Laboratorio Mecanica de Solidos Orlando Mendoza

MECANICA DE SOLIDOS

Informe de laboratorio

PRESENTADO POR: ORLANDO MENDOZA MEJIA. D7302082

PRESENTADO A: ING. JUAN CARLOS HERRERA Tutor Mecánica de Solidos

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA INGENIERIA CIVIL 2016

Laboratorio de Mecánica de Solidos

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LABORATORIO No.1 ENSAYO ESFUERZO NORMAL RESISTENCIA A COMPRESION DEL CONCRETO

Este método consiste en la aplicación de una carga axial de compresión a cilindros preparados de acuerdo a la dosificación establecida por el calculista estructural o a núcleos extraídos, esta carga es aplicada a una velocidad 0.2Mp/s (según la NSR-10) hasta que ocurra la falla. Este ensayo es usado para determinar la resistencia a compresión de especímenes cilíndricos preparados y curados de acuerdo con las Prácticas NTC 550, NTC 1377, NTC 504 y NTC 3708 y los métodos de ensayo NTC 3658 y ASTM C873. La resistencia a la compresión se refiere al cociente entre la máxima carga alcanzada durante el ensayo sobre el área de la sección transversal del cilindro. Experimentalmente, se desarrolla un ensayo para determinar la resistencia a la comprensión de un concreto de forma cilíndrica, de acuerdo a la NTC 673. Estos ensayos son de gran importancia al momento de ejecutar una obra para garantizar que se está usando la dosificación acertada de acuerdo las cargas vivas y muertas que se estima debe resistir y de esta forma determinar el comportamiento de los elementos dentro de la estructura.


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El concreto funciona muy bien cuando es sometido esfuerzos de compresión, pero al ser sometido a esfuerzos de tensión se reduce su capacidad hasta casi un 10% de la resistencia a la compresión, lo mismo sucede al someterse a flexión pues se reduce al 5% de f`c.

OBJETIVOS  

Determinar la f`c de un cilindro cilindro de concreto respecto a una carga axial Graficar esfuerzos Vs tiempo.

PROCEDIMIENTO Se define la dosificación utilizada para la preparación del cilindro teniendo en cuenta que su curado se haya regido a la norma. Para este lab usamos dos probetas con las siguientes especificaciones:

Probeta N°1 D iámetro (m) Longitud (m)

0.154 0.304

probeta N°2 D iámetro (m) 0.1025 Longitud (m) 0.204

Área (m²) (m²) Volumen (m³)

0.01863 0.00566

Área (m²) (m²) Volumen (m³)

0.00825 0.00168

Peso (Kg) Densidad (Kg/m³)

12.9 2278.16


3.9 2316.84

Se coloca en los retenedores unas almohadillas de neopreno, para apoyar sobre las mismas el cilindro en concreto, luego se ubica el cilindro en la base de la máquina de ensayo para aplicar la carga al cilindro a la velocidad establecida hasta que se produzca la falla.


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Se toman los datos que llegan automáticamente a un software y determinamos la f`c.

RESULTADOS Probeta N°1 Carga (KN) 790.9 Resistencia fc (N/mm²) 42.461 Resistencia fc (psi) 6158.54

probeta N°2 Carga (KN) 266.2 Resistencia fc (N/mm²) 32.260 Resistencia fc (psi) 4679.06

GRAFICAS RESISTENCIA VS TIEMPO


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Probeta 2: resistencia vs tiempo 5000 4000

) i s p ( a i c n e t s i s e R

3000 2000 1000 0 0

5

10

15

20

25

30

Tiempo (días)

CONCLUSIONES De acuerdo a observado durante los ensayos y pruebas realizadas a las dos probetas podemos definir que el concreto utilizado es de muy alta resistencia a la compresión pues presenta algunos aditivos como fibras y otros complementos que aumentaron su resistencia. El concreto es el material ideal para resistir esfuerzos a compresión y por eso es el más usado entre los materiales para construcción, como pudimos observar la probeta número 1 arrojo una resistencia de falla de más de 6000 psi y la probeta número 2 de más de 4000 psi, la norma NSR10 recomienda para los concretos en Colombia que no tengan una resistencia menor a 3000 psi, por lo cual concluimos que las anteriores probetas están por encima de lo recomendado.


