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• Erick Sangucho

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES INFORME N° 3 ACRITUD

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INTRODUCCIÓN

En el presente informe se muestra de una manera detallada los ensayos de tracción realizados a varillas corrugadas y a láminas de acero A36 a temperatura ambiente, con el objetivo de observar el comportamiento de los materiales metálicos y mencionar los cambios que sufre después de ser sometido a cargas externas de igual manera nos centraremos en evaluar las diferentes propiedades del material utilizado en cada una de las pruebas. El ensayo de tracción en materiales consiste básicamente en someter probetas de diferentes tipos de materiales a un esfuerzo axial progresivo hasta que este encuentre su punto de ruptura. Teniendo en cuenta que el esfuerzo es aplicado gradualmente hasta llegar a un punto máximo de ruptura, se detallara cada uno de los cambios que tenga la probeta antes de llegar al punto de ruptura. [1] Una de las finalidades es obtener el diagrama que representa Esfuerzo vs Deformación unitaria, el mismo que representa las deformaciones mecánicas de los materiales que fueron sometidos a ensayo. [1] La importancia de este ensayo radica en la relevancia que tiene el acero con respecto a otros materiales en las construcciones u obras civiles, estando presente en cada una de ellas, saber la resistencia, el grado, su ductilidad e incluso su comportamiento resulta de gran ayuda para el diseño de estructuras. El ingeniero civil debe tener total conocimiento acerca de los materiales que este usa siendo imprescindible para su excelente desempeño laboral. El ensayo será ejecutado en base a su norma correspondiente la misma que especifica cada uno de sus aspectos. La norma que rige el ensayo de tracción es la INEN 109. Los materiales ensayados es una varilla de acero de 14 mm de diámetro y una lámina de acero A36, teniendo en cuenta que cada una de las probetas empleadas en el ensayo se encuentran estandarizadas. Se mostrará la ejecución del ensayo da cada uno de los materiales como también los resultados que se obtengan los mismo que serán base de análisis e interpretación, los diagramas obtenidos se mostraran y analizaran para comprobar que el ensayo sea haya realizado correctamente, se mostraran los aspectos que consideremos más importantes en su desarrollo y a las conclusiones que hemos llegado al concluir con el ensayo. 1

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FOTOGRAFÍA

Fotografia 1.

Líneas a 45° en acero producidas en el rango de acritud del material.

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METODOLOGÍA

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES RESULTADOS Y ANÁLISIS

PLATINA Código

Deformación (ϵ)

Esfuerzo (σ)

LP1

0.00373134

20.661

EF1

0.01902985

20.322

LP2

0.231226865

530.065

EF2

0.23380597

537.178

EM

0.30873134

551.064

ROT

0.37641791

65.707

Tabla 1. Valores de esfuerzo vs deformación unitaria de platina. Fuente: Autores.

σ VS ϵ 600

500

EM

LP2 Ensayo 1 (9%) Ensayo 2

400

LP1 300

EF1

ESFUERZO

σ

MPa (MN/m²)

EF2

LP2

200

100

LP1 EF1

ROT

0 0

0,05

0,1

0,15

0,2

DEFORMACIÓN UNITARIA

0,25

0,3

0,35

0,4

ϵ (mm/mm)

Gráfica 1. Diagrama esfuerzo vs deformación unitaria de platina. Fuente: Autores. Los valores obtenidos de límite de proporcionalidad y esfuerzo de fluencia en el Ensayo 1 fueron obtenidos a través del programa de la máquina de esfuerzos, pero la revisar visualmente la Gráfica 1, los valores son menores a los reales, ya que aproximadamente a los 400 MPa de esfuerzo se puede observar una cedencia del material, por lo que los valores de LP 1 y EF1 deberían estar entre ese rango, pero para efectos de la práctica se utilizarán los valores obtenidos por computadora.

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES El material utilizado fue una platina de acero, que fue modificada en forma de probeta para poder visualizar de mejor manera la cedencia del material (Fotografía 1). El material fue ensayado dos veces, en el Ensayo 1 fue esforzado hasta un porcentaje de deformación de 21,85%, y después fue ensayada de nuevo hasta el punto de rotura. El área de cedencia del material es menor en el Ensayo 2 que en el Ensayo 1; y en el Ensayo 2, el límite de proporcionalidad y el esfuerzo de fluencia tienen valores semejantes, como se puede ver en Tabla 1, en donde los valores empiezan a variar a partir del tercer decimal, por lo que carece de cedencia. La región plástica es imperceptible comprometiendo al material a una deformación permanente. La estricción de tiene un área menor a la curva “Ensayo 1”. El ensayo realizado llevó al material hasta el punto de fractura con este podemos corroborar la otra característica indispensable del acero, la ductilidad la misma que nos indica que un material puede soportar grandes deformaciones sin fallar bajo esfuerzos de tensión altos, la cual se puede reafirmar mediante el análisis visual de la probeta ensayada debido a que al revisar la lámina se observa claramente una reducción considerable de la sección transversal y un alargamiento en el punto de falla (Fotografía 1.); teniendo en cuenta que el alargamiento presentado en un ensayo de tracción es índice de ductilidad, podemos deducir que el material ensayado no tenía gran presencia de impurezas debido que estas reducen la capacidad de alargamiento y por ello la ductilidad, además de que la cantidad de carbono presente en el acero no es excesiva, ya que el material presentó ductilidad ante esfuerzos. Dichas características se pueden apreciar en la Gráfica 1. [2] Una de las ideas principales del ensayo realizado es la demostración o visualización en el diagrama de esfuerzo vs deformación de la propiedad denominada acritud, la misma que adquieren los metales como consecuencia de la deformación en frio, dicha propiedad aumenta la resistencia a la ruptura por tracción y la dureza de los metales, disminuyendo el porcentaje de alargamiento. [3] VARILLA DE 14 mm. Código

