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• Eduardo Andres Correa Escobar

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Solicitaciones Mecánicas a los Materiales Ciencias de los Materiales Informe LIEMUN

Nombre: Mauricio Aguilera Fecha de Entrega: 31 de Mayo Profesora: Lili Lastra

Índice

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Introducción y objetivo ………………………………………………… .página 3

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Teoría…………………………………………………………………...…página 4

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Identificación de materiales utilizados………………………………....página 6

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Desarrollo de la experiencia…………………………………………….página 7

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Resultados ……………………………………………………………….página11

 Conclusión………………………………………………………………..página12

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Introducción La caracterización de mecánica de materiales requiere una amplia gama de técnicas experimentales para determinar el comportamiento de estos mismos bajo diversos tipos de solicitaciones y condiciones ambientales (temperatura, humedad, etcétera). El laboratorio de investigación y ensayo de materiales de la Universidad católica del Norte cuenta con el servicio de ensayos de laboratorio, lo cual a través de ensayos en laboratorio y en terreno se puede lograr caracterizar, evaluar y controlar la calidad de los materiales utilizados en la construcción e industria, tanto para fines de diseño, construcción e investigación.

Objetivo El objetivo del siguiente informe es dar a conocer los distintos tipos de solicitaciones en el hormigón y cuáles son los comportamientos mecánicos de este material. Como en el laboratorio de investigación y ensayo de materiales de la Universidad Católica del Norte se logro realizar experimentalmente solo el ensayo de compresión, solamente de este se darán a conocer los resultados de dicho ensayo, las otras solicitación solo se verán de una forma teórica.

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Teoría 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, aunque puede realizarse sobre cualquier material. Se realiza preparando probetas normalizadas que se someten a compresión en una maquina universal o en una prensa hidráulica.

Ensayo de tracción: 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. Las velocidades de deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas. Normalmente el límite de proporcionalidad no suele determinarse ya que carece de intereses para los cálculos.

Ensayo de flexión: se usa para determinar las propiedades de los materiales frágiles en tensión. Se puede usar un modulo de elasticidad y una resistencia a la flexión. El ensayo de flexión se basa en la aplicación de una fuerza al centro de una barra soportada en cada extremo, para determinar la resistencia del material hacia una carga estática o aplicada lentamente. Normalmente se usa para materiales frágiles.

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Ensayo de corte: la finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas o deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga.

Probeta: pieza sometida a diversos ensayos mecánicos para estudiar la resistencia de un material. Cizalladura: Es aquel efecto de tijera producido en un elemento sometido a dos fuerzas perpendiculares a su eje que tienden a cortarlo. Refrentado: Capa de material aplicado y moldeado que recubre una superficie de carga en una probeta de hormigón. Generalmente se hace de una mezcla compuesta por azufre con árido y tiene un espesor de 5 mm. Esfuerzo axial: es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones perpendiculares (normales) a la sección transversal de un prisma mecánico. Este tipo de solicitación formado por tensiones paralelas está directamente asociado a la tensión normal. Pie de metro: es un instrumento utilizado para medir dimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones de milímetros.

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Identificación de materiales utilizados Equipos:

Prensa hidráulica: mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por pistones de diferente área que, mediante pequeñas fuerzas, permite obtener otras mayores. Los pistones son llamados pistones de agua, ya que son hidráulicos. Estos hacen funcionar conjuntamente a las prensas hidráulicas por medio de motores. El rendimiento de la prensa hidráulica guarda similitudes con el de la palanca, pues se obtienen presiones mayores que las ejercidas pero se aminora la velocidad y la longitud de desplazamiento, en similar proporción.

Maquina universal: máquina semejante a una prensa con la que es posible someter materiales a ensayos de tracción y compresión para medir sus propiedades. La presión se logra mediante placas o mandíbulas accionadas por tornillos o un sistema hidráulico. Esta máquina es ampliamente utilizada en la caracterización de nuevos materiales. Cabe destacar que este equipo no se utilizo en la experiencia, solo es nombrado por la conexión que tiene con los otros tipos de ensayos. Pie de Metro: es un instrumento utilizado para medir dimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones de milímetros (1/10 de milímetro, 1/20 de milímetro, 1/50 de milímetro). En la escala de las pulgadas tiene divisiones equivalentes a 1/16 de pulgada, y, en su nonio, de 1/128 de pulgada.

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Materiales: 

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Cubo de hormigón: sus dimensiones son de 20 cm de largo, 20 cm de ancho y 20 cm de alto, esto debido a que esas son las medidas según las normas chilenas, también pueden ser utilizadas probetas 15 cm de largo ancho y alto. Cilindro de hormigón: sus dimensiones son 30cm de alto y 15 cm de diámetro.

Desarrollo de la experiencia Medición de probetas: En el caso de las probetas cubicas se deben colocar con la cara de llenado en alguno de sus lados laterales, luego se debe medir cada una de sus cuatro caras laterales aproximadamente a la mitad del cubo y las alturas de las caras laterales, también se debe pesar para determinar su masa, si se trata de probetas refrentadas, se debe hacer todo este procedimiento antes del Refrentado. En el caso de las probetas cilíndricas se deben medir dos diámetros perpendiculares entre sí, y medir su altura, también se debe pesar la probeta; todo esto se debe realizar antes del Refrentado.

