Presentado Por:
Jhon Ferney Medina Cáceres. Cristian Andres Mejia Tangarife. Claudia Patricia Menjura Vargas. Querly Yubiana Ordoñez Bello.
Ensayo De Laboratorio de Tracción Para Madera y Acero
Docente: Ing. Carlos Julio Cartagena Linares. NRC: 7729
Corporación Universitaria Minuto de Dios Sede Principal Facultad de INGENIERÍA CIVIL BOGOTA D.C 201
RESUMEN El presente informe reporta los datos obtenidos en el laboratorio de ensayo de tracción/tensión de la madera (marfil) y del acero corrugado (3/8); donde por medio de unos aparatos como el extensómetro y la máquina universal de ensayos se determinó en primer lugar la tracción en madera para el marfil, cedro y flor morado. En segundo lugar la tracción para el acero corrugado y liso. Observando en cada uno la resistencia, fuerza que aplica y deformación. Teniendo en cuenta los datos obtenidos se determinan las respectivas incertidumbres respecto a estos resultados. 1. INTRODUCCIÓN En este proyecto se hacen ensayos de tracción en diferentes tipos de madera marfil y en varillas de diferentes diámetros (3/8 corrugada) se coloca el diferente material en la máquina universal de ensayo, se agarra abajo y arriba del material con mordazas que la sujetan. Se usa una cierta velocidad dependiendo del material haciendo poco a poco una tracción hasta que llega a su resistencia máxima de dicho objeto llegando a su punto de ruptura hasta que falla, este ensayo en cada material se lee en milímetros excepto la fuerza (KN) y la resistencia (Mpa).
2. OBJETIVO GENERAL Estudiar el comportamiento de materiales como son madera, acero corrugado, cuando estas son sometidas a cargas axiales de tensión y tracción. 2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICO
Establecer las propiedades mecánicas de los materiales. Medir el esfuerzo de fluencia de los materiales Observar o reconocer ductilidad y fragilidad (en cuanto a su tolerancia a la deformación).
3. MATERIALES Y EQUIPOS Prensa Universal para ensayos Escala utilizada 0 - 10 Ton. Extensómetro. Deformímetro. Flexometro. Calibrador pie de rey. Probeta normalizada. Madera Marfil. Probeta Acero 3/8” corrugado.
4. DATOS INICIALES Mediciones con un Rango de exactitud es de ± 0,3%. LONGITUD VEL MADERA (mm) mm/min Marfil 249 0,75 Cedro 25,05 Flor Morado 250 (TABLA#1 DATOS INICIALES MADERA)
5. PROCEDIMIENTO
Tomar las medidas de extremo a extremo de los materiales con el flexómetro, y así mismo tomar el diámetro. Colocar y asegurar el material en la máquina universal de ensayos. Graduar la maquina universal a una velocidad dependiendo del material sea madera o varillas de acero. Tomar las lecturas correspondientes de carga deformación fuerza y datos que arroje la máquina. Después de haber fallado el material se vuelve a tomar las medidas de extremo a extremo y el diámetro para ver la deformación correspondiente. INICIAL FINAL
ESPESOR 1-) 11.40 2-) 5.17 3-) 12.00
ESPESOR 1-) 11.45 2-) 5.40 3-) 12.1
6. RESULTADOS 6.1 ESFUERZO MÁXIMO A LA TRACCIÓN Es el valor del esfuerzo que provoca el rompimiento de la probeta; también se le conoce como el esfuerzo último.
Dónde: 𝞼MÆX = Esfuerzo unitario máximo PMÆX = Carga máxima AO = Área inicial mínima de la probeta PROBETA DE MADERA DE MARFIL
FUERZA VS CARRERA
Figura 1. Diagrama de fuerza vs carrera de la madera de marfil.
FUERZA VS DEFORMACIÓN
ESFUERZO VS DEFORMACION DEL MARFIL 140
ESFUERZO(MPA)
120 100 80
60 40 20 0 0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
DEFORMACION(MM)
Figura 2. Diagrama de esfuerzo vs deformación de la madera de marfil.
0.07
6.2 MÓDULO DE ELASTICIDAD. Pendiente de la gráfica Esfuerzo vs. Deformación unitaria (σ vs Є), o razón entre el esfuerzo en el límite proporcional y la deformación unitaria.
𝐄=
𝐏∗𝐋𝟎 𝐀𝟎 ∗ 𝛅
(2)
Dónde: E = Módulo de elasticidad de la madera P = Carga, en Newtons, correspondiente en el límite proporcional o por debajo de él Lᵒ= Longitud inicial Aᵒ = Área inicial mínima de la probeta δ = Deformación de la probeta correspondiente al valor de P 6.3 ESFUERZO EN EL LÍMITE DE PROPORCIONALIDAD. Es el valor hasta donde el esfuerzo y la deformación son proporcionales. Se calcula mediante:
𝛔𝐋𝐏 =
𝐏𝐋𝐏 𝐀𝟎
(3)
Dónde: 𝛔𝐋𝐏 = Esfuerzo en el límite de proporcionalidad 𝐏𝐋𝐏 = Carga en el límite de proporcionalidad 𝐀𝟎 = Área inicial mínima de la probeta
7. EXTENSÓMETRO. Instrumentó de precisión que mide las deformaciones que se producen en las piezas sometidas a esfuerzos de tracción o de compresión, este no afecta los cálculos, al ser un instrumento externo.
