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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERIA CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICA CARRERA DE INGENIERIA CIVIL

TEMA: HISTERESIS (CARGA Y DESCARGA) ACERO LAMINADO A36

ENSAYO N°6

NOMBRE: ALEXIS JAVIER LEON TAPIA PARALELO: SEGUNDO FECHA DE REALIZACION: 2015/18/06 FECHA DE ENTREGA: 2015/25/06 DIA Y HORA: JUEVES/09:00

INTRODUCCION:

LA HISTERESIS La histéresis es el fenómeno de inercia por lo cual un material ofrece resistencia a un cambio. Tiene una tendencia a conservar sus propiedades, por el cual un material presenta un estado de evolución que no depende solo de la causa que lo provoca, sino también de sus estados anteriores. Diferencia entre la energía de deformación necesaria para generar un esfuerzo determinado en un material y la energía elástica en dicho esfuerzo. Es la energía disipada como calor de un material en un ciclo de ensayo dinámico. Existen muchas normas que regulan los ensayos de varillas de refuerzo entre ellas ASTM A370, ASM A615, ASTM A996, BS4449 y EN 10002-1. Los ensayos mecánicos que marcan estos estándares pueden ser exigentes tanto para los operarios como para los equipos. Por tanto, cuando se realizan ensayos con grandes barras de refuerzo, se recomienda usar un único bastidor de pruebas en lugar de los espacios duales tradicionales. Para este ensayo hemos usado un modelo 294.3KN, que tiene una capacidad de 294.3KN (30000 Kg).

ACERO LAMINADO A36 El acero A36 es una aleación de acero al carbono de propósito general muy comúnmente usado en los Estados Unidos, aunque existen muchos otros aceros, superiores en resistencia, cuya demanda está creciendo rápidamente. El acero estructural A36 o acero estructural con carbono, es hasta hace poco tiempo, el acero estructural básico utilizado más comúnmente en construcciones de edificios y puentes.

El acero A36 es el más generalizado de los aceros laminados en caliente. Por lo general, está disponible en barra redonda, barra cuadrada, barra rectangular, así como perfiles de acero tales como vigas I, vigas H, ángulos, y canales. El proceso de laminado en caliente significa que la el procesamiento de superficie de este acero será algo difícil. Las aplicaciones comunes del acero estructural A36 es en la construcción, y es moldeado en perfiles y láminas, usadas en edificios e instalaciones industriales; cables para puentes colgantes, atirantados y concreto reforzado; varillas y mallas electrosoldada para el concreto reforzado; láminas plegadas usadas para techos y pisos.

OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL: 

Determinar la histéresis producida a una muestra de acero laminado A36, obteniéndose experimentalmente como dato sus valores de carga y deformación y mediante el análisis de diagrama correspondiente señalar dichas zonas e interpretar estos resultados calculando este tipo de energía.

OBJETIVOS ESPECIFICOS: 

Verificar el comportamiento del material en cada zona y comparar en cada una de ellas la histéresis obtenida.



Obtener sus diagramas e identificar cada una de sus partes.

MATERIALES Y EQUIPOS: MATERIALES:

Acero dúctil laminado A36

EQUIPOS:

Máquina Universal 30 Ton. Apreciación: ±1 Kg

Calibrador Apreciación: ± 0.05mm

Deformimetro Lineal Apreciación: ±1 ∙ 10−2 𝑚𝑚

Compas de porcentaje Apreciación: ±1%

PROCEDIMIENTO: 

Procedemos a medir las dimensiones iníciales de la probeta.



Colocamos la probeta en las mordazas correctamente, y luego se coloca el defomímetro sobre la probeta. Encendemos la máquina universal y elegida la escala a trabajar procedemos a someter a la probeta a las cargas requeridas.



Para la primera parte, leeremos en el dial, las cargas y en el defomímetro. Llegaremos a un punto (LF), donde procederemos a medir los incrementos de deformación y la carga respectiva, hasta cierta carga después descargamos

la

probeta

totalmente

y repetimos este

procedimiento tres veces 

Desmontamos la probeta y medimos sus nuevas longitudes.



