Laboratorio esfuerzo y deformación

Universidad Universi dad Santo Tomás

Facultad de Ingeniería civil

Laboratorio Mecanica de Materiales

Ensayo de laboratorio #1 Tensión en barras de acero orma astm E!

Elaboró" arlos M$nde% &odrígue% '1!()((

*onaldo +errio ,illegas '1-.-/-

0resentado a" Ingeniero orge Enri2ue Franco arbonell

1) de Febrero de '(13

+ogota *

ontenido4 14 '4 /4 )4 .4

5b6etivo 0rinci7io &e8erencia normativas4 E2ui7o 7ara el ensayo4 0re7aración de las 7robetas .41 Tem7eratura y 9umedad en el laboratorio4

:4 0rocedimiento del ensayo 4 34 *atos obtenidos en el laboratorio4 !4 álculos y e;7resiones de los resultados4 -4 &esultados del ensayo4 1(4 T$rminos y de8iniciones4 114 onclusiones4 1'4 +ibliogra8ía4

1) Objetivos ● Analizar el comportamiento de los materiales metálicos al ser sometidos a un esfuerzo de tensión uniaxial . ● Reconocer y diferenciar los estados zona elástica y zona plástica del material.

● onstruir e interpretar la !ráfica "sfuerzo vs #eformación para el ensayo. ● alcular el módulo de elasticidad$ l%mite elástico$ esfuerzo <imo a la tensión y esfuerzo de ruptura$porcentaje de alar!amiento y reducción de área del material$ l%mite de proporcionalidad y l%mite elástico.

') (rincipio. na fuerza externa aplicada a un cuerpo$ *ace +ue este se deforme o cambie li!eramente de forma. ,ambi-n produce fuerzas internas "sfuerzos/ +ue act&an dentro del cuerpo la mecánica de materiales es la ciencia +ue analiza los esfuerzos y las deformaciones producidas  por la aplicación de fuerzas externas. "sfuerzo0 "l esfuerzo es una función de las fuerzas internas en un cuerpo +ue se  produce por la aplicación de las car!as exteriores. as curvas tienen una primera parte lineal llamada zona elástica$ en donde la probeta se comporta como un resorte0 si se +uita la car!a en esa zona$ la probeta re!resara a su lon!itud inicial. uando la curva se desv%a de la recta inicial$ el material alcanza el  punto de fluencia$ desde a+u% el material comienza a ad+uirir una deformación  permanente. A partir de este punto$ si se +uita la car!a la probeta +uedar%a más lar!a +ue al principio.

2)

Referencias

normativas

A3,4 o A3,4 5nternational es un or!anización de normas internacionales

+ue desarrolla y publica acuerdos voluntarios de normas t-cnicas para una amplia !ama de materiales$ productos$ sistemas y servicios. "xisten alrededor de 1'.676 acuerdos voluntarios de normas de aplicación mundial. A3,4 "8 describe los m-todos de ensayo  para determinar la resistencia en el l%mite elástico$ alar!amiento al l%mite elástico$ resistencia a la tracción$ alar!amiento y reducción del área de productos de metal. 3e aplica a materiales metálicos en cual+uier forma$ incluyendo0 *oja$ placa$ alambre$ varilla$ barra$ tuber%a y tubo. (ara cada uno de estos tipos de muestras$ la norma define convenientes !eometr%as y dimensiones$ +ue re+uieren soluciones espec%ficas de a!arre +ue son esenciales  para realizar un ensayo con -xito. os tipos más comunes de muestras son rectan!ulares y redondos. (ara el ensayo se necesito una má+uina universal de ensayos de tensión y compresión. un soft9are +ue analizara la cura de esfuerzo deformación$ y una barra de acero como probeta

:) "+uipo para el ensayo

4 ;<5=A =5>"R3A

(ie de rey0

"ste instrumento se usa para medir el diámetro de la probeta o varilla$ debe implementarse la correcta utilización del calibrador.

6) (reparación de las probetas. (ara la preparación de la probeta$ se eli!ió una barra de acero ? : de @  de diámetro y con un (#RBC o BC.CCC lbDpulE'. "n las  barras (#RBC$ la relación ResistenciaD%mite de Fluencia es superior  o i!ual a 1.'6$ lo cual !arantiza una !ran capacidad de absorción de ener!%a y elevada deformación plástica. 3e procedió a tomar una lectura entre marcas de 16B mm$ y la lon!itud total del elemento Gbarra de acero) fue de 26: mm. "l módulo de "lasticidad de dic*a barra puede lle!ar a *acer del 1CH al BCH con una car!a máxima de B$626 ton y un desplazamiento de :6 mm. a práctica se llevó a cabo el d%a 1: de febrero de 'C17 "l ensayo consistió en colocar una probeta en la má+uina universal +ue consiste en dos mordazas$ una fija y otra móvil. 3e  procede a medir la car!a mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza móvil. 3e ajusta la probeta a las mordazas$ se calibra a C la má+uina +ue le va a aplicar la car!a y se sincroniza con el soft9are +ue va a arrojar la curva esfuerzodeformación. 3e  procede a aplicar la car!a *asta +ue la  probeta falle y se analizan los resultados de la práctica. 6.1 a temperatura lineal del aire en el laboratorio fue de 12  y la *umedad fue del 6CH.

