INFORME DE LABORATORIORESISTENCIA DE MATERIALES

PRESENTADO A:ING. HCTOR ALFONSO PINZN LPEZ

PRESENTADO POR:KEVIN MANUEL RUNZA LOMBANA (CD.20121079008)

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOS DE CALDASFACULTAD TECNOLGICA29 DE MAYO DE 2014 BOGOT D.C.ContenidoEnsayo de tensin a varillas de acero lisa y corrugada3

Ensayo de Tensin a Varillas de Acero Lisa y Corrugada

Objetivos Determinar el esfuerzo normal promedio y la deformacin normal unitaria, a partir de una carga axial y un alargamiento conocidos. Construir la grfica de esfuerzo Vs deformacin. Identificar en la grfica las zonas elstica, de fluencia, de endurecimiento por deformacin y de estriccin; y puntos importantes como el lmite elstico, esfuerzo de fluencia, esfuerzo ltimo y esfuerzo de fractura. Determinar algunas propiedades del material como su mdulo de elasticidad, rigidez, ductilidad y tenacidad. Calcular los porcentajes de alargamiento y de reduccin de rea.

Marco terico Deformacin normal bajo carga axialConsidere una varilla , de longitud y con rea uniforme de seccin transversal que est suspendida en (figura 1.1). Si se aplica una carga al extremo , la varilla alargar (figura 1.1). Al graficar la magnitud de la carga contra la deformacin total , se obtiene un determinado diagrama de carga-deformacin (figura 1.2). Si bien este diagrama contiene informacin til para el anlisis de la varilla considerada, no puede emplearse para predecir la deformacin de una varilla del mismo material pero de diferentes dimensiones. De hecho, se observa que, si una deformacin se produce en la varilla por una carga , se requiere una carga para causar la misma deformacin en una varilla de la misma longitud , pero con un rea de seccin transversal (figura 1.3). Se nota que, en ambos casos, el valor del esfuerzo es el mismo . Por otra parte, una carga aplicada a la varilla , con la misma rea de seccin transversal , pero de longitud , produce una deformacin en dicha varilla (figura 1.4), es decir, una deformacin que es el doble de la producida en la varilla . No obstante, en ambos casos la razn de la deformacin por longitud de la varilla es la misma e igual a . Esta observacin nos lleva a introducir el concepto de deformacin unitaria: definimos la deformacin unitaria normal en una varilla bajo carga axial como la deformacin por unidad de longitud de dicha varilla.Figura 1.4Figura 1.2Figura 1.3Figura 1.1

(1.1) Elaborando la grfica de esfuerzo en contraste con la deformacin , se obtiene una curva que es caracterstica de las propiedades del material y no depende de las dimensiones de la muestra particular utilizada. Esta curva se denomina diagrama de esfuerzo-deformacin.[footnoteRef:1] [1: BEER, Ferdinand P. Mecnica de Materiales. Quinta edicin. Mxico: The McGraw-Hill, 2010. p. 48-49]

El diagrama de esfuerzo-deformacin unitariaEste diagrama es muy importante en la ingeniera ya que proporciona los medios para obtener datos sobre la resistencia a tensin (o a compresin) de un material sin considerar el tamao o forma geomtrica del material. Sin embargo, debe ser claro que nuca sern exactamente iguales dos diagramas de esfuerza-deformacin unitaria para un material particular, ya que los resultados dependen entre otras variables de la composicin del material, de imperfecciones microscpicas, de la manera en que est fabricado, de la velocidad de carga y de la temperatura durante la prueba.

