material. Sin embargo, debe ser claro que nunca serán exactamente iguales dos diagramas de esfuerzo de formación unitaria para un material particular, ya que los resultados dependen entre otras variables de la composición del material, de imperfecciones microscópicas, de la manera en que este fabricado, de la velocidad de carga y de la temperatura durante la prueba.
Comportamiento elástico. Ocurre cuando las deformaciones unitarias están dentro de la región ligeramente Sombreada se observa que la curva en realidad es una línea recta a través de toda esta región, por lo que el esfuerzo es proporcional a la deformación unitaria. En otras palabras, se dice que el material es linealmente elástico. El límite superior del esfuerzo en esta relación lineal se llama límite de proporcionalidad, . Si el esfuerzo excede un poco el límite de proporcionalidad, el material puede aun responder elásticamente; sin embargo, la curva tiende a aplanarse causando un incremento mayor de la deformación unitaria con el correspondiente incremento del esfuerzo. Esto continúa hasta que el esfuerzo llega al límite elástico.
Fluencia. Un ligero aumento en el esfuerzo más allá del límite elástico provocará un colapso del material y causará que se deforme permanentemente. A este comportamiento se le llama fluencia. El esfuerzo que origina la fluencia se llama esfuerzo de fluencia o punto de fluencia , y la deformación que ocurre se llama deformación plástica. En los aceros con bajo contenido de carbono, se distinguen dos valores para el punto de fluencia. El punto superior de fluencia ocurre primero, seguido por una disminución súbita en la capacidad de soportar carga hasta un punto inferior de fluencia. Una vez se ha alcanzado el punto inferior de fluencia, la muestra continuara alargándose sin ningún incremento de carga. Las deformaciones unitarias inducidas debido a la fluencia serian de 10 a 40 veces más grandes que las producidas en el límite de elasticidad. Cuando el material esta en este estado perfectamente plástico.
Endurecimiento por deformación. Cuando la fluencia ha terminado, puede aplicarse más carga a la probeta, resultando una curva que se eleva continuamente pero se va aplanando hasta llegar a un esfuerzo máximo, llamado esfuerzo último . La elevación en la curva de esta manera se llama endurecimiento por deformación.
Prueba de doblado Esta prueba consiste en doblar una probeta de acero de refuerzo alrededor de un pin o mandril. Este pin debe tener un diámetro especificado que depende del diámetro y grado de resistencia de la probeta, y que mediante carga producida por la máquina de prueba, se logra que la probeta se doble hasta formar un ángulo de 180º. Se considera que la probeta de acero de refuerzo no cumple con la norma respecto a sus propiedades de doblado, cuando se presentan fisuras o grietas en la cara exterior o cuando la probeta se fractura.
7- MATERIAL Y EQUIPO.
4 Varillas N 0 6 (2 varillas de 60 centímetros de longitud para el ensayo de tensión y 2 varillas de 40 centímetros de longitud para la prueba de doblado.)
Extensómetro H.F. Moore.
Marcador.
Cinta métrica.
Pie de Rey (Vernier).
Balanza Ue Precisión de 1gr.
Maquina universal.
Maquina universal de doblado.
8- MEMORIA DE CÁLCULO.
Prueba de Varilla a Tensión.
Muestra N°
1
Diámetro nominal (designado en pulg)
6/8
Diámetro nominal (pulg)
N° 6
Longitud de la muestra (cm)
60
Peso de la muestra (kg)
1.48
Diámetro inicial Do (cm)
2.05
Diámetro final (cm)
1.43
rea nominal (cm )
3.3
Longitud inicial Lo (cm)
20.3
Longitud final Lf (cm)
25
Carga de fluencia (kg)
11,600
Esfuerzo de fluencia (kg/cm )
3,515.151515
Carga máxima (kg)
18,150
Esfuerzo máximo (kg/cm2)
5,500
Carga Ultima (kg)
15,500
Esfuerzo ultimo (kg/cm )
4,696.969697
Rango de carga
40,000
Tipo de fractura
diagonal
Datos obtenidos en el ensayo.
