Ensayo de Tension Laboraqtorio
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ENSAYO DE TENSION EN ACERO CORRUGADO Andrés Ignacio Monsalve Bayona 170697 Emma Johana Gómez Noriega 171058 John Freddy Jiménez Castro 170667 Luis Hernando Ballesteros López 170846 Ricardo Castilla Duran 170650 UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA FACULTAD DE INGENIERIAS INGENIERIA CIVIL
Transcript of Ensayo de Tension Laboraqtorio
ENSAYO DE TENSION EN ACERO CORRUGADO
Andrés Ignacio Monsalve Bayona 170697
Emma Johana Gómez Noriega 171058
John Freddy Jiménez Castro 170667
Luis Hernando Ballesteros López 170846
Ricardo Castilla Duran 170650
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA
FACULTAD DE INGENIERIAS
INGENIERIA CIVIL
OCAÑA
2012
ENSAYO DE TENSION EN ACERO CORRUGADO
Andrés Ignacio Monsalve Bayona 170697
Emma Johana Gómez Noriega 171058
John Freddy Jiménez Castro 170667
Luis Hernando Ballesteros López 170846
Ricardo Castilla Duran 170650
Leandro Ovallos Manosalva
Ingeniero Civil
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA
FACULTAD DE INGENIERIAS
INGENIERIA CIVIL
OCAÑA
2012
INTRODUCCION
Cuando se habla de una prueba de tensión usualmente nos referimos a un ensayo que se realiza en una máquina que permite medir la deformación y la fuerza aplicada a una probeta fabricada con el material que se desea ensayar, en este caso acero de refuerzo corrugado. Si la prueba se realiza correctamente, permite conocer las propiedades mecánicas fundamentales del acero que son de vital importancia en el diseño.
Utilizando sistemas estandarizados de ensayo, la prueba se puede convertir en un criterio de aceptación o rechazo de un producto después de establecer si el material posee determinadas propiedades mecánicas y tendrá un buen comportamiento durante el tiempo de servicio.
Para poder el acero cumplir con las necesidades de la sección tiene que satisfacer unos requisitos de diseño, específicamente con la norma técnica colombiana NTC 2289.
Para este ensayo de tensión utilizamos varillas de ½”, 3/4”, ½” 11 de diámetro, para las cuales obtuvimos datos específicos como longitud, diámetro, espesor; con lo cual mediante la maquina universal se pudo hallar sus respectivas fuerzas, deformaciones, y así a partir de los datos obtenidos poder realizar cálculos y determinar sus esfuerzos y graficas concernientes.
OBJETIVOS
OBEJETIVO GENERAL
Analizar el comportamiento de diversos materiales metálicos al ser sometidos a un esfuerzo de tensión.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Comprobar los datos obtenidos en el laboratorio con los datos establecidos por la Norma Técnica Colombiana 2289.
Entender el significado de los resultados y comprender el comportamiento del material en la prueba de tensión.
Afianzar valores típicos de la resistencia en algunos materiales sometidos a esta prueba.
Interpretar correctamente los datos obtenidos en el diagrama de esfuerzo - deformación.
MATERIALES
Maquina de prueba universal Varillas de acero Pie de rey Metro Balanza Deformímetro
MARCO TEORICO
El acero de refuerzo es un importante material para la industria de la construcción utilizado para el refuerzo de estructuras y demás obras que requieran de este elemento, de conformidad con los diseños y detalles mostrados en los planos y especificaciones. Por su importancia en las edificaciones, debe estar comprobada y estudiada su calidad. Los productos de acero de refuerzo deben cumplir con ciertas normas que exigen sea verificada su resistencia, ductilidad, dimensiones, y límites físicos o químicos de la materia prima utilizada en su fabricación.
ENSAYO DE TENSION DEL ACERO
El ensayo de tensión de un material consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente.
En un ensayo de tensión pueden determinarse diversas características de los materiales elásticos:
Módulo de elasticidad o Módulo de Young, que cuantifica la proporcionalidad anterior.
Coeficiente de Posición, que cuantifica la razón entre el alargamiento longitudinal y el acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de la fuerza.
Límite de proporcionalidad: valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada.
Límite de fluencia o límite elástico aparente: valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada.
Límite elástico (límite elástico convencional o práctico): valor de la tensión a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado.
Carga de rotura o resistencia a tracción: carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicial de la probeta.
Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento.
Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de la rotura.
1. Deformación elástica2. Punto de fluencia.3. Deformación plástica.4. Estricción.
FRACTURAS EN EL ACERO
FRACTURA:
Es la separación de un sólido bajo tensión en dos o más piezas. En general, la fractura metálica puede clasificarse en dúctil y frágil. La fractura dúctil ocurre después de una intensa deformación plástica y se caracteriza por una lenta propagación de la grieta. La fractura frágil se produce a lo largo de planos cristalográficos llamados planos de fractura y tiene una rápida propagación de la grieta.
FRACTURA DÚCTIL
Esta fractura ocurre bajo una intensa deformación plástica.
La fractura dúctil comienza con la formación de un cuello y la formación de cavidades dentro de la zona de estrangulamiento. Luego las cavidades se fusionan en una grieta en el centro de la muestra y se propaga hacia la superficie en dirección perpendicular a la tensión aplicada. Cuando se acerca a la superficie, la grieta cambia su dirección a 45° con respecto al eje de tensión y resulta una fractura de cono y embudo.
FRACTURA PLANA:
La producción de la rotura a lo largo de la superficie cónica tiene su origen en el hecho que a medida que el vértice de la fisura plana en forma de disco se acerca a la superficie de la barra, se pierde triaxialidad de tensiones porque la tensión normal a la superficie libre es nula. Por lo tanto, la constricción plástica disminuye y consecuentemente las tensiones de corte a 45º del eje se tornan preponderantes, lo que conduce a la rotura plástica a lo largo de tales planos. Si el material es frágil, o mediante una entalla superficial se induce un estado de triaxialidad superficial, tiende a suprimirse la zona cónica y se obtiene entonces una fractura plana como puede verse en la Fig. (b).
FALLA DE COPA Y CONO
La fotografía de la figura muestra una falla dúctil (copa y cono) de una barra de acero micro aleado del mismo diámetro. En la superficie se puede apreciar el inicio de la fractura (I) en el centro de la muestra y el labio de corte en la periferia (L).
Falla de barra de acero micro aleado
FALLAS DE FATIGA POR FLEXIÓN
La Figura 6 (con la Figura 7 interpuesta) es un ejemplo de fallas de fatiga por doblez. Las fallas de fatiga por flexión pueden ser identificadas por una superficie de fractura a un ángulo, que se encontrará a cierto ángulo que no sea a 90° del eje del cuerpo de varilla. El ejemplo a la izquierda ilustra una fractura provocada pro una flexión de radio largo o arco gradual en el cuerpo de la varilla (el ejemplo a la izquierda en el Figura 7). La superficie de la fractura tiene un aspecto normal pero cuenta con un ángulo ligero cuando se compara con el eje del cuerpo de la varilla. El ejemplo del medio es un doblez de radio corto (ejemplo a la derecha en la Figura 7). La superficie de la fractura está a un ángulo mayor del eje del cuerpo de la varilla con una parte pequeña de fatiga y una parte grande de desgarramiento por tensión.
DATOS
VERIFICACION NTC 2289
NUMERO Peso nominal
diámetro perímetro Promedio máx.