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Para las apreciaciones de tipo de falla de las probetas la probeta 1 fue fallada en el hidráulico grande el cual por su exceso de fuerza no permitió observar un modelo de falla. En el caso de la probeta número 2 podemos observar el siguiente tipo de falla: Como observamos en la imagen la falla es de tipo cónica y dividida, falla de tipo dos.


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LABORATORIO No. 2 ENSAYO A LA COMPRESION PERPENDICULAR Y PARALELA DE LA MADERA (NTC 784 - 785)

En busca de garantizar la estabilidad de un proyecto a ejecutar es de vital importancia el conocimiento de las propiedades mecánicas de los materiales que se pretendan utilizar; Por tanto se realizan ensayos a cada material destinado, de tal manera que se pueda conocer todas las propiedades de estos. En el caso madera sus propiedades dependen de cada especie de árbol de donde proceda, con características únicas y comportamientos propios y diferentes de otros especímenes. Por tanto es preciso tener conocimiento sobre la resistencia a la compresión para diferentes casos en que la madera esta direccionada al uso que se le dará, tal como perpendicular o paralelo a los anillos que constituye la madera.


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OBJETIVO Determinar por medio de un ensayo de laboratorio los diferentes esfuerzos que se presentan al someter un prisma de madera estandarizado a una carga de compresión, siguiendo la norma técnica colombiana NTC 784. Las medidas de las probetas deben verificarse en el momento del ensayo. El número de probetas de ensayo estará de acuerdo con el grado de exactitud requerido según lo indicado en la NTC 787.

PROCEDIMIENTO 1. La carga se aplica sobre las bases del prisma, esto es, sobre las caras transversales, en forma continua y durante todo el ensayo para que produzca una deformación de 0,6 milímetros por minuto. Los valores para la curva de esfuerzo- deformación se toman aún después de la rotura de la probeta. 2. Posición de las roturas del ensayo. Para obtener resultados uniformes y satisfactorios, es necesario que las roturas se produzcan en el cuerpo de la probeta. Este resultado es más exacto en las probetas de sección transversal uniforme, cuando los extremos de dicha probeta tienen un contenido de humedad menor que el resto de la misma. 3. Descripción de las roturas por compresión. Las roturas por compresión se describen de acuerdo con la apariencia de las mismas en la superficie en que aparezcan. En caso de presentarse dos o más roturas, se describen en el orden en que ocurrieron. En la planilla correspondiente debe dibujarse, en la gráfica, la forma de la rotura.


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DATOS Y GRAFICOS ENSAYO COMPRESION PARALELA A LA MADERA madera paralela a las fibras Base (m) Longitud (m)

0.048 0.2

Área (m²) Volumen (m³)

0.0023 0.00046


0.2935 636.936

Carga KN 0.1 0.3 16.5 60.6 72.6 72.9 73.9



 

Def Def unitaria Esfuerzo σ ɛ (KN/m²) mm 0.699 0.0035 43.40 1.842 0.0092 130.21 3.366 0.0168 7161.46 4.699 0.0235 26302.08 5.461 0.0273 31510.42 6.985 0.0349 31640.63 9.652 0.0483 32074.65

Módulo de elasticidad 12418.53 14137.71 425517.43 1119475.77 1154016.36 905959.20 664621.90

TIPO DE FALLA Como podemos observar la falla preSentada en la madera es de tipo d Corte y rajadura.


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GRAFICO ESFUERZO vs DEFORMACION

Probeta 1. Esfuerzo vs def unitaria 40000.00 ) ² 30000.00 m / n 20000.00 K ( o z r 10000.00 e u f s 0.00 E

00,000 00,000 00,000 00,000 00,000 00,000 00,000 -10000.00 Deformación unitaria

ENSAYO DE COMPRESION PERPENDICULAR A LAS FIBRAS DE LA MADERA madera perpendicular a las fibras Base (m) 0.048 Longitud (m) 0.2 Área (m²) Volumen (m³)

0.0023 0.00046


0.2961 642.578 

 


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Carga Def (KN) (mm) 1 8.3 13.6 16 16.7 38 52.2 57.6

1.207 2.858 4.572 6.35 9.208 11.81 13.78 15.56

Def

Esfuerzo

unitaria ɛ σ (KN/m²)