Sujetamos la probeta nuevamente y repetimos los procesos anteriores sin descargar nuevamente solo llevándola hasta el punto de ruptura.



Escribimos todos los resultados en una tabla de valores.

TABLAS Y DATOS: CARGA

CARGA

DESCARGA

CARGA

N

DEFORMACION

P Kg

P N

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3060 3100 3100 3100 3000

0 1962 3924 5886 7848 9810 11772 13734 15696 17658 15696 13734 11772 9810 7848 5886 3924 1962 0 0 1962 3924 5886 7848 9810 11772 13734 15696 17658 19620 21582 23544 25506 27468 30018,6 30411 30411 30411 29430

AREA A 10˄-2 mm % mm*mm 0 83,32 0 83,32 1 83,32 1 83,32 2 83,32 4 83,32 6 83,32 9 83,32 10 83,32 12 83,32 11 83,32 9 83,32 7 83,32 5 83,32 3 83,32 1 83,32 0 83,32 0 83,32 0 83,32 0 83,32 0 83,32 2 83,32 4 83,32 6 83,32 8 83,32 10 83,32 12 83,32 14 83,32 16 83,32 18 83,32 20 83,32 23 83,32 25 83,32 27 83,32 50 83,32 100 83,32 150 83,32 200 83,32 220 83,32

ESFUERZO DEFORMACION ESP. σ ξ Mpa mm/mm 0 0 23,547768 0 47,095535 0,00005 70,643303 0,00005 94,191071 0,0001 117,73884 0,0002 141,28661 0,0003 0,00045 164,83437 188,38214 0,0005 211,92991 0,0006 188,38214 0,00055 164,83437 0,00045 141,28661 0,00035 117,73884 0,00025 94,191071 0,00015 70,643303 0,00005 47,095535 0 23,547768 0 0 0 0 0 23,547768 0 47,095535 0,0001 70,643303 0,0002 94,191071 0,0003 117,73884 0,0004 141,28661 0,0005 164,83437 0,0006 188,38214 0,0007 211,92991 0,0008 235,47768 0,0009 259,02544 0,001 282,57321 0,00115 306,12098 0,00125 329,66875 0,00135 360,28084 0,0025 364,9904 0,005 364,9904 0,0075 364,9904 0,01 353,21651 0,011

DESCARGA CARGA DESCARGA

1920 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3020 3060 3060 3140 3190 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600

18835,2 17658 15696 13734 11772 9810 7848 5886 3924 1962 0 0 1962 3924 5886 7848 9810 11772 13734 15696 17658 19620 21582 23544 25506 27468 29430 29626,2 30018,6 30018,6 30803,4 31293,9 29430 27468 25506 23544 21582 19620 17658 15696 13734 11772 9810 7848 5886

210 208 206 204 201 198 196 193 191 188 186 186 188 191 192 194 196 199 200 203 206 208 211 214 216 219 221 250 300 350 400 450 474 470 469 467 464 462 459 457 454 452 448 446 444

83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32

226,05857 211,92991 188,38214 164,83437 141,28661 117,73884 94,191071 70,643303 47,095535 23,547768 0 0 23,547768 47,095535 70,643303 94,191071 117,73884 141,28661 164,83437 188,38214 211,92991 235,47768 259,02544 282,57321 306,12098 329,66875 353,21651 355,57129 360,28084 360,28084 369,69995 375,58689 353,21651 329,66875 306,12098 282,57321 259,02544 235,47768 211,92991 188,38214 164,83437 141,28661 117,73884 94,191071 70,643303

0,0105 0,0104 0,0103 0,0102 0,01005 0,0099 0,0098 0,00965 0,00955 0,0094 0,0093 0,0093 0,0094 0,00955 0,0096 0,0097 0,0098 0,00995 0,01 0,01015 0,0103 0,0104 0,01055 0,0107 0,0108 0,01095 0,01105 0,0125 0,015 0,0175 0,02 0,0225 0,0237 0,0235 0,02345 0,02335 0,0232 0,0231 0,02295 0,02285 0,0227 0,0226 0,0224 0,0223 0,0222