Veremos ahora las caractersticas de la curva convencional esfuerzo deformacin unitaria de acero, material comnmente usado para la fabricacin de miembros estructurales y elementos mecnicos. En la figura 1.5 se muestra el diagrama caracterstico de esfuerzo-deformacin unitaria de una probeta de acero usando el mtodo antes descrito. En esta curva podemos identificar cuatro maneras diferentes en que el material se comporta, dependiendo de la cantidad de deformacin unitaria inducida en el material.Comportamiento elstico. Este comportamiento elstico ocurre cuando las deformaciones unitarias en el modelo estn dentro de la regin ligeramente sombreada que se muestra en la figura 1.5. Puede verse que la curva es en realidad una lnea recta a travs de toda esta regin, as que el esfuerzo es proporcional a la deformacin unitaria. En otras palabras, se dice que el material es linealmente elstico. El lmite superior del esfuerzo en esta relacin lineal se llama lmite elstico. El lmite superior del esfuerzo en esta relacin lineal se llama lmite de proporcionalidad, . Si el esfuerzo excede un poco el lmite de proporcionalidad, el material puede todava responder elsticamente; sin embargo, la curva tiende a aplanarse causando un incremento mayor de la deformacin unitaria con el correspondiente incremento del esfuerzo. Esto contina hasta que el esfuerzo llega al lmite elstico. Para determinar este punto en cualquier espcimen, debemos aplicar, y luego retirar, una carga creciente hasta que se detecte una deformacin permanente en el mismo. Sin embargo, en el acero rara vez se determina el lmite elstico, puesto que est muy cerca del lmite de proporcionalidad y, por tanto, su deteccin es bastante difcil.Figura 1.5

Fluencia. Un ligero aumento en el esfuerzo ms all del lmite elstico provocar un colapso del material y causar que se deforme permanentemente. Este comportamiento se llama fluencia, y est indicado por la regin ms oscura de la curva, figura 1.5. El esfuerzo que origina la fluencia se esfuerzo de fluencia o punto de fluencia , y la deformacin que ocurre se llama deformacin plstica.[footnoteRef:2] [2: HIBBELER, Russell C. Mecnica de Materiales. Sexta edicin. Mxico: PEARSON Educacin, 2006. p. 88]

Endurecimiento por deformacin. Cuando la fluencia ha terminado, puede aplicarse ms carga a la probeta, resultando una curva que se eleva continuamente pero se va aplanando hasta llegar a un esfuerzo mximo, llamado esfuerzo ltimo, . La elevacin de la curva de esta manera se llama endurecimiento por deformacin, y se identifica en la figura 1.5 como la regin ligeramente sombreada. A lo largo de la prueba, y mientras el espcimen se est alargando, el rea de su seccin transversal disminuir. Esta disminucin de rea es bastante uniforme en toda la longitud calibrada del espcimen, incluso hasta la deformacin unitaria que corresponde al esfuerzo ltimo.Estriccin. En el esfuerzo ltimo, el rea de la seccin transversal comienza a disminuir en una zona localizada de la probeta, en lugar de hacerlo en toda su longitud. Este fenmeno es causado por planos de deslizamiento que se forman dentro del material y las deformaciones producidas son causadas por esfuerzos cortantes.

Como resultado, tiende a desarrollarse un cuello en esta zona a medida que el espcimen se alarga cada vez ms, figura 1.6. Puesto que el rea de la seccin transversal en esta zona est decreciendo continuamente, el rea ms pequea puede soportar slo una carga siempre decreciente. De aqu que el diagrama de esfuerzo- deformacin unitaria tiende a curvarse hacia abajo hasta que la probeta se rompe en el punto del esfuerzo de fractura, , figura 1.6. Esta regin de la curva debida a la formacin del cuello est representada con color oscuro en la figura 1.5.[footnoteRef:3] [3: Ibd., p. 89] Figura 1.6

Comportamiento esfuerzo-deformacin unitaria de materiales dctiles y frgiles

Materiales dctiles. Todo material que pueda estar sometido a deformaciones unitarias grandes antes de su rotura se llama material dctil. El acero dulce es un ejemplo tpico. Estos materiales son capaces de absorber impactos o energa y, si sufren sobrecarga, exhibirn normalmente una deformacin grande antes de su falla.Una manera de especificar la ductilidad de un material es reportar su porcentaje de elongacin o el porcentaje de reduccin de rea (estriccin) en el momento de la fractura. El porcentaje de elongacin es la deformacin unitaria del espcimen en la fractura expresada en porcentaje. As, si la longitud original entre las marcas calibradas de una probeta es y su longitud durante la ruptura es , entonces(1.2)El porcentaje de reduccin de rea es otra manera de especificar la ductilidad. Est definida dentro de la regin de formacin del cuello como sigue: (1.3)Aqu es el rea de la seccin transversal original y es el rea en la fractura.[footnoteRef:4] [4: Ibd., p. 91]

