DETERMINACIÓN DE LOS MÓDULOS DE YOUNG Y RESISTENCIA A TRACCIÓN EN LA

4. RESULTADOS 109

4.1. FASE I: CONTAMINACIÓN 109

4.1.2. RESULTADO DE OTROS ENSAYOS DISTINTOS A LA MÁQUINA DE IMPACTOS 113

4.1.2.2. DETERMINACIÓN DE LOS MÓDULOS DE YOUNG Y RESISTENCIA A TRACCIÓN EN LA

RESISTENCIA A TRACCIÓN EN LA DIRECCION “Y”

LONGITUDINAL DE CADA CAPA INDIVIDUAL DEL TUBO

Como ya se ha comentado se trató de determinar las propiedades elásticas a tracción del tubo entero y de la capa de poliéster, dejando al cálculo con esos resultados, los valores correspondientes a la capa de arena.

Las probetas empleadas son similares a las del tipo A de la norma ISO 8513 y no se ha empleado la máquina multiensayo antes mencionada38_{sino la máquina de}

tracción con sistema de control y medida por ordenador marca SDC modelo MT-‐60 (Fig. 79), cuyas características técnicas se recogen el anejo número 12.

Fig. 79 Ensayo de módulo de Young a tracción en el eje “Y” de probeta con las tres capas

En la Fig. 80 se pueden ver los resultados, carga (kN) -‐ desplazamiento (mm) de del ensayo de tracción en sentido longitudinal “Y” de un tubo de sección completa considerada como representativa de la serie.

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Parte A: Análisis del Comportamiento de las Tuberías PRFV con capa de arena 4. Resultados Fase I

Fig. 80 Resultados Carga-‐ Deformación de la probeta de tubo completo en los ensayos de tracción en el eje Y

Este tipo de ensayos no ha planteado ningún problema en cuanto a la sujeción de las mordazas y las roturas han sido “limpias”.

Las dimensiones de la probeta en sus extremos y centro son:

§ Canto (mm): 13,35 – 13,79 – 13,85

§ Espesor (mm): 14,30 – 14,37 – 14,23

§ Longitud entre mordazas (mm): 165,58 Con ello, los valores obtenidos son:

§ Sección media de la probeta: 1,95 cm2

§ Dato obtenido para el módulo de elasticidad 1,45 kN/mm

§ Máxima carga en rotura: 5,79 kN

Por tanto, la tensión de rotura y módulo de elasticidad del conjunto de las tres capas en la dirección “Y” será:

σ =5,79 1,95 =3,026kN / cm 2 =308,73kp / cm2 E=14,5⋅16,558 1,95 =123,12kN / cm 2 =12563,63kp / cm2

En cuanto a los ensayos de tracción de la capa de resina en sentido longitudinal “Y” (Fig. 81), en la Fig. 82 se pueden ver los resultados carga (kN)-‐desplazamiento (mm) directamente obtenidos por el equipo registrador de la máquina.

grafico carga-desplazamiento 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 desplazamiento (mm) ca rga ( kN )

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4. Resultados Fase I

Este tipo de ensayos tampoco ha planteado ningún problema en cuanto a la sujeción de las mordazas y las roturas han vuelto a ser “limpias”.

Fig. 81 Ensayo de módulo de Young a tracción en el eje “Y” de probeta en la capa de poliéster

Fig. 82 Resultados Carga -‐ Deformación de la probeta de la capa de poliéster en los ensayos de tracción en el eje “Y”

grafico carga-desplazamiento 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 desplazamiento (mm) ca rga ( kN )

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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 sus extremos y centro son:

§ Canto (mm): 17,87 – 16,54 – 17,00

§ Espesor (mm): 4,77 – 4,33 – 4,25

§ Longitud entre mordazas (mm): 77

Con ello los valores obtenidos son:

§ Sección media de la probeta: 0,76 cm2

§ Dato obtenido para el módulo de elasticidad 0,93 kN/mm

§ Máxima carga en rotura: 1,46 kN

Por tanto, la tensión de rotura y el módulo de elasticidad de la capa de poliéster será: σ = 1,46 0,76=1,921kN / cm 2 =196,03kp / cm2 E=9,3⋅7,7 0,76 =94,22kN / cm 2 =9614,66kp / cm2