espaciamiento
Promedio min. de altura
Ancho de vena
4 0.994 Kg/m
12.7 mm 39.9 mm 8.9 mm 0.51 mm 4.9 mm
6 2.235 kg/m
19.1 mm 59.8 mm 13.3 mm 0.97 mm 7.3 mm
La resistencia a la tensión mínima: 550 MPa
Punto de fluencia mínimo: 420 MPa
Punto de fluencia máximo: 540 MPa
Porcentaje de alargamiento mínimo: 14 mm
TEMPERATURA AMBIENTE 28.2°C
HUMEDAD RELATIVA 55.5 %
GRUPO 1: Ricardo Castilla
BARRA ACERO CORRUGADO ¾ in
LONGITUD: 59.5 cm
DIAMETRO MEDIDO: 2.12 cm
ESPACIAMIENTO DE LOS RESALTES: 2.31 cm
ESPESOR DEL RESALTE: 2.9 mm
PROFUNDIDAD DEL RESALTE: 1.41 mm
PROFUNDIDAD DE VENA: 1.11 mm
ESPESOR DE VENA: 3.68 mm
PESO: 1290 g
ANGULO DE INCLINACION DE LOS RESALTES: 49.67°
DIAMETRO FINAL: 1.2 cm
LONGITUD FINAL: 67 cm
GRUPO 2: Lina Lobo
BARRA ACERO CORRUGADO ½ in
LONGITUD: 60.7 cm
DIAMETRO MEDIDO: 12.85 mm
ESPACIAMIENTO DE LOS RESALTES: 5.18 mm
ESPESOR DEL RESALTE: 1.91 mm
PROFUNDIDAD DEL RESALTE: 1.55 mm
PROFUNDIDAD DE VENA: 0.90 mm
PESO: 584 g
ANGULO DE INCLINACION DE LOS RESALTES: 45°
DIAMETRO FINAL: 1.03 cm
LONGITUD FINAL: 67.8 cm
GRUPO 3: Carlos Torrado
BARRA ACERO CORRUGADO ¾ in
LONGITUD: 60 cm
DIAMETRO MEDIDO: 2.14 cm
ESPACIAMIENTO DE LOS RESALTES: 1.9 cm
ESPESOR DEL RESALTE: 2 mm
PROFUNDIDAD DEL RESALTE: 1.40 mm
PROFUNDIDAD DE VENA: 0.91 mm
PESO: 1344 g
ANGULO DE INCLINACION DE LOS RESALTES: 37°
DIAMETRO FINAL: 1.2 cm
LONGITUD FINAL: 67 cm
GRUPO 4: Robinson Pérez
BARRA ACERO CORRUGADO ½ in
LONGITUD: 63.3 cm
DIAMETRO MEDIDO: 1.21 cm
ESPACIAMIENTO DE LOS RESALTES: 0.49 cm
ESPESOR DEL RESALTE: 0.29 mm
PROFUNDIDAD DE VENA: 0.97 mm
PESO: 461 g
DIAMETRO FINAL: 0.79 cm
LONGITUD FINAL: 70.5 cm
COBRE
LONGITUD= 58.7cm
DIAMETRO INICIAL= 12.5 mm
DIAMETRO FINAL= 8.9 mm
PESO: 619 g
Distancia del comparador de caratula: 200mm
CALCULOS
GRUPO 1: Ricardo Castilla
ESTRICCION:
ΔA= Af−AiAi
∗100 %
ΔA=1.37 cm2−3.53cm2
3.53cm2 ∗100 %
ΔA=61.19 %
ELONGACION:
Δϭ = Lf−LoLo
*100 %
Δϭ = 27cm−20cm
20cm*100 %
Δϭ = 35 %
Peso nominal real: 2.235 Kg/m según NTC 2289
Peso nominal experimental: 2.168 Kg/m
% ERROR =peso nominalreal−peso nominalexperimental
pesonominal∗100
%ERROR=2.9977%
GRUPO 2: Lina Lobo
ESTRICCION:
ΔA= Af−AiAi
∗100 %
ΔA=83.32mm2−129.69mm2
129.69mm2 ∗100 %
ΔA=35.75 %
ELONGACION:
Δϭ = Lf−LoLo
*100 %
Δϭ = 27.10cm−20cm
20cm*100 %
Δϭ = 35.50%
Peso nominal real: 0.994 Kg/m según NTC 2289
Peso nominal experimental: 0.962 Kg/m
% ERROR =peso nominalreal−peso nominalexperimental
pesonominal∗100
%ERROR= 3.2193%
GRUPO 3: Carlos Torrado
ESTRICCION:
ΔA= Af−AiAi
∗100 %
ΔA=1.13cm2−3.60 cm2
3.60cm2 ∗100 %
ΔA=68.61 %
ELONGACION:
Δϭ = Lf−LoLo
*100 %
Δϭ = 27cm−20cm
20cm*100 %
Δϭ = 35 %
Peso nominal real: 2.235 Kg/m según NTC 2289
Peso nominal experimental: 2.24 Kg/m
% ERROR =peso nominalreal−peso nominalexperimental
pesonominal∗100
%ERROR= 0.2237%
GRUPO 4: Robinson Pérez
ESTRICCION:
ΔA= Af−AiAi
∗100 %
ΔA=49.02mm2−95.03mm2
95.03cm2 ∗100 %
ΔA=48.42 %
ELONGACION:
Δϭ = Lf−LoLo
*100 %
Δϭ = 27.2cm−20cm
20cm*100 %
Δϭ = 36 %
Peso nominal real: 0.994 Kg/m según NTC 2289
Peso nominal experimental: 0.728 Kg/m
% ERROR =peso nominalreal−peso nominalexperimental
pesonominal∗100
%ERROR= 26.7605%
COBRE
ESTRICCION:
ΔA= Af−AiAi
∗100 %
ΔA=62.21mm2−122.72mm2
122.72mm2 ∗100 %
ΔA=49.31 %
GRAFICAS
LINA LOBO
ACERO CORRUGADO ɸ= ½ in
1 69 1372052733414094775456136817498178859530
100000
200000
300000
400000
500000
600000
ESFUERZO vs DEFORMACION UNITARIA
ESFUERZO kpaDEFORMACION UNITARIA m/m
1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91
