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Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ingeniería Mecánica Laboratorio De Análisis de Esfuerzos y Vibraciones Laboratorio de Mecánica de materiales 2
1. Número y título de la Práctica: Práctica: Practica N°2. Ensayo de tracción tr acción en probetas de varillas de acero corrugado. 2. Grupo: Gr3 Martes-11:00-13:00 2.1 Integrantes: Amagua Carrillo Stalin David David 1722855812 1722855812 (Gr1) Ordoñez Mendoza Marlon Patricio 1717056343 1717056343 (Gr3) Tufiño Tituaña Alexander Darío 1723782759 1723782759 (Gr3) 3. Objetivos: varillas corrugadas corrugadas y Evaluar las propiedades mecánicas de las varillas compararlo con la norma ecuatoriana de una varilla de Apreciar y evaluar el límite de fluencia de construcción. fluencia de una una varilla de construcción. Trazar y evaluar el límite de fluencia Poder diferenciar diferenciar mediante las las normas con con qué tipo de probeta probeta vamos vamos a trabajar con los valores que se obtengan después de realizar el ensayo. Conocer las las diferencias que pueden existir al al ensayar dos probetas probetas del mismo material, pero con diámetros distintos. Identificar en que que puntos y en en que instante se se pueden observar las famosas líneas de Lüder. 4. Resumen: Se trato acerca de las normas establecidas para saber tanto propiedades de esfuerzo como de deformación. La mayor cantidad de deformación se produce cerca de la rotura porque aquí es donde donde mayor se deformo longitudinalmente longitudinalmente y en los extremos la deformación es casi nula. En la deformación real nosotros nosotr os consideramos un área instantánea y en la deformación ingenieril consideramos un área inicial. En esta práctica se realizó el ensayo a tracción a dos probetas de acero corrugadas con el objetivo de evaluar el material a través de las dos Normas Inen (NORMA INEN 2167 son 2167 son para varillas que pueden ser soldadas y la NORMA INEN 102 es 102 es para varillas v arillas que se consideran que no son para soldar). Las varillas que son soldables tienen menos porcentajes de carbono, entre mayor sea el porcentaje de carbono disminuye la soldabilidad del material por eso las fundiciones grises son materiales que no se pueden soldar y además es difícil soldar la martensita por su alto contenido de c arbono. Las varillas que son soldables tiene las siglas AS y AS y las no soldables no tienen ninguna letra. En nuestra practica para poder diferenciar si es o no soldable veo si cumple o no con los requisitos de las varillas que son no soldables o sino voy a los requisitos de las
varillas que son soldables. Aquí el comportamiento de las varillas se asemeja mucho más al de las gráficas que hay en los libros. 5. Abstract: It was about the established rules to know both stress and deformation properties. The greatest amount of deformation occurs near the breakage because this is where the greatest deformation occurs longitudinally and at the ends the deformation is almost zero. In the real deformation we consider an instantaneous area and in the engineering deformation we consider an initial area. In this practice, the test was made to make the tests of the steel standards with the objective of evaluating the material through the Inen standards (NORMA INEN 2167 are for rods that can be welded and the INEN 102 NORMA is for rods that it is considered that no son to weld). The rods that are weldable have percentages of carbon, between mayor the percentage of carbon decreases the weldability of the material that is why the gray castings are materials that can not be welded and it is also difficult to weld the martensite because of its high carbon content. T he rods that are weldable have the letters. In our practice to be able to differentiate ourselves, it can not be duplicated, whether or not it meets the requirements of the rods that can not be welded or those that can be welded. Here the behavior of the rods resembles much more to the graphs that are in the books. 6. Revisión teórica: El esfuerzo a la tracción es el esfuerzo interno al cual es sometido un cuerpo por medio de la aplicación de dos fuerzas opuestas las cuales tienden a estirar al material. La variación de longitud que sufre el material es el cambio a lo largo de su eje longitudinal al estar aplicado por medio de una fuerza:
