4. RESULTADOS 109
4.1. FASE I: CONTAMINACIÓN 109
4.1.2. RESULTADO DE OTROS ENSAYOS DISTINTOS A LA MÁQUINA DE IMPACTOS 113
4.1.2.4. DETERMINACIÓN DE LOS MÓDULOS Y PROPIEDADES DE COMPRESIÓN EN LA DIRECCIÓN
CAPA INDIVIDUAL
Dada la esperable anisotropía de los módulos de elasticidad en la dirección del eje “Z” normal al tubo debida a la forma de realizarse la fabricación del mismo, se trató de obtener las mismas respecto a la compresión del tubo entero y de la capa de poliéster.
Para la determinación del módulo de elasticidad se ha empleado la máquina multiensayo antes mencionada, sin embargo dadas las altas cargas de rotura, la determinación de la misma tuvo que ser realizada o bien mediante la máquina de compresión de 200 toneladas marca SUZPECAR modelo CME 200/ SDC, cuyas principales características están recogidas en el Anejo 13, o en la máquina de compresión de 250 toneladas marca SDC modelo CMED-‐AR 400 cuyas principales características están recogidas en el Anejo 14.
En principio se ha descubierto una alta sensibilidad de las propiedades con el tamaño de la probeta empleada dada la curvatura de la misma debido a que en las probetas grandes se produce una pérdida de la curvatura con fractura de la capa de arena. Se puede ver con los siguientes resultados.
En la Fig. 92 se pueden ver los resultados carga (kN) -‐ desplazamiento (mm) de la probeta de tamaño pequeño en sentido normal “Z” de un tubo de sección completa considerada como representativa de la serie (Fig. 93).
grafico carga-desplazamiento 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 desplazamiento (mm) ca rga ( kg) Cinta de rovin
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4. Resultados Fase I
Fig. 92 Gráfico Carga-‐Desplazamiento de compresión en el eje Z de probeta tricapa.
Fig. 93 Imagen de la probeta con las tres capas para compresión según el eje Z
Las dimensiones de la probeta en sus extremos fueron:
§ Ancho 1 (mm): 48 – 50,87
§ Ancho 2 (mm): 47,48 – 46,34
§ Espesor (mm): 14,2
Con ello los valores obtenidos son:
§ Sección media de la probeta: 23,18 cm2
§ Dato obtenido para el módulo de elasticidad: 9955,2 kp/mm (97,6 kN/mm)
§ Máxima carga en rotura: 50903,28 kp (499,36 kN)
grafico carga-deformacion 0 2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500 20000 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 deformacion (mm) ca rga ( kg)
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Parte A: Análisis del Comportamiento de las Tuberías PRFV con capa de arena 4. Resultados Fase I
Por tanto, será:
§ Tensión de rotura σ =50903,28
23,18 =2196kp / cm
2 215,43MPa
(
)
§ Módulo de elasticidad E=99552⋅1,42
23,18 =6098,52kp / cm
2 598,21MPa
(
)
En la Fig. 94 se pueden ver los resultados carga (kN) -‐ desplazamiento (mm) de la probeta de tamaño grande (Fig. 95) en sentido normal “Z” de un tubo de sección completa considerada como representativa de la serie. El módulo de elasticidad se ha obtenido mediante mínimos cuadrados una vez reajustados los desplazamientos iniciales de la probeta al perder su curvatura (pero con fractura de la capa de arena como se ve en la Fig. 96).
Fig. 94 Gráfico Carga-‐Desplazamiento de compresión en el eje Z de probeta tricapa grande.
Fig. 95 Ensayo de compresión en el eje Z de tubería tricapa grande
gráfico carga-‐desplazamiento 0 5000 10000 15000 20000 117 117,5 118 118,5 119 Desplazamientos (mm) Ca rg a Kg ) Compresión probeta grande
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4. Resultados Fase I
Fig. 96 Imagen de la rotura de la capa de arena durante los ensayos debido a la curvatura de la probeta
Las dimensiones de la probeta en sus extremos fueron:
§ Ancho 1 (mm): 113,82 – 110,75
§ Ancho 2 (mm): 112,63 – 112,09
§ Espesor (mm): 14,2
Con ello los valores obtenidos son:
§ Sección media de la probeta: 126,13 cm2
§ Dato obtenido para el módulo de elasticidad: 9312,6 kp/mm (91,3 kN/mm)
Por tanto, el módulo de elasticidad de compresión según el eje Z será:
E=9312,6⋅14,31
126,13 =1055,0kp / cm
2
=103,5MPa
Como vemos existe una fuerte reducción del módulo de Young al aumentar el tamaño de la probeta pues se produce, al eliminar la curvatura, la aparición de una zona fisurada sin arena interior. Por tanto los datos son más fiables cuanto menor sea esta, lo que se consigue con las primeras probetas de tamaño reducido.
Sin embargo, en las probetas de poliéster no se aprecia esa variación con el tamaño de la probeta como se puede ver con los siguientes resultados en probeta grande.