Materiales frgiles. Los materiales que exhiben poca o ninguna fluencia antes de su torta se llaman materiales frgiles. Un ejemplo es el hierro colado o hierro gris. En estos materiales la fractura tiene lugar inicialmente en una imperfeccin o una grieta microscpica y luego se extiendo rpidamente a travs de la muestra, ocasionando una fractura completa. Como resultado de este tipo de falla, los materiales frgiles no tienen un esfuerzo de ruptura bajo tensin bien definido, puesto que la aparicin de grietas en una muestra es bastante aleatoria. En cambio suele reportase el esfuerzo de ruptura promedio de un grupo de pruebas observadas.[footnoteRef:5] [5: Ibd., p. 93]

Ley de Hooke, Mdulo de elasticidadLa mayor parte de las estructuras de ingeniera se disean para sufrir deformaciones relativamente pequeas, que involucran solo la parte recta del diagrama esfuerzo-deformacin correspondiente. Para esta porcin inicial del diagrama, el esfuerzo es directamente proporcional a la deformacin , y puede escribirse(1.4)Esta relacin se conoce como lay de Hooke, llamada as en honor del matemtico ingls Robert Hooke (1635-1703). El coeficiente se denomina mdulo de elasticidad del material involucrado o tambin, mdulo de Young, en honor del cientfico ingls Thomas Young (1773-1829). Como la deformacin es una cantidad adimensional, el mdulo se expresa en la mismas unidades que el esfuerzo .[footnoteRef:6] [6: BEER, op. cit, p. 56]

ProcedimientoInstrumentos y equipos utilizados Calibrador pie de rey Regla metlica Mquina universal de ensayos (Ref. UH 50-A Shimatzu) Varilla de acero lisa Varilla de acero corrugadaPaso a paso1. Se mede el dimetro inicial de la varilla con el calibrador, para determinar el rea inicial .2. Se hacen dos marcas de calibracin en la varilla, una a cada extremo, para determinar la longitud inicial , midiendo la distancia entre estas marcas con la regla.3. Se dispone la varilla en la mquina universal de ensayos, asegurando que la mordaza de la maquina sujete a la varilla justo en la marca de calibracin.4. Con la ayuda del laboratorista, se programa el software de la mquina universal de ensayos, para que se inicie de manera automtica y se registren los datos (carga y alargamiento) en formato digital.5. Despus de que falle la varilla, se juntan las partes de la misma y se toma la medida del dimetro en el cuello, para determinar el rea final .6. Con las partes juntas de la varilla, se mide la distancia entre las marcas de calibracin, para determinar la longitud final . 7. Se repite el mismo procedimiento para la otra varilla.Datos recolectados Varilla corrugadaDimetro inicialDimetro finalLongitud inicialLongitud final

11.5 mm8.0 mm200 mm244 mm

Varilla lisaDimetro inicialDimetro finalLongitud inicialLongitud final

10.5 mm6.5 mm200 mm265.5 mm

El laboratorista entrega, en formato digital (Excel), los datos de la carga y el alargamiento arrojados por la mquina universal de ensayos para cada varilla. Estos datos no se incluyen de manera explcita en este trabajo debido a su extensin, pues resulta engorroso plasmarlos en este documento.

Anlisis de resultadosrea inicial varilla corrugada

Se procede, en Excel, a dividir cada uno de los datos de la carga entre el rea inicial , para obtener el esfuerzo promedio aplicado en la varilla.Luego, se divide cada uno de los datos de alargamiento entre la longitud inicial , para obtener la deformacin unitaria de la varilla.