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• Ulises Gutierrez Castañeda

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL TICOMAN INGENIERIA EN AERONAUTICA LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES INGENIERIA DE MATERIALES No. 2 “Ensayo de Compresión en Material Ductil” Profesor Laboratorio: David Anaya Gallegos. Profesor Teoría: Sauce Rangel Víctor Manuel. Grupo: 3AM2 Turno: Matutino. Integrantes Equipo:  González Aldaraca Adolfo Alan.  Gutiérrez Castañeda Ulises.  Molina Ruiz Francisco Xavier.  Roldan Betancourt Jorge Diego. Fecha de Elaboración Práctica: 06/MARZO/2013 Fecha de Elaboración Entrega: 21/MARZO/2013 Calificación:

Materiales, Herramienta Y Equipo Utilizado

    

Probeta de aluminio cilíndrica (6061-T6) de ½” O X 1” de longitud (figura 1.1). Calibrador vernier (figura 1.2). Prensa servomecánica “SHIMADZU” modelo AG-1 (figura 1.3). Arco con segueta (figura 1.4). Torno en paralelo “GEMA” (figura 1.5).

Figura 1.1 “Probeta de aluminio (6061-T6)”

Figura 1.4 “Calibrador vernier”

Figura 1.4 “Arco con segueta”

Figura 1.3 “Prensa servomecánica SHIMADZU”

Figura 1.5 “Torno en paralelo GEMA”

Condiciones Ambientales Inicial:

Final:

Objetivo

Una vez estudiados los conceptos básicos de esfuerzo y deformación unitaria, se mostrará como los esfuerzos pueden relacionarse con las deformaciones unitarias usando métodos experimentales para determinar el diagrama esfuerzo-deformación unitaria de un material específico. Se estudiará el comportamiento descrito para los materiales usados comúnmente en ingeniería. Asimismo, se examinará también las propiedades mecánicas.

CONSIDERACIONES TEÓRICAS

Observaciones generales Existen varias limitaciones especiales del ensayo de compresión a las cuales se debe dirigir la atención: 1. 2.

La dificultad de aplicar una carga verdaderamente concéntrica o axial. El carácter relativamente inestable de este tipo de carga en contraste con la carga tensíva. Existe siempre una tendencia al establecimiento de esfuerzos flexionantes y a que el efecto de las irregularidades de alineación accidentales dentro de la probeta se acentúa a medida que la carga prosigue.

3.

La fricción entre los puentes de la máquina de ensaye o las placas de apoyo y las superficies de los extremos de la probeta debido a la expansión lateral de ésta. Esto puede alterar considerablemente los resultados que se obtendrían si tal condición de ensayo no estuviera presente.

4.

Las áreas seccionales relativamente mayores de la probeta para ensayo de compresión para obtener un grado apropiado de estabilidad de la pieza. Esto se traduce en la necesidad de una máquina de ensaye de capacidad relativamente grande o probetas tan pequeñas y, por lo tanto, tan cortas que resulta difícil obtener de ellas mediciones de deformación de precisión adecuada. En ingeniería, el ensayo de compresión es un ensayo técnico para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión. En la mayoría de los casos se realiza con hormigones y metales (sobre todo aceros), aunque puede realizarse sobre cualquier material. Se realiza preparando probetas normalizadas que se someten a compresión en una máquina universal. El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen o un acortamiento en determinada dirección. En general, cuando se somete un material a un conjunto de fuerzas se produce tanto flexión, como cizallamiento o torsión, todos estos esfuerzos conllevan la aparición de tensiones tanto de tracción como de compresión. En un prisma mecánico el esfuerzo de compresión puede caracterizarse más simplemente como la fuerza que actúa sobre el material de dicho prisma, a través de una sección transversal al eje baricéntrico, lo que tiene el efecto de acortar la pieza en la dirección de eje baricéntrico. La dificultad de aplicar una carga verdaderamente concéntrica o axial. El carácter relativamente inestable de este tipo de carga en contraste con la carga tensada. Existe siempre una tendencia al establecimiento de esfuerzos flexión antes y a que el efecto de las irregularidades de alineación accidentales dentro de la probeta se acentúa a medida de que la carga prosigue. La fricción entre los puestos de la máquina de ensayo o las placas de apoyo y las superficies de los extremos de las probetas debido a la expansión lateral de esta. Esto puede alterar considerablemente los resultados que se obtendrían si tal condición de ensayo no estuviera presente.