0.0060 0.0143 0.0229 0.0318 0.0460 0.0591 0.0689 0.0778

400.00 3320.00 5440.00 6400.00 6680.00 15200.00 20880.00 23040.00

Módulo de elasticidad E (KN/m²) 66280.03 232330.30 237970.25 201574.80 145091.23 257387.18 303047.90 296182.03

GRAFICA ESFUERZO VS DEF.

probeta 2 perpendicular a la fibra Esfuerzo vs def unitaria 25000.00 ) ² m / 20000.00 N K15000.00 ( o z r 10000.00 e u 5000.00 f s E

0.00 00,000 00,000 00,000 00,000 00,000 00,000 Deformación unitaria


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TIPO DE FALLA Las fallas por compresión perpendicular a veces son imperceptibles, como lo podemos levemente notar en el fondo de la sección trasversal de la probeta ocurrió rompimiento de las fibras por causa de la compresión perpendicular.

CONCLUSIONES Y ANALISIS RESULTADOS

Al realizar los respectivos gráficos se puede establecer comportamiento homogéneo de la probeta y se halló la línea recta de proporcionalidad del estado elástico y se establece la madera como un material que cumple con las especificaciones para ser utilizado en la ejecución de varios tipos de obra civil.


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LAB NUMERO 3. ENSAYO FLEXION En ingeniería se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñadas para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas. La resistencia de flexión en el punto de fluencia se reporta para aquellos materiales que no se rompen. El ensayo de flexión se basa en la aplicación de una fuerza al centro de una barra soportada en cada extremo, para determinar la resistencia del material hacia una carga estática o aplicada lentamente. Normalmente se usa para materiales Frágiles


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OBJETIVOS





 



Verificar experimentalmente el módulo de Young a partir de una práctica de laboratorio. Desarrollar una práctica experimental que permita observar la resistencia del aluminio y la madera a diferentes flexiones. Determinar la deflexión de las diferentes barras de aluminio y madera Analizar los datos obtenidos en el laboratorio para determinar las diferentes deflexiones en las distintas barras cargadas. Realizar los diferentes cálculos para determinar las diferentes deflexiones de las diferentes barras sometidas a las diversas cargas.

Ensayo flexión Madera.

Descripción de la probeta Madera

distancia entre apoyos (mm)

Longitud 1000 (mm) ancho 48 (mm) Alto 48 (mm) Área 2304 (mm2) Peso 0.9226 (Kg)

750


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Carga (KN)

Deformación Deformación unitaria ε (mm)

0 0.1 0.5 3 4.9 5.5 5.5 5.5

0 1.207 3.747 6.477 9.906 13.653 16.701 19

Esfuerzo =

   

=

  

Deformación unitaria =

Módulo de Young=

Inercia=

δmax =

  

   

=

=

0 0.025145833 0.0780625 0.1349375 0.206375 0.2844375 0.3479375 0.395833333

 



=



 

= 55950.0 kN/m2

 

= 141356.4 Kn/m2



= 4,4236x10-7

  

=0,773mm


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Ensayo flexión aluminio Ensayo flexión aluminio. Descripcion de la probeta Al.

distancia enrtre apoyos (mm)

Longitud 631 (mm) ancho 25.4 (mm) Alto 25.4 (mm) Área 645.16 (mm2) Peso 0.9226 (Kg)

600

Carga (KN) Deflexión (mm) 0 0 0.0854 0.17 0.164 0.329 0.251 0.5 0.336 0.655 0.423 0.825 0.507 0.98 0.633 1.22 0.722 1.4

Deformacion unitaria ε 0 0.006692913 0.012952756 0.019685039 0.025787402 0.032480315 0.038582677 0.048031496 0.05511811

esfuerzo σ (KN/m²)

0 4690.289 9007.112 13785.28 18453.6 23231.76 27845.16 34765.26 39653.26


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Esfuerzo =



 

 



= 


Módulo de Young=

Inercia=

  

=

 



=



 

= 39653.26 kN/m2

  

= 719422,8 Kn/m2

= 3,47x10-8 m4

Deformación Máxima: δmax =

   

=

  

= 0,130 mm

50000 2

m40000 / n k n 30000 e o z r 20000 e u f s 10000 E

0 0

0.01

0.02 0.03 0.04 Def unitaria mm

0.05

0.06


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Flexión viga “T”. Descripción de la probeta Perfil T

distancia entre apoyos (mm)