∆ = − La deformación elástica es cuando un material regresa a sus dimensiones de origen después de haber sido sometido por una fuerza a lo largo de su eje. En cambio la deformación plástica es cuando el material no regresa a su forma natural y sus cambios son irreversibles al ser sometido a tensiones por encima de su límite elástico. Con el ensayo de tensión podemos calcular distintas propiedades mecánicas como son la tensión del material que en este caso es acero. La tensión en general se calcula de la siguiente manera:
= = Donde nosotros tomaremos como área A0 la sección transversal de la varilla y de longitud l0 que están sometidos por una fuerza de tensión F. Además de la tensión también encontramos otra propiedad que es muy importante para nuestros cálculos como es el módulo de elasticidad con el cual podemos conocer el comportamiento del material elástico y se calcula de la siguiente manera:
= = En los metales el rango de deformación elástica va estar por debajo de los 5% y pueden presentar por lo general una relación lineal entre la tensión y deformación en la zona elástica para el caso de los metales y de las aleaciones. Las varillas corrugadas son de acero con sección circular y las cuales son de mayor uso para la construcción en general de losas, postes de concreto, tuberías de concreto, etc. Estas son de gran importancia por su gran absorción de tracción y torsión en la construcción.
La fluencia es la deformación irreversible que sufre el material y el cual produce un alargamiento demasiado rápido sin que exista una variación de la tensión aplicada, además no todos los materiales pueden experimentar este tipo de deformación y es calculado por medio del ensayo de tracción. La resistencia a la tracción es el esfuerzo al cual el material sufre una falla por fracturación extensional. Ilustración 1 Esquema del diagrama de esfuerzo vs deformación.
7. Materiales y Equipos: 7.1 Materiales Varilla de construcción de acero de diámetro nominal: varilla la cual se ensayó por medio de la maquina universal de ensayos.
Varilla de construcción de acero de diámetro nominal: varilla la cual se ensayó por medio de la maquina universal de ensayos con la ayuda de mordazas tanto en la parte superior como inferior de la máquina.
7.2 Equipos Maquina universal de ensayos: herramienta fundamental para poder obtener cálculos y propiedades en graficas por medio de probetas ensayadas en el mismo. Calibrador Mordazas de sujeción 8. Procedimiento
Limpiar las probetas (parte céntrica) con el esmeril. Colocar las mordazas planas en la máquina. Marcar 20 cm en el centro (con corrector y a más con el marcador). Ubicar las probetas en las mordazas. Prender la máquina de ensayos. Realizar un test de prueba en la máquina de ensayos. Colocar una carga para la cual se desee ensayar la probeta. Colocar o sostener los volantes de desplazamiento con cuidado para que no salga volando la probeta. Dar inicio al ensayo. Observar como nos va dando la gráfica de tendencia del material respectivo. Observar cuando se produce la rotura en la curva de esfuerzodeformación. Observar las líneas de Lüder que se generan en la probeta. Medir la longitud final que obtendrá la probeta después del ensayo. Retirar la probeta y colocar la otra probeta que se desea ensayar y repetir los mismo pasos. Comparar los resultados obtenidos para las dos probetas con respecto a las normas que se pidió en la práctica.
9. Datos obtenidos: Diámetro nominal Probeta (mm) T1 T2
16 24
Longitud inicial entre marcas (mm) 20 20
Longitud final entre marcas
Carga de fluencia
Carga máxima
Carga de rotura
(mm)
(lbf)
(lbf)
(lbf)
31563.2 69690.8
22076.2 65419.4
21.5 21.7
23717.3 52605.29
10. Cálculos a. Propiedades mecánicas de cada varillas Varilla 24mm 16mm 686 695 Resistencia a la tracción (MPa) 205 Módulo de elasticidad (GPa) 517 525 Resistencia a la fluencia (MPa) b. Velocidad de carga Zona elástica Zona plástica
5mm/min 20mm/min
c. Tabla Esfuerzos vs. Deformación unitaria (s vs e)
Ilustración 2Tabla de datos para la varilla de 24mm de diámetro.