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Ensayo: Limpiar las superficies de contacto de las placas dé carga y de la probeta y colocar la probeta en la máquina de ensayo alineada y centrada. Las probetas cúbicas se colocan con la cara de llenado verticalmente y las cilíndricas, asentadas en una de sus caras planas refrentadas. Acercar la placa superior de la máquina de ensayo y asentarla sobre la probeta de modo de obtener un apoyo lo más uniforme posible. Aplicar carga en forma continua y sin choques a velocidad uniforme cumpliendo las siguientes condiciones: . Alcanzar la rotura en un tiempo igual o superior a 100 segundos. . Velocidad de aplicación de carga no superior a 3,5 kgf/cm2/seg. Registrar la carga máxima (P) expresada en kg. Para que las probetas de hormigón puedan ser sometidas al ensayo de compresión tienen que tener 28 días de fraguado, ya que en ese tiempo alcanzan su mayor punto de resistencia.

 Grafico que representa la resistencia del hormigón según sus días de fraguado.

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Relaciones para conversión: probetas cubicas N mm

100

150

200

250

300

K

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

Relaciones para conversión: probetas cilíndricas N mm

100

150

200

250

300

K

0,98

1,00

1,03

1,05

1,09

Tipos de fallas: Los tipos de fallas por solicitaciones mecánicas, dependen principalmente de la magnitud de la carga, pero a su vez es influida por el modo de aplicación de esta, las condiciones de aplicación de carga se pueden clasificar como:     

Carga estática hasta el instante de rotura. Carga sostenida, en la cual la falla se produce por fluencia. Carga en un ambiente a temperaturas extremas. Cargas Repetidas (fatiga). Vibración, si la carga repetida esta cerca de la frecuencia natural.

Cónica: Se presenta cuando se logra una carga de compresión bien aplicada sobre un espécimen de prueba bien preparado.

Transversal: Se presenta comúnmente cuando las caras de aplicación de carga se encuentran en el límite de desviación tolerada especificada de 0,5°

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Columnar: Se presenta en especímenes que presentan una superficie de carga y deficiencia del material de refrentado; también por concavidad del plato de cabeceo o convexidad en una de las placas de carga.

Convexa: Se presenta en especímenes que presentan una cara de aplicación de carga Cóncava y por deficiencias del material de refrentado; también por concavidad de una de las placas de carga.

Cónica y dividida: Se presenta en especímenes que presentan una cara de aplicación de carga Convexa y deficiencias del material de refrentado o rugosidades del plato de refrentado.

Cónica y transversal: Se presenta cuando las caras de aplicación de carga del espécimen están ligeramente fuera de las tolerancias de paralelismo establecidas o por ligeras desviaciones en el centrado del espécimen con respecto al eje de carga de la máquina.

Se presenta cuando se producen concentraciones de esfuerzos en puntos sobresalientes de las caras de aplicación de carga y deficiencia del material de refrentado, por rugosidades en el plato en el que se realiza el refrentado o por deformación de la placa de carga.

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Ensayo compresión de cubo

Estos fueron los resultados de algunos de los ensayos de compresión realizados en el laboratorio de LIEMUN.

Medidas cubo: (151 x 150 x150) mm Sección de ensayo: 226,5 cm2 Peso: 8107 gr ≈ 8150 gr (8.15 Kg) Tiempo de rotura: 149 segundos Carga de Rotura: 821,4 KN (8214kgf)

Medidas cubo: (151 x 151 x152) mm Sección de ensayo: 229,5 cm2 Peso: 8200 gr ≈ 8200 gr (8.2 Kg) Tiempo de rotura: 140 segundos Carga de Rotura: 584,8 KN (5848 kgf)

Según las normas Chilenas cuando se es sometida una probeta que no sea de 200 mm, se debe hacer una conversión, en este caso como la probeta era de 150 mm la constante de conversión que se utilizara será de 0,95.

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Conclusión A través del ensayo de compresión que fue sometido el cubo, se puede llegar a la conclusión de que el hormigón reacciona y se comporta de buena forma cuando está siendo sometido a compresión, ya que el tiempo de rotura que tuvo este en el ensayo fue mucho más alto al tiempo de rotura mínimo según las normas chilenas. Si bien se sabe que este material es resistente a la compresión, no lo es de la misma manera cuando es sometido a ensayos de tracción, por ende al momento de utilizarlo en ámbitos constructivos se tiene que complementar con acero. En cuanto a la experiencia se pudo ver que el tipo de fallas que resultaron de cada ensayo no fue la óptima, ya que para que esto sea así, debe ocurrir la rotura cónica o también llamada como reloj de arena, esto pudo haber sucedido porque el fraguado de las probetas no fue el adecuado, ya que una probeta de hormigón alcanza su resistencia máxima a los 28 días, y las probetas que se utilizaron en cada ensayo solo constaban de aproximadamente 7 días de fraguado, lo cual equivale a un 70 % de resistencia máxima.

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