B) (rocedimiento del ensayo0 1. Reconocimiento de la  probeta0  1.1 se realizó una inspección visual de las caracter%sticas superficiales de la probeta$ verificando su estado inicial. '. #efinir la sección0 3e mide el diámetro de la probeta con el  pie de rey calibrador/ 2. álculo de la base media0 (ara poder determinar con exactitud el alar!amiento es necesario primero conocer  su lon!itud inicial de dos puntos +ue colo+uemos nosotros como medida de referencia. :. olocar la probeta en la má+uina universal$ se deberá colocar la probeta de tal forma +ue el eje lon!itudinal de -sta sea paralelo a la dirección de la fuerza de tracción. 6. 4ontaje del extensómetro mecánico o el-ctrico$ lue!o de +ue la probeta se encuentre colocada en las mordazas  procedemos a la colocación del extensómetro. olocando los dos extremos a la probeta de forma +ue permita la elon!ación solidaria con la probeta. B. Aplicación !radual de car!a *asta el l%mite elástico. A medida +ue se desarrolla el ensayo se irán tomando los datos de las car!asvaplicadas junto con las lecturas del extensómetro Go directamente de la ma+uina) 7. Aumento de las car!as *asta la tensión de rotura. "n esta parte la velocidad de aplicación de car!a podrá aumentar *asta I8 =Dmm' por se!undo o 1C J!fDmm' por  se!undo. 8. #atos0 na vez obtenidos los datos del ensayo$ GFuerza y #eformaciones) es necesario transformarlos en G"sfuerzos ordenadas/ vs #eformaciones nitarias abscisas/).

1C) ,-rminos y definiciones. ,racción0 "sfuerzo interno al +ue está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas +ue act&an en sentido opuesto$ y tienden a estirarlo. 3e considera +ue las tensiones +ue tiene cual+uier sección  perpendicular a dic*as fuerzas son normales a esa sección$ y poseen sentidos opuestos a las fuerzas +ue intentan alar!ar  el cuerpo.

4ódulo de elasticidad0 "s la medida de la tenacidad y ri!idez del material del resorte$ o su capacidad elástica. 4ientras mayor el valor Gmódulo)$ más r%!ido el material. A la inversa$ los materiales con valores bajos son más fáciles de doblar bajo car!a. "n la mayor%a de aceros y aleaciones endurecibles por envejecimiento$ el módulo var%a en función de la composición +u%mica$ el trabajado en fr%o y el !rado de envejecimiento. "sfuerzo0 σ 

=

 p  A

donde F es la fuerza y A el ;rea.

GdE')LMD: #eformacion0 ε

=

δ  l

"sfuerzo0 ma!nitudes f%sicas con unidades de fuerza sobre área utilizadas en el cálculo de piezas prismáticas como vi!as o  pilares y tambi-n en el cálculo de  placas y láminas. #eformación0 "s el cambio en el tamaKo o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo. (unto de edencia0 "s el momento en +ue la deformación de la pieza$ debido a la car!a +ue se le está aplicando$ deja de ser  elástica y se vuelve permanente o plástica$ es decir +ue es el punto en el +ue se +uita la fuerza ejercida y la probeta se devuelve a su lon!itud inicial. "l esfuerzo inducido aplicado en el momento cuando el material lle!a a su punto de cedencia es en realidad la Resistencia edente del 4aterial. 11) onclusiones.

● as fuerzas internas de un elemento están ubicadas dentro del material por lo +ue se distribuyen en toda el áreaN  justamente se denomina esfuerzo a la fuerza por unidad de área. a resistencia del material no es el unico parametro +ue debe utilizarse o se debe tener en cuenta  para el diseKo de estructuras. ● a diferencia entre la elasticidad y la  plasticidad es +ue cuando el material está siendo sometido a fuerzas externas este  pasa por una primera etapa +ue es la elasticidad en la cual el material si se deja de someter a la fuerza se recupera en su forma normal y no es deformado. ● as caracter%sticas del comportamiento d&ctil o frá!il de un material pueden reconocerse en un dia!rama esfuerzo. deformación unitaria. un material d&ctil$ tal como el acero estructural$ el aluminio o el laton ex*ibirán un amplio intervalo de deformación en el intervalo plástico antes de la fractura. ● "l módulo de elasticidad es la pendiente del dia!rama esfuerzo deformación unitaria.

● 3iempre +ue un cuerpo se somete a la acción de una fuerza se deformara en la misma dirección de la fuerza. ● "l Acero es un excelente material de construccion ya +ue este es una aleacion de *ierro alumino y carbono *acen +ue sea muy resistente y sea flexible. ● "n el estado de plasticidad despues del limite de proporcionalidad del material$  para un esfuerzo mayor ya no se cumple la ley de ooJe ya +ue el material no se recupera si excede este l%mite. ● #espues del limite de proporcionalidad$ la curva disminuye su pendiente y el material se deforma con muy poco o nin!&n aumento de la car!a. ● "n diseKo de estructuras$ el esfuerzo en el material se limita a valores menores +ue el l%mite de proporcionalidad. P si los esfuerzo exceden este valor$ el esfuerzo ya no es proporcional a la deformación unitaria.

1') Qiblio!raf%a. ● 4ecanica de materiales Fitz!erald/ < 4"canica de materiales ibbler.