Force (N)
Position (m Stress (MPa) Strain (%)
-4.91
0
-0.01086
-0.0231
-5.7
0
-0.01261
-0.0218
-1.124
0
-0.00249
-0.0239
0.1593
0
0.000352
-0.0212
-4.96
0
-0.01096
-0.0241
-0.51
0
-0.001127
-0.0222
-0.508
0
-0.001123
-0.0233
1.272
0
0.00281
-0.0227
7.96
0
0.0176
-0.022
8.77
0
0.01938
-0.023
13.3
0
0.0294
-0.021
17.26
0
0.0382
-0.0228
-5.62
0
-0.01243
-0.0217
-29.5
0
-0.0652
-0.0229
-28.1
0
-0.0621
-0.023
-44.6
0
-0.0985
-0.0221
-50
0
-0.1109
-0.0242
-37.8
0
-0.0837
-0.0211
-24.2
0
-0.0536
-0.0233
-29.9
0
-0.0662
-0.0222
-24.4
0
-0.0539
-0.0221
-2.61
0
-0.00576
-0.0235
27.3
0
0.0604
-0.0218
58.4
0
0.129
-0.024
97.3
0
0.215
-0.0216
Ilustración 3 Tabla de datos para la varilla de 16mm de diámetro.
Force (N)
Position (m Stress (MPa) Strain (%)
Time (min)
-6.44
0
-0.032
-0.00489
0
-6.44
0
-0.032
-0.00498
0.01216
-6.15
0
-0.0306
-0.00403
0.01823
-6.44
0
-0.032
-0.0044
0.0243
-6.44
0
-0.032
-0.00462
0.0304
-0.1171
0
-0.000583
-0.00277
0.0365
-63.9
0
-0.318
-0.00485
0.0425
-39
0
-0.1939
-0.00433
0.0486
-14.04
0
-0.0698
-0.00229
0.0547
7.28
0
0.0362
-0.00459
0.0608
8.98
0
0.0447
-0.00301
0.0669
15.05
0
0.0749
-0.00284
0.0729
15.08
0
0.075
-0.00464
0.079
22.4
0
0.1112
-0.0046
0.0851
31.9
0
0.1588
-0.00335
0.0912
40.3
0
0.2
-0.00534
0.0972
46
0
0.229
-0.00458
0.1033
52.4
0
0.26
-0.0027
0.1094
60.3
0
0.3
-0.00468
0.1155
d. Curva (s vs e) identificando los principales puntos de la curva
Módulo de Elasticidad (E)
Esfuerzo de fluencia ( ) Resistencia a la tracción (
)
Esfuerzo de rotura.
Su
Limite elástico
Sy
Ilustración 4 Diagrama esfuerzo vs. deformación para la varilla de 16mm
Su
Sy
Limite elástico
Porcentaje de elongación en 200 mm Varilla de 16mm
En esta práctica de ensayo de tracción a dos varillas de construcción de diferente diámetro bueno se puede apreciar en los diagramas de esfuerzo deformación que difieren uno del otro el diagrama de esfuerzo de la varilla de 16mm tiene un diagrama donde los puntos importantes como el de fluencia, el ultimo se pueden apreciar con facilidad mientras en el de la varilla de 24 mm es difícil apreciar los puntos, los porcentajes de elongación difieren muy la varilla que más se elongo fue la de 16mm esto se debe evidentemente a su menor diámetro en cuanto a la resistencia a la tracción y de fluencia los valores son mayores en la varilla de 16mm pero varían por poco no más con la varilla de 24mm, no asi con las cargas la que más soporto fue la varilla de mayor diámetro 12. Preguntas: 12.1 ¿La varilla ensayada cumple con los requisitos del diámetro nominal? Las varillas que fueron ensayadas de acuerdo a las normas especificadas para la determinación del diámetro nominal no cumplen lo establecido, debido a que las dimensiones de los resaltes ni el espacio entre resaltes ni la altura de los mismos. 12.2 ¿Cuál es la diferencia entre una varilla soldable y una no soldable? La mayor diferencia es su porcentaje de carbono ya que las no soldables tienen un porcentaje más alto de carbono que las soldables, por lo cual hace que las no soldables presenten mayores propiedades mecánicas.