Deformación Carga (kg)
(milésimas de
Esfuerzo
Deformación Unitaria
pulg). 1,000
1
303.030
0.00254
2,000
2
606.061
0.00508
3,000
3
909.091
0.00762
4,000
4
1212.121
0.01016
5,000
5
1515.152
0.01270
6,000
6
1818.182
0.01524
7,000
7
2121.212
0.01778
8,000
8
2424.242
0.02032
9,000
10
2727.273
0.02540
10,000
11
3030.303
0.02794
11,000
12
3333.333
0.03048
11,600
27(Fluencia)
3515.152
0.06858
12,000
138
3636.364
0.35052
15,500
Ruptura
4696.970
-
18,150
Máxima
5500
-
Longitud final L f = 25 cms. Diámetro final D f = 1.43 cms. Tipo de falla: Diagonal.
Prueba de Varilla a Doblado.
Muestra n°
1
Diámetro nominal (pulg)
6/8
Diámetro nominal (pulg)
N6
Longitud de la muestra (cm)
40
Diámetro inicial Lo (cm)
1.95
La varilla no presentó grietas ni fisuras en su lado exterior, o sea en su cara exterior.
9- CONCLUSIONES.
Hacer las respectivas pruebas (tensión y doblado) a varillas de acero que se van a ocupar en la construcción de una obra civil es de gran importancia ya que este será un buen indicador para obtener una buena obra, y esto ayudara al diseño correspondiente en el cual se tomara en cuenta la carga máxima que este puede soportar la estructura.
Con la prueba a tensión se verifica que tanta carga puede soportar el acero de refuerzo en su rango elástico ya que es este el que interesa en el diseño estructural ya que al excederse de ese límite puede ocasionar fallas estructurales.
Se llega a entender que si el acero de refuerzo llega a su punto de carga máxima o ruptura, y en el diseño previo no se tomo en cuenta estos valores obteniéndose estos en laboratorio por medio de la prueba de tensado y doblado, generara fallas estructurales, por lo que se hace necesario realizar dichas pruebas y ver que cumpla con las normas ya establecidas según la ASTM.
10-RECOMENDACIONES.
Si las varillas no están en buenas condiciones limpiarlas con lija o cepillo de metal para obtener mejores resultados.
Verificar
que las varillas que serán usadas para la prueba tengan las
medidas adecuadas como lo manda noma ASTM (60 y 40 centímetros para tensión y doblado).
Cuando se esté realizando la prueba tanto tensión como de dobles de la varilla, tener el cuidado de marcar las 8” con respecto a su centro y colocar adecuadamente el Extensómetro para obtener las lecturas de elongación con respecto se le va aplicando carga a la varilla.
Tener el máximo cuidado cuando compañeros estén dictando las lecturas de carga como de elongación de la varilla ya que de no ser así, generaría error y no supiera conocer las propiedades mecánicas adecuadas como lo es la elongación, esfuerzo de fluencia y carga máxima.
Mantener el orden y el respeto entre compañeros, ya que esto ayudara a una mejor organización entre compañeros, pues el desorden puede ocasionar inconvenientes como hacer mal algún paso que exija la práctica.
Hacer la practica como indique la guía y el encargado para un mejor conocimiento de los procesos, y los temas indicados.
Leer las guías antes de la práctica para un mejor entendimiento y llevarla el día del laboratorio.
11-BIBLIOGRAFIA.
Ing. Pedro Pérez Cruz – Propiedades Mecánicas de los Materiales.
http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn101.html.
Ing. Joel Paniagua Torres – Unidad 2: Acero de Refuerzo
http://www.slideshare.net/zephiroth2007/practica-de-tension
httrp://es.scibd.com/doc/51318593/Tabla-de-pesos-y-medidas-varilla
ANEXOS.
Toma de longitud de las probetas (varillas a la cuáles se le realizo el ensayo)
Toma del diámetro con un calibrador
Toma del peso de la probeta.
Dando las lecturas del deformimetro.
Maquina Universal Análoga.
Cuando la probeta rompe
Tipos de fallas en las probetas
Probeta doblada a 180º, no se observan grietas o fisuras.
Maquina universal digital