Longitud 621 (mm) ancho 25.4 (mm) Alto 25.4 (mm) Área 151,21 (mm2) Peso 0.25 (Kg)

600

Carga (KN) 0 0.0436 0.0952 0.129 0.153 0.178 0.216 0.254 0.304 0.364

Deflexión (mm) 0 0.4 0.85 1.12 1.31 1.51 1.82 2.11 2.5 3

Deformación unitaria ε 0 0.015748031 0.033464567 0.044094488 0.051574803 0.059448819 0.071653543 0.083070866 0.098425197 0.118110236

esfuerzo σ (KN/m²)

0 2394.573764 5228.518861 7084.862742 8402.976741 9776.012156 11863.02599 13950.03982 16696.11065 19991.39564


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Esfuerzo =



 

 



= 


Módulo de Young=

= 19991.39564kN/m2

 



=

 





= 169275.10 Kn/m2

Inercia: T

IT = Iarea1 – 2 Iarea2=

  

 

- 2



=

  

  





- 2

=1.37x10-8

Deformación Máxima: δmax =

   

=

  

= 0,659 mm


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25000 20000 2

m / 15000 n K o z r e u 10000 f s E

5000 0 0

0.02

0.04 0.06 0.08 0.1 Deformcion unitaria mm

0.12

0.14

CONCLUSIONES

De esta manera podemos concluir que lo propuesto por la teoría es dentro de ciertos límites confiable, debido a que con el desarrollo experimental se obtuvieron valores para el módulo de Young en las diferentes vigas está dentro de los parámetros de valor teórico que es 70 GPa, para algunas vigas mayor y para otras menor; debido en algunos casos a errores de apreciación, a la manipulación de los instrumentos sin mencionar muchos otros factores que nos llevan a alejarnos del valor real. Por otro lado experimentando Con este laboratorio se pudo determinar, caracterizar y diferenciar las propiedades mecánicas del aluminio y la madera sometido a diferentes cargas, lo cual se puede concluir que a mayor inercia la deformación va hacer mínima en la barra de aluminio y madera.


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LAB NUMERO 4. TENSION DEL ACERO

Este ensayo consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de una barra de cero estructural. En el desarrollo de este ensayo se mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente.

OBJETIVOS

 



Realizar prueba de tensión a una barra de acero. Identificar los tipos de falla que se puedan presentar en un ensayo de tensión. Encontrar los esfuerzos máximos que resisten dos barras de acero estructural, cuándo están sometidos a tensión.


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LISTA DE MATERIALES CANTIDAD

DESCRIPCI N DEL MATERIAL 2 barras de acero

2

LISTA DE EQUIPOS CANTIDAD

DESCRIPCI N DEL EQUIPO

1


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Las barras de acero de refuerzo estructural usadas en el presente ensayo serán dos barras número 4. La barra número 1 ha sido usada en algún proyecto de construcción y la barra número 2 es una barra totalmente nueva. Barra número 1 usada, Datos.

Fuerza de tensión:           


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Apreciación de la falla.

Como podemos observar en la fotografía la falla ocurre por tensión de las fibras y se produce una falla de cortante a 45 grados.

Barra numero 2 Nueva. Datos.


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Fuerza de tensión:           

Al igual que la barra anterior el corte de falla se produce a 45.


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Conclusiones. El acero es considerado un material dúctil porque se deja manejar, doblar antes de llegar a fracturarse y su resistencia a tensión muy alta, como mínimo 60000 PSI. Hemos logrado observar por medio del ensayo de tensión del acero que la segunda barra siendo una barra sin usar necesitó de una fuerza mayor para llegar al punto de falla, es decir, se le aplicó un fuerza de más de 60.000KN cumpliendo con la recomendación de la norma indicado en la NSR indicando que debe ser acero de W60. Caso contrario con la barra número 1 que había sido usada y dejada de tal forma que presentó oxidación y corrosión en el material, pues solo se le aplicó una fuerza de un poco más de 25.000KN lo cual nos indica que no cumple estando muy por debajo de los 60000 kn esperados.