12.3 ¿Qué diferencias puede apreciar entre los diagramas esfuerzodeformación de las varillas ensayadas? En los gráficos se puede apreciar de esfuerzo deformación que para la varilla de 16mm se puede ver con mayor facilidad la zona de fluencia que en la de la varilla de 24mm los esfuerzos de rotura son casi iguales difieren en algo 12.4 ¿El diámetro de la varilla influye de manera directa en el esfuerzo máximo que resistirán dos varillas del mismo material? Evidentemente que si tiene que ver el diámetro de la varilla debido a que mientras mayor sea este el esfuerzo va a ser mayor para un mismo material, esto lo podemos apreciar en las varillas ensayadas cuya diferencia de diámetros es de 8mm, pero suficiente para poder visualizar que hay mayor esfuerzo en la varilla de 24mm que en la de 16mm. 12.5 ¿Cuál es el objetivo de que las varillas tengan resaltes en su superficie? El objetivo primordial de las varillas con resalte es incrementar la adherencia y evitar el desplazamiento de forma longitudinal respecto al hormigón ya que es la principal aplicación de estas varillas corrugadas cumpliendo la norma ASTM A615. 13. Conclusiones:
El tipo de material que se utilizara para el ensayo cumple con requisitos distintos los cuales me influencian de una manera directa en los cálculos establecidos por la práctica y además con ellos llegamos a obtener graficas que se asemejan más a la de los esfuerzos reales y no de una manera estandarizada. Se nota claramente como los valores y la tendencia con respecto a la varilla de 24 mm se asemeja más al comportamiento de la gráfica del libro, pero no se puede observar de una manera correcta donde ocurrió el mayor esfuerzo de fluencia como es el caso de la varilla de 16mm con la cual se observa con más precisión como ocurren los cambios de estados del material Las fuerzas que se van generando o están actuando en el material van aumentando de una manera considerable lo cual me ayuda a entender como el material puede o no sufrir la fractura de una manera rápida o sufre cambios repentinos y a más de ello al querer ir llegando a la fractura se puede observar las líneas de Lüder para cada una de las probetas. Este tipo de ensayos son necesarios para hacer un control de calidad de estos elementos esenciales que son las varillas de construcción ver que cumplan con los requisitos correspondientes para las aplicaciones que fueron diseñados.
14. Recomendaciones:
Verificar cada una de las probetas para poder distinguir el tipo de material que se vaya a utilizar durante la práctica para evitar confusiones y marcas de una manera que se pueda visualizar fácilmente las marcas de longitud inicial y con ello poder saber de una manera más correcta cuanto fue la deformación o estiramiento que ocurrió. Observar con qué tipo de sistemas de medidas se está trabajando tanto para mediciones con el calibrador como con la máquina de ensayos para así poder evitar errores de cálculos que nos pueden afectar en nuestro análisis de resultados. Colocar las mordazas de una manera uniforme y semejante en ambos lados para poder tener una sujeción correcta del material y evitar que esta pueda caerse o al encender la maquina pueda existir un accidente. Sujetar el volante de movimiento para evitar que la probeta pueda salir volando o esta pueda girar de una manera muy rápida y ocasione un accidente. Tener en cuenta cual es la diferencia entre un esfuerzo real y un esfuerzo ingenieril para así evitar errores conceptuales.