Las aéreas seccionales relativamente mayores de la probeta para ensayo de compresión para obtener un grado apropiado de estabilidad de la pieza. Esto se traduce en la necesidad de una máquina de ensayo de capacidad relativamente grande o probetas tan pequeñas y por lo tanto tan cortas que resultan difíciles de obtener de ellas mediciones de

deformaciones de precisión adecuada. Se supone que desean las características simples del material y no la acción de los miembros estructurales como columnas de modo de que la atención se limita aquí al bloque de compresión corto. Requerimientos para una probeta de compresión: Para el esfuerzo uniforme de la probeta de compresión, una sección circular es preferible a otras formas. Sin embrago, la selección cuadrada o rectangular se unan frecuentemente y para piezas manufacturadas, tales como el azulejo, ordinariamente no resulta posible cortar probetas que se ajustan a ninguna forma en particular. La selección de la relación entre la longitud y el diámetro de una probeta de compresión parece ser más o menos un compromiso entre varias condiciones indeseables. A medida que la longitud de la probeta se aumenta, se presentan una tendencia creciente a hacia la flexión de la pieza, con la siguiente distribución no uniforme del esfuerzo sobre una sección recta. Se sugiere una relación entre altura y diámetro de 1 como límite superior practico. A medida que la longitud de la probeta disminuye, el efecto de la restricción friccional en los extremos se toma sumamente importante; así mismo para la longitudes menores de aproximadamente 1.5 veces el diámetro, los planos diagonales a lo largo de los cuales la falla se verificaría en un probeta más larga intercepta la base, con el resultado de que la resistencia aparente se aumenta. Comúnmente se aplica una relación entre longitud y diámetro de 2 o más, aunque la relación entre altura y diámetro varié para materiales diferentes. Los extremos a los cuales se aplica la carga deben ser planos y perpendiculares l eje de la probeta o de hecho, convertidos así mediante el uso de cabeceo y dispositivo de montaje.

La resistencia de un material depende de su capacidad para soportar una carga sin deformación excesiva o falla. Aunque con esta prueba puede determinarse muchas propiedades mecánicas importantes de un material, se utilizan principalmente para determinar la relación entre el esfuerzo normal promedio y la deformación normal unitaria en muchos materiales utilizados en ingeniería, sean de metal, cerámica, polímeros o compuestos.. Las ecuaciones 1 y 2 se utilizan para calcular el esfuerzo de compresión y la deformación, respectivamente. Por convención, una fuerza de compresión se considera negativa y, por tanto, produce un esfuerzo negativo.

Nótese que es mayor que , por lo que las deformaciones de compresión calculadas a partir de la ecuación 2 son negativas.

El ensayo se realiza sobre una probeta del material, normalmente de forma cilíndrica, en una máquina universal de ensayos, obteniéndose una curva de tensión aplicada frente a deformación relativa producida, al igual que en el ensayo de tracción, como se muestra en la figura. Por convenio, las tensiones y deformaciones en compresión se consideran negativas, de ahí la posición del gráfico en el tercer cuadrante.

A partir de la curva citada se pueden definir tres puntos característicos principales: 

Y: Límite de fluencia: punto a partir del cual se producen deformaciones plásticas permanentes



U: Límite de resistencia última o límite de rotura: punto en el que se alcanza la tensión máxima de compresión



F: Punto de fractura: punto en el que se produce la rotura de la probeta.

A medida que la longitud de la probeta disminuye el efecto de fricción entre los apoyos y la máquina se vuelve más significativo. El método de ensayar muestras de suelo cohesivo en compresión simple, ha sido aceptado ampliamente, como un medio para determinar rápidamente la cohesión de un suelo. En este ensayo, las muestras se prueban hasta que la carga en dicha muestra comience a decrecer o hasta que por lo menos se haya desarrollado una deformación unitaria del 20%. Básicamente, el ensayo consiste en colocar una muestra de longitud adecuada (L = 2 – 3 φ), entre dos placas (aparatos para transferir la carga al suelo), con piedras porosas insertadas. Se aplica una carga axial y a medida que la muestra se deforma crecientemente, se obtienen cargas correspondientes. Se registran las cargas de "falla" y deformación. Estos datos se utilizan para calcular las áreas corregidas y la resistencia a la compresión inconfinada.

Desarrollo de la práctica

 Paso 1: Se anotan las medidas correspondientes iníciales a la probeta a ensayar y se le hacen las marcas a la probeta para ver en el término del ensayo hasta que medida termino.