-100000
0
100000
200000
300000
400000
500000
f(x) = 4138.62799449149 x + 5000
ESFUERZOLinear (ESFUERZO)DEFORMACION UNITARIA
REGION ELASTICA
RICARDO CASTILLA
ACERO CORRUGADO ɸ= ¾ in
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109121133145157-50000
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
450000
ESFUERZO vs DEFORMACION UNITARIA
ESFUERZO kpaDEFORMACION UNITARIA m/m
1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105113121-50000
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000f(x) = 3356.41975406147 x + 0.002
ESFUERZO
Linear (ESFUERZO)
DEFORMACION UNITARIA
REGION ELASTICA
ROBINZON PEREZ
ACERO CORRUGADO ɸ= ½ in
1 69 1372052733414094775456136817498178859530
100000
200000
300000
400000
500000
600000
ESFUERZO vs DEFORMACION UNITARIA
ESFUERZO kpaDEFORMACION UNITARIA m/m
1 16 31 46 61 76 91 106 121 136 151 166 181 196 2110
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
f(x) = 1276.29847216007 x
ESFUERZOLinear (ESFUERZO)DEFORMACION UNITARIA
REGION ELASTICA
CARLOS TORRADO
ACERO CORRUGADO ɸ= ¾ in
1 67 1331992653313974635295956617277938590
100000
200000
300000
400000
500000
600000
ESFUERZO vs DEFORMACION UNITARIA
ESFUERZO kpaDEFORMACION UNITARIA m/m
1 12 23 34 45 56 67 78 89 1001111221331441551660
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
f(x) = 1561.45660863678 xESFUERZO
Linear (ESFUERZO)
DEFORMACION UNITARIA
REGION ELASTICA
CONCLUSIONES
Algunas de las probetas de acero no cumplen con las especificaciones requeridas por la norma técnica colombiana 2289, debido a posibles errores en su fabricación.
Observamos que la falla en una de las probetas ocurrió a un tercio medio de la longitud de la barra es decir en la distancia del comparador de caratula (200mm).
Todas las probetas tuvieron diferentes tipos de fallas las cuales fueron :
Acero corrugado ¾ in, tipo de falla copa y cono.
Acero corrugado ½ in. Esta fractura ocurre bajo una intensa deformación plástica: la grieta cambia su dirección a 45º con respecto al eje de tensión y resulta una fractura de cono y embudo.
Al realizar la grafica de esfuerzo vs deformación de una de las probetas de ¾ in nos damos cuenta que no se asemeja a la grafica estudiada en clase, por lo cual concluimos que la barra es de mala calidad y no es apta para la construcción.
El acero es un material altamente dúctil y resistente, ya que gracias a sus propiedades generan un trabajo más óptimo, catalogándolo así como uno de los materiales más importantes para la ingeniería.
Los datos negativos arrojados por la maquina son causa de la precarga de ésta por tal motivo se cambian a positivos para graficarlos.
Los diagramas de esfuerzo – deformación de los materiales varían en forma considerable, por lo que diferentes ensayos de tensión llevados a cabo por el mismo material pueden arrojar diferentes resultados.
Con el diagrama de esfuerzo- deformación se pueden dividir los materiales en dos categorías según sus características: materiales dúctiles y materiales frágiles.
En el ensayo se pudo determinar que el cobre es un material dúctil y se produjo una falla por Disminución de sección transversal.
ANEXOS
FALLA TIPO COPA Y CONO BARRA ¾ in GRUPO 1 RICARDO CASTILLA
BARRA ½ in GRUPO 2 LINA LOBO
Esta fractura ocurre bajo una intensa deformación plástica: la grieta cambia su dirección a 45º con respecto al eje de tensión y resulta una fractura de cono y embudo.
COBRE
FALLA DE COPA Y CONO