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LAB NUEMRO 4. ENSAYO A TORSION

El ensayo de torsión consiste en aplicar en un par torsor a una bomba por medio de un dispositivo de carga y medir el ángulo de torsión resultante en el extremo de la barra. Este ensayo se realiza en el rango de comportamiento linealmente elástico del material. Esta deformación plástica que se alcanza con este ensayo es mucho mayor que en los ensayos detracción o en los de comprensión. Los efectos que causa en una barra una carga son: 

  

Producir un desplazamiento angular de la sección de un extremo respecto al otro y originar tensiones cortantes en cualquier sección de la barra perpendicular a su eje. Determinar los esfuerzos cortantes máximos presente en las barras. Calcular el valor del módulo de elasticidad en el cortante G. Determinar las propiedades mecánicas del material sometido a torsión.


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

Conocer el funcionamiento y manejo de la máquina para ensayo de torsión. (marco de carga).

ENSAYO DE TORSION EN BARRA DE BRONCE

Datos de la barra. Masa (g) =1608,2 Diámetro (mm)=12,8 Largo (mm)=1502 Volumen (cm3)= 193,28 Densidad (g/cm3) = 8,32

masas usadas PESA N° MASA (g) FUERZA (N) 1 1001.2 9.82 2 1002.4 9.83 3 1002.6 9.83 4 1000.0 9.81 5 998.7 9.79


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MARCO DE TORQUE DISCO MOVIL DIAMETRO (mm) LONGITUD DE ENSAYO (cm)

162.3 128.8

RESULTADOS: DATOS DE ENSAYO PESA N°

Ʃ CARGAS (N)

1 2 3 4 5

9.82 19.65 29.48 39.29 49.08

ESFUERZO MOMENTO DEFORMACIÓN cortante TORSOR (mm) MAX(MPa) Tmax = (N.m) T.r / IP 0.79676 0.55 38.940913094903 1.59448 1.45 77.928499277814 2.39236 2.30 116.923864308727 3.18817 3.30 155.818104315622 3.98295 4.23 194.661781810508

MOMENTO POLAR deformación angular G módulo elástico en DE INERCIA (m4) IP (rad) cortante (Gpa) 4 = π / 32 * Ø

2.63536E-09 2.63536E-09 2.63536E-09 2.63536E-09 2.63536E-09

0.00854 0.022516 0.035714 0.051242 0.065683

0.489327 1.290045 2.046278 2.935964 3.763372

45596.27 34611.00 32738.68 30408.14 29636.45


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y = 0.9939x + 0.0003 R² = 0.9837 0.0025 0.002 0.0015 0.001 0.0005 0 0

0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016 0.0018


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ENSAYO DE TORCION EN BARRA DE ALUMINIO. Datos de la barra. Masa (g) =1479,6 Diámetro (mm)=12,8 Largo (mm)=1502 Volumen (cm3)= 193,28 Densidad (g/cm3) = 7,66 PESA N° 1 2 3 4 5 6

MASAS UTILIZADAS MASA (g) FUERZA (N) 1001.2 9.82 1002.4 9.83 1002.6 9.83 1000.0 9.81 998.7 9.79 1000.0 9.81

MARCO DE TORQUE DISCO MOVIL DIAMETRO (mm) LONGITUD DE ENSAYO (cm)

162.3 128.8

RESULTADOS; DATOS DE ENSAYO PESA N°

Ʃ CARGAS (N)

1 2 3 4 5 6

9.82 19.65 29.48 39.29 49.08 49.08

MOMENTO MOMENTO POLAR DEFORMACIÓN TORSOR DE INERCIA (m4) IP (mm) = π / 32 * Ø 4 (N.m) 0.36 0.89 1.36 1.85 2.35 2.84

0.79676 1.59448 2.39236 3.18817 3.98295 3.98295


2.63536E-09 2.63536E-09 2.63536E-09 2.63536E-09 2.63536E-09 2.63536E-09

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ESFUERZO deformación angular G módulo elástico en cortante MAX(MPa) (rad) cortante (Gpa) Tmax = T.r / IP 38.940913094903 77.928499277814 116.923864308727 155.818104315622 194.661781810508 194.661781810508

0.00559 0.01382 0.021118 0.028727 0.036491 0.044099

0.320287 0.791821 1.209973 1.645919 2.090762 2.526708

69660.97 56388.71 55366.89 54241.55 53345.61 44141.62

y = 0.9939x + 0.0003 R² = 0.9837 0.0025 0.002 0.0015 0.001 0.0005 0 0

0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016 0.0018


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Laboratorio Mecanica de Solidos Orlando Mendoza

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