Deformación (ϵ)

Esfuerzo (σ)

LP1

0.02431452

517.303

EF1

0.03697581

515.927

LP2

0.1

625.533

EF2

0.1008063

626.909

EM

0.17270558

660.387

ROT

0.201169298

621.406

Tabla 2. Valores de esfuerzo vs deformación unitaria de Varilla de 14 mm. Fuente: Autores.

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σ VS ϵ

ESFUERZO

σ

MPa (MN/m²)

700 LP2

EF2

600

EM ROT

LP1 EF1 Ensayo 1 (9%) Ensayo 2 LP1 EF1 LP2 EF2 EM ROT

500

400 300 200 100 0 0

0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22

DEFORMACIÓN UNITARIA

ϵ (mm/mm)

Gráfica 1. Diagrama esfuerzo vs deformación unitaria de varilla de 14 mm. Fuente: Autores. En el siguiente gráfico se observa los resultados obtenidos en el ensayo de ACRITUD de la varilla en donde el Ensayo 1 fue llevado hasta un porcentaje de deformación del 9% a un esfuerzo de 651 MPa, y luego la misma varilla fue llevada a un esfuerzo de rotura, dando dos gráficas. Para este análisis se tomará como curva principal la del “Ensayo 2”, en la que se observa que el límite proporcionalidad aumenta considerablemente con respecto al Ensayo 1 esto también se puede observar en que si el ángulo es mayor con respecto a la horizontal, mayor será el módulo elástico. También se puede notar en Tabla 2, que los valores de LP2 y EF2 son prácticamente iguales, por lo que en la práctica al llegar al límite de proporcionalidad se entrará directamente a un estado plástico, sin pasar por un área de fluencia apreciable como en el Ensayo 1, en donde hay un área de cedencia; y también pasa directamente a un esfuerzo máximo y por consiguiente a la rotura del material. El esfuerzo de límite de proporcionalidad aumenta aproximadamente 100 MPa en el Ensayo 2 con respecto al Ensayo 1, a cambio de una deformación unitaria menor y un área de cedencia casi inexistente. También el esfuerzo del ensayo 1 último obtenido es de 135 MPa más que su EF, mientras que en el Ensayo 2 solo hay 23 MPa de diferencia entre el EF y EM, por lo que una vez obtenida la acritud, el valor entre el esfuerzo de fluencia y el esfuerzo máximo disminuye, por lo que el material se vuelve menos dúctil, la cual es una propiedad de la acritud. [3]

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5.1 5.1.1

CONCLUSIONES Las fisuras en la varilla se pueden observar claramente cuando se expone a un 9% de deformación.

5.1.2

La resistencia de la varilla mejora considerablemente cuando ésta se descarga luego de la fluencia y se vuelve a cargar, a cambio de perder un área de esfuerzo por deformación en la gráfica.

5.1.3

Cuando se vuelve a cargar a la varilla luego de la fluencia la deformación unitaria disminuye considerablemente en la región elástica, y el área de cedencia se vuelve casi inexistente.

5.1.4

El esfuerzo máximo disminuye a cambio de que el valor de límite de proporcionalidad y esfuerzo de fluencia aumenten, por lo que en acritud, el material necesita un esfuerzo menor desde el esfuerzo de fluencia para que llegue al esfuerzo máximo con respecto a cargarlo de manera constante.

5.1.5

El material consigue valores mayores de esfuerzo antes de llegar al límite de proporcionalidad con una deformación unitaria menor, por lo que el material se vuelve ideal y estable para soportar cargas muertas que se encuentren dentro de este rango.

5.2

RECOMENDACIONES

5.2.1

No limar la probeta pues alteramos las propiedades físicas del material.

5.2.2

Para una mejor precisión se recomienda utilizar el extensómetro para calcular la deformación del material

5.2.3

Procurar que la colocación de la varilla sea la adecuada para evitar fallos en la ejecución del ensayo y que el programa no registre datos erróneos.

5.2.4

Realizar más de un ensayo de platina en caso de que la computadora arroje datos menores a los reales.

5.2.5

Emparejar de manera precisa las dos partes de la varilla en el punto de ruptura para poder realizar una medición lo más cercana a lo real de la deformación producida en el material.

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[1]

G. V. Clement, Estructuras de acero introducción al diseño, Bogotá: Universidad Nacional

de Colombia, 2006. [2]

C. Núñez, Comportamiento mecánico

de los materiales, Coruña: Universidad de

Barcelona, 2011. [3]

J. R. Montes, Procesos industriales, Madrid: Visión Net, 2006.

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