Fig 1.6 “Medición de la probeta”

Fig 1.7 “Datos a medir”

 Paso 2 : Nos familiarizamos con la máquina e instrumentos de ensayo y se colocan los aditamentos correspondientes para sujetar la probeta .Se procede a bajar la máquina para colocar la probeta en el lugar indicado, asegurando que este lo más centrada posible a la base

Fig 1.8 “Prensa servomecánica SHIMADZU y probeta alineada”

 Paso 3: Procedemos a bajar el plato superior ( Fig 1.9 y Fig 2.0) hasta que casi esté a punto de tocar la probeta .Nos cercioramos de que el extensómetro este correctamente colocado antes de comenzar el ensayo.

Fig 1.9 “Probeta alineada y plato superior bajando”

Fig 2.0 “Probeta alineada y plato superior en descenso”

 Paso 4: Cuando la maquina es puesta en marcha el indicador de carátula antes mencionado es puesto a cero y se procede a ir tomando los datos mostrados por la máquina

Fig 2.1 “Probeta alineada y plato superior más cerca de la probeta”

Fig 2.2 “Probeta alineada y plato superior al contacto con la probeta”

 Paso 6 Mientras la carga va en aumento veremos como la probeta se comprime poco a poco (Fig 2.3 y Fig 2.4) mientras a su vez en la pantalla de la maquina se va reflejando la gráfica correspondiente ( Fig 2.5) a la deformación que está recibiendo la probeta

Fig 2.3 “Probeta alineada y carga aplicándose en aumento”

Fig 2.5 “Gráfica Esfuerzo-Deformación del ensayo en curso”

Fig 2.4 “Probeta alineada y carga aplicándose en aumento, se aprecia un poco la deformación.

 Paso 7: Conforme el tiempo y la carga aumentan la probeta terminara por comprimirse hasta que se llegue a la fuerza de predeterminada de 7851.81kgf y 10mm de deformación. Ya que se terminó el ensayo procedemos a tomar las nuevas medidas de la probeta, para realizar los cálculos necesarios

Fig 2.6 “Probeta comprimida y pandeada después del experimento”

Fig 2.7 “Probeta comprimida después del experimento con la cual se obtendrán las nuevas medidas”

Conclusiones

González Aldaraca Adolfo Alan Para conocer comportamiento de material bajo deformaciones permanentes grandes, cuando material presenta comportamiento frágil a tracción. Durante el ensayo noté que las deformaciones no son uniformes en toda la superficie de rotura. Dichas deformaciones se acumulan en os bordes como en la probeta, parecía tener una superficie lateral irregular. La resistencia del material a las cargas es inversamente proporcional a la intensidad y a la frecuencia de las deformaciones que experimenta. Hemos dicho que el aluminio es un material dúctil. Se puede observar en los resultados del ensayo que la probeta ha disminuido de longitud, pero a cambio, ha aumentado su diámetro sin romperse, por lo que se demuestra su ductilidad.

Gutiérrez Castañeda Ulises Una vez más trabajamos con la maquina universal para ensayos con una probeta de aluminio 6061 lamentablemente la edad o el estado de la probeta no era la adecuada ya que en el primer ensayo se desvió y no se comprimió como debería de ser, observando así la deficiencia del material de manera macroscópica., a pesar de esto; el ensayo cual arrojo resultados satisfactorios permitiéndonos conocer el comportamiento de una pieza sometida a un ensayo de compresión adecuado. De manera grupal logramos desarrollar una dinámica más ordenada y respetuosa la cual aporta facilidad para realizar el ensayo aunque cabe destacar que los participantes requieren de gran habilidad para manejar el equipo de manera adecuada, por esto el profesor fue el encargado de manipularla.

Roldan Betancourt Jorge Diego A través del ensayo realizado en el laboratorio se puede concluir que el aluminio presenta poca resistencia a la compresión, ya que en su estructura las partículas están aisladas y pueda ser mayor cuando este es sometido a cargas axiales. Gracias a esto se puede analizar que no todos los materiales presentan la misma resistencia, esto nos indica que si un material tiene gran resistencia a la compresión es posible que tenga una baja resistencia a la tensión y viceversa, es por esto que es de gran importancia conocer las características de cada uno de los materiales para evitar cualquier tipo de problemas que se puedan presentar debido a la falta de conocimiento del comportamiento de ellos.