CARGA HASTA LA FALLA

400 200 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 2400 2600 2800 3000 3210 3290 3420 3510 3570 3630 3690 3800 3990 4210 4340 4430 4460 4460 4370 4090 3100

3924 1962 0 0 1962 3924 5886 7848 9810 11772 13734 15696 23544 25506 27468 29430 31490,1 32274,9 33550,2 34433,1 35021,7 35610,3 36198,9 37278 39141,9 41300,1 42575,4 43458,3 43752,6 43752,6 42869,7 40122,9 30411

440 438 434 434 435 438 440 442 445 448 453 457 464 466 470 473 500 550 600 650 700 750 800 850 1200 1600 2000 2400 2800 3000 3200 3400 3600

6 8 10 12 14 15 16 17 18

83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32 83,32

47,095535 23,547768 0 0 23,547768 47,095535 70,643303 94,191071 117,73884 141,28661 164,83437 188,38214 282,57321 306,12098 329,66875 353,21651 377,94167 387,36078 402,66683 413,26332 420,32765 427,39198 434,45631 447,40759 469,77796 495,68051 510,98656 521,58305 525,11522 525,11522 514,51872 481,55185 364,9904

0,022 0,0219 0,0217 0,0217 0,02175 0,0219 0,022 0,0221 0,02225 0,0224 0,02265 0,02285 0,0232 0,0233 0,0235 0,02365 0,025 0,0275 0,03 0,0325 0,035 0,0375 0,04 0,0425 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18

P(N)

DIAGRAMA CARGA VS DEFORMACION

Pmax

ESCALA 1mm: 0.15 mm 1mm: 30 N

P(N)

PRIMERA ETAPA ZONA ELASTICA

1mm: 120 N

P(N)

SEGUNDA ETAPA 1mm: 20,38 N

HISTERESIS

P(N)

TERCERA ETAPA

1mm: 30,58 N

HISTERESIS

++CACULOS TIPICOS: AREA DE APLICACIÓN Diámetro 10.3 mm 𝐴 = 𝜋𝑟 2 𝐴 = 𝜋(5.15𝑚𝑚)2 𝐴 = 83.32 𝑚𝑚2

AREA FINAL Diámetro 6.6 mm 𝐴 = 𝜋𝑟 2 𝐴 = 𝜋(3.3𝑚𝑚)2 𝐴 = 34.21 𝑚𝑚2

ESFUERZO MAXIMO 𝑃𝑚𝑎𝑥 𝐴 43752.6 𝑁 = 83.32 𝑚𝑚2 = 525.097 𝑀𝑃𝑎

𝜎𝑚𝑎𝑥 = 𝜎𝑚𝑎𝑥 𝜎𝑚𝑎𝑥

ESFUERZO ÚLTIMO 𝑃𝑢𝑙𝑡𝑖𝑚𝑜 𝐴 30411𝑁 = 83.32 𝑚𝑚2 = 365 𝑀𝑃𝑎

𝜎𝑢𝑙𝑡𝑖𝑚𝑜 = 𝜎𝑢𝑙𝑡𝑖𝑚𝑜 𝜎𝑢𝑙𝑡𝑖𝑚𝑜

ELONGACION 𝑙𝑓 − 𝑙𝑜 ∙ 100 𝑙𝑜 36𝑚𝑚 𝑒= ∙ 100 200𝑚𝑚 𝑒 = 18% 𝑒=

ESTRICCION Ao − Af ∙ 100 Ao 83.32 − 34.21 e= ∙ 100 83.32 e = 58.94% e=

RESILIENCIA HIPERELASTICA SEGUNDA FASE 𝑃 ∙ 𝑃 ∙ ∆𝐸 2𝑃𝐸 29430𝑁 ∙ 29430𝑁 ∙ (0.12𝑚𝑚) = 2 ∙ 17658𝑁

𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 = 𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎

𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 = 2943𝑁 ∙ 𝑚𝑚

1 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜

1000𝑚𝑚

𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎= 2.943 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠 HISTERESIS SEGUNDA FASE 𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 = 414.80478 𝑁 ∙ 𝑚𝑚 1 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 1000𝑚𝑚

𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 = 414.80478𝑁 ∙ 𝑚𝑚 𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 = 0.4148 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠

ENERGIA TOTAL GASTADA EN EL PROCESO DE CARGA SEGUNDA FASE 𝑈 = 𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 + 𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 𝑈 = 2.943 𝐽 + 0.4148𝐽 𝑈 = 3.3578 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠

RESILIENCIA HIPERELASTICA TERCERA FASE 𝑃 ∙ 𝑃 ∙ ∆𝐸 2𝑃𝐸 29430𝑁 ∙ 29430𝑁 ∙ (0.12𝑚𝑚) = 2 ∙ 17658𝑁

𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 = 𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎

𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 = 2943𝑁 ∙ 𝑚𝑚

1 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜

1000𝑚𝑚

𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎= 2.943 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠 HISTERESIS TERCERA FASE 𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 = 608.41244 𝑁 ∙ 𝑚𝑚 𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 = 608.41244𝑁 ∙ 𝑚𝑚

1 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 1000𝑚𝑚

𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 = 0.6084 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠

ENERGIA TOTAL GASTADA EN EL PROCESO DE CARGA 𝑈 = 𝑈ℎ𝑖𝑝𝑒𝑟𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 + 𝐻𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠 𝑈 = 2.943 𝐽 + 0.6084𝐽 𝑈 = 3.5514 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠

TERCERA FASE

CONCLUSIONES:



El acero laminado A36 tiene un porcentaje de elongación mayor al 5% por lo que se convierte en un material dúctil, su esfuerzo máximo es de 525.097 Mpa y sufrió una considerable deformación de su área transversal así su estricción fue del 58.94%.



La resiliencia hiperelastica es la energía que libera el material si se lo descarga desde un punto cualquiera pasado la zona elástica, esta sumada con la histéresis nos da la energía total gastada en el proceso de carga. La energía total de la tercera fase fue claramente mayor 3.55 Joules que comparado a la energía necesaria para producir la falla o tenacidad es notablemente pequeña.



De acuerdo al grafico se observa que cuando se realiza la carga y descarga en la zona elástica este no sufre deformación permanente, y el material recupera toda su energía gastada en el proceso de carga razón por la cual no existe histéresis elástica. Esto sucede cuando el material pasa el límite elástico y sufre deformación permanente, de tal manera que pierde energía.



En el diagrama no se puede apreciar a simple vista la región donde se produce la histéresis sin embargo no deja de ser importante, si bien es cierto los diagramas representan una misma curva pero con el diagrama de carga vs deformación obtuvimos energía en Joules, mientras que con el diagrama esfuerzo unitario vs deformación especifica obtendríamos un módulo en Joules por metro cubico y sus magnitudes también son distintas.



En la primera fase el material no se deformo permanentemente pero en la segunda si lo hiso 1.36 mm de donde fue el punto inicial para la siguiente fase de carga y descarga también dejando una deformación permanente de 4.34 mm. Luego se realizó un proceso de carga hasta llegar a la falla donde su deformación última fue de 36mm. En los dos procesos pasados la zona elástica se lo descargo cuando llego a las 3000kg por esto la resiliencia hiperelastica fue la misma en los dos casos pero su histéresis diferente

RECOMENDACIONES: 

Se debe tratar de tomar las medidas de forma exacta y precisa para disminuir el error en la práctica por ser datos de laboratorio

BIBLIOGRAFIA: https://es.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%A9resis http://www.construmatica.com/construpedia/Hist%C3%A9resis http://www.instron.com.ar/wa/glossary/Elastic-Hysteresis.aspx

ANEXOS:

Probeta acero laminado A36 cuando llego a la falla

Probeta de acero divida en dos secciones luego del ensayo