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Parte A: Análisis del Comportamiento de las Tuberías PRFV con capa de arena 4. Resultados Fase I
En la Fig. 97 se pueden ver los resultados carga (kN) -‐ desplazamiento (mm) de la probeta de tamaño grande (Fig. 98) en sentido normal “Z” de la capa de poliéster interna39. El módulo de elasticidad se ha obtenido mediante mínimos cuadrados
una vez reajustados los desplazamientos iniciales de la probeta al perder su curvatura, obteniendo un valor de 10639 kp/mm (104,37 MPa).
Fig. 97 Gráfico Carga-‐Desplazamiento del ensayo de compresión en el eje Z de la capa de poliéster
Las dimensiones de la probeta fueron:
§ Sección media de la probeta: 120,61 cm2 § Espesor del inner layer: 0,46 cm
Por tanto, el módulo de elasticidad es:
E=106390⋅0,46
120,61 =405,76kp / cm
2
=39,805MPa
A pesar de no existir sensibilidad al tamaño de la probeta, si ha habido una debido al estado tensional previo al que se ve sometido el poliéster. Así veremos los datos de la misma probeta pero sometida a “recompresión” a continuación.
39 Obtenida del desprendimiento por golpe en la máquina de impactos
gráfico carga-desplazamiento 0 5000 10000 15000 20000 0 1 2 3 4 desplazamiento (mm) ca rga ( K g) Compresión capa poliéster
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4. Resultados Fase I
Fig. 98 Ensayo de compresión de la capa de poliéster en el eje Z
En la Fig. 99 se pueden ver los resultados de la recarga (kN) -‐ desplazamiento (mm) del segundo ciclo de carga de la misma probeta de tamaño grande en sentido normal “Z” de la capa de poliéster interna. El módulo de elasticidad se ha obtenido mediante mínimos cuadrados una vez reajustados los desplazamientos iniciales de la probeta al perder su curvatura, obteniendo un valor de 11562 kp/mm (113,42kN/mm).
Fig. 99 Gráfico Carga-‐Desplazamiento del ensayo de compresión en el eje Z de la capa de poliéster en el segundo ciclo de carga
gráfico carga desplazamiento
0 5000 10000 15000 20000 25000 127 127,5 128 128,5 129 Desplazamiento (mm) Ca rg a (K g) Recarga compresión poliéster
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Parte A: Análisis del Comportamiento de las Tuberías PRFV con capa de arena 4. Resultados Fase I
Las dimensiones de la probeta en fueron:
§ Sección media de la probeta: 120,61 cm2 § Espesor del inner layer: 0,46 cm
Por tanto, el módulo de elasticidad a compresión de la capa de poliéster en el segundo ciclo de carga es:
E=11562⋅0,46
120,61 =440,96kp / cm
2
=43,26MPa
Como vemos en la recarga se aumenta el módulo en casi un diez por ciento, por lo que el módulo del poliéster está muy condicionado con las tensiones a las que ha estado sometido.
Esto puede explicar el bajo módulo del poliéster en probetas grandes, sin coacción alguna, que no tiene sentido en las probetas de tipo pequeño, pues estarían sometidas a las tensiones impuestas por las otras capas de la propia probeta, (compresión en el eje normal en la capa externa y tracciones en la interna), que como decimos dan datos más fiables.
Por todo ello hemos optado en el cálculo de las compresiones de las probetas pequeñas, suponer el módulo de la arena como la media de los calculados anteriormente en los ejes “X” e “Y”, y con ello calcular el correspondiente en las capas de poliéster.
Por otro lado visto el comportamiento isótropo del poliéster en las probetas a compresión considerar el valor de este igual al que tendría en tracción y con ello calcular el módulo a tracción de la arena.
Para el cálculo del módulo de elasticidad del tubo considerando los módulos y espesores de cada una de las capas de una estructura laminar en serie con las siguientes medidas:
§ Outer layer: 0,43 cm
§ Sand filled layer: 0,59 cm
§ Inner layer: 0,40 cm
Tendremos para el módulo de compresión del poliéster:
Módulo medio de la arena: (16712+11553)/2= 14132,5 kp/cm2 (1386,4 MPa)
Página 135 4. Resultados Fase I σ =Eε=EΔl l ⇒ Δl= σl E =σ li Ei ⇒ l E= li Ei = 1,42 6098,52= 0,83 E + 0,59 14132,5⇒
∑
∑
E= 4306,83 kp/cm2 (422,5 MPa)Para el módulo de tracción de la arena:
σ =Eε=EΔl l ⇒ Δl= σl E =σ li Ei ⇒ l E= li Ei = 1,42 428,81= 0,83 405,76+ 0,59 E ⇒
∑
∑
E= 466,05 kp/cm2 (45,72 MPa)4.1.2.5. CORROBORACIÓN DE LAS HIPÓTESIS DE APOYO DE LA