8. CLASIFICACION DE LOS ACEROS: Los aceros se pueden clasificar en función de varios criterios, esto da lugar a varias clasificaciones, la más utilizada de todas ellas es la clasificación en función del porcentaje de carbono disuelto: El porcentaje de carbono disuelto en el acero condiciona las propiedades del mismo. Así cuanto mayor sea el porcentaje de carbono disuelto en el acero, éste presenta más dureza y más resistencia a la tracción. Teniendo esto presente es posible clasificar los aceros en:
Nombre acero
del
% de carbono
Extrasuave
Resistencia (kg/mm2)
a
0,1 a 0,2
35
Suave
0,2 a 0,3
45
Semisuave
0,3 a 0,4
55
Semiduro
0,4 a 0,5
65
Duro
0,5 a 0,6
75
Extraduro
0,6 a 0,7
85
tracción
(TABLA#2 CLASIFICACION DE LOS ACEROS)
8.1 DATOS INICIALES
ACERO
DIAMETR O (mm)
Corrugad o 3/8
13.20
LONGITU DIAME/DEFO LONG/DEFO D (mm) R (mm) R (mm) 500
8.15
(TABLA#3 DATOS INICIALES ACERO)
550
DISTANCI ESFUERZ A LUZ O (mm) (Mpa*seg) 340
9.8
8.2 PROCEDIMIENTO ACERO
Para la probeta en acero, con el calibrador pie de rey tomamos el diámetro de cada extremo de la varilla y del centro, luego sumamos los 3 valores y obtenemos el diámetro total. Con el flexómetro medimos la longitud de las varillas. Colocar y asegurar la probeta en la máquina universal de ensayos. Graduar esfuerzo de desplazamiento. Este esfuerzo debe ser de 9.8 Mpa*seg Tomamos la probeta y con el Calibrador tomamos la deformación que obtuvo, y con el flexómetro tomamos la nueva longitud de nuestra probeta.
8.3 DEFORMACION VS ESFUERZO ACERO
Deformacion vs Esfuerzo acero corrugado 3/8 700
ESFUERZO (MPA
600 500 400 300 200 100 0 0
0.02
0.04
0.06 0.08 DEFORMACION (MM)
0.1
0.12
Figura 3. Diagrama de Deformación vs Esfuerzo varilla de acero corrugado 3/8.
puntos característicos =Punto triple. =Resistencia máxima. =Punto de ruptura. Demarcación la zona elástica y la zona plástica I=zona elástica. II= zona de fluencia. III= zona pastica.
Límite de proporcionalidad (𝜎𝐿𝑃 ). De la formula (3) se obtiene. σLP =
31.642 KN = 396,21 MPA 0.072986 M 2
Esfuerzo máximo a la tracción (σMAX ). De la formula (1) se obtiene. 46.470 KP
σMAX = 0.072986 M2 = 645,41MPA
Módulo de elasticidad. De la formula (2) se obtiene. 31.642 KN ∗ 0.5M E= = 2070,38MPA 0.072M 2 ∗ 0,00942213M
9. ANÁLISIS DE RESULTADOS
De los ensayos de tracción se pudo determinar que para la madera el valor del límite de proporcionalidad es igual al valor del esfuerzo máximo a la tracción, esto se debe a que la fuerza máxima que resiste la probeta es el mismo que en el límite de proporcionalidad. Esto se repite en los tres tipos de madera respectivamente. La resistencia del acero es mayor en las varillas corrugadas que en las lisas, esto se debe a que las corrugadas tienen mayor porcentaje de carbón.
10. CONCLUSIONES
La probeta del material de madera tiene una naturaleza frágil cuando esta se somete a tracción ya que no tiene un cambio longitudinal y su falla se evidencia cuando el material no soporta más energía pero no presenta una deformación relevante.
El acero es resistente y dúctil y este si presenta deformaciones en su longitud al ser sometido a tracción
La madera y el acero llegaron a su punto de ruptura o falla por que la energía que se le aplico fue mayor a la energía que el cuerpo era capaz de soportar.
Si el máximo esfuerzo que puedo aplicarle a un cuerpo para que sufra deformación se llama módulo de elasticidad se ve que la resistencia a la fluencia es cuando el cuerpo sale de la zona de elasticidad.
Determinación de los valores y características del acero en cada una de las gráficas, como la zona elástica, fluencia y plástica aplicando una carga a diferencia de la madera que solo tiene una zona plástica pasando de una a su punto de ruptura haciendo que sea frágil a diferencia de las varillas de acero que son dúctiles.
Caracterizar y diferenciar las propiedades mecánicas de materiales diferentes los cuales son sometidos a cargas de tracción. 11. BIBLIOGRAFÍA
Cartagena, I. C. (2014). GUÍA DE ENSAYOS PARA MECÁNICA DE MATERIALES RECUPEADO DE http://aulas.uniminuto.edu/presencial/pregrado/pluginfile.php/170035/mod_res ource/content/1/GU%C3%8DA%20DE%20ENSAYOS%20PARA%20MEC%C 3%81NICA%20DE%20MATERIALES.pdf
NTC 944 Maderas, Determinación de la tracción paralela al grano. (s.f.). TIENDA INCOTEC. Recuperado el 24 de 02 de 2017, de https://tienda.icontec.org/wpcontent/uploads/pdfs/NTC994.pdf
12. ANEXOS
Fig. # 1 Probeta de madera
Fig. # 4 Probeta de Acero
Fig. # 2 Dimensiones Probeta de madera
Fig. # 3 fallo de la Probeta de madera
Fig. # 5 Dimensiones Probeta de Acero
Fig. # 6 fallo de la Probeta de Acero