Con ello ya estamos en disposición de calcular el módulo de Young de la capa de arena para el tubo concreto analizado tiene por espesores:

§ Outer layer: 0,43 cm

§ Sand filled layer: 0,59 cm

§ Inner layer: 0,40 cm

Lo que hace un espesor total de 1,42 cm, y con la fórmula del módulo laminar en paralelo: E=

∑

EiSi S =12563,63= 9614,66⋅(0,4+0,43)+E⋅0,59 1,42 ⇒E=16712,18kp / cm 2 =1637,79MPa

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4. Resultados Fase I

4.1.2.3. DETERMINACIÓN DE LOS MÓDULOS DE YOUNG Y

RESISTENCIA A TRACCIÓN EN LA DIRECCION

CIRCUNFERENCIAL “X” DE CADA CAPA INDIVIDUAL DEL TUBO En este caso también se tratará de determinar las propiedades elásticas a tracción del tubo entero y de la capa de poliéster, dejando al cálculo con esos resultados los valores correspondientes a la capa de arena.

Igualmente las probetas empleadas son similares a las del tipo A de la norma ISO 8513 y se ha empleado de nuevo la máquina de tracción con sistema de control y medida por ordenador marca SDC modelo MT-‐60.

En la Fig. 83 se pueden ver los resultados carga (kN) -‐ desplazamiento (mm) del ensayo de tracción de la probeta en sentido circunferencial “X” de un tubo de sección completa considerada como más representativa de la serie (Fig. 84).

Fig. 83 Ensayo de módulo de Young a tracción en el eje “X” de probeta con las tres capas

Fig. 84 Ensayo de módulo de Young a tracción en el eje “X” de probeta con las tres capas

grafico carga-desplazamiento 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 0,0 5,0 10,0 15,0 desplazamiento (mm) ca rga ( kN )

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Parte A: Análisis del Comportamiento de las Tuberías PRFV con capa de arena 4. Resultados Fase I

Este tipo de ensayos han planteado serios problemas en cuanto a la sujeción de las mordazas. La sujeción se ha hecho en el plano que agarra a todas las capas individualmente puesto que en el otro sentido las capas de poliéster deslizaban sobre la de arena. No obstante, dentro de la propia mordaza se producían estos deslizamientos al tratar de girar la probeta al enderezarse y tiende a romper por esfuerzo cortante más que por tracción pura (Fig. 85).

Fig. 85 Fotografía de la mala rotura en esta tipología de ensayo

Los resultados en este sentido han sido decepcionantes. No obstante, para obtener algún dato válido para usar en los futuros modelos FEM se ha recurrido a tratar de calcular burdamente los datos de tracción, dado el plexo tensional de la probeta, a partir de los de cortante, como se verá a continuación.

Las dimensiones de la probeta en sus extremos y centro son:

§ Canto (mm): 13,19 – 13,00 – 12,41

§ Espesor (mm): 14,50 – 14,43 – 14,27

§ Longitud entre mordazas (mm): 118

Con ello los valores obtenidos son:

§ Sección media de la probeta: 1,85 cm2

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4. Resultados Fase I

§ Máxima carga en rotura: 14,69 kN (no considerado utilizable por romper a cortante)

§ Longitud de rotura en la probeta: 60 mm

Por tanto será:

§ Módulo elasticidad aparente:

! E =30,7⋅11,8 1,85 =195,81kN / cm 2 =19981,25kp / cm2

§ Módulo elasticidad corregido: E=E! 60 14,2=19981,25⋅ 60 14,2=84426kp / cm 2

En la Fig. 86 pueden ver los resultados carga (kN) -‐ desplazamiento (mm) del ensayo de tracción de la probeta en sentido circunferencial “X” de la capa de resina considerada como más representativa de la serie (Fig. 87).

Fig. 86 Ensayo de módulo de Young a tracción en el eje “X” de probeta con la capa de poliéster

grafico carga-desplazamiento 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 desplazamiento (mm) ca rga ( kN ) Eje X capa de poliéster

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Parte A: Análisis del Comportamiento de las Tuberías PRFV con capa de arena 4. Resultados Fase I

Fig. 87 Ensayo de módulo de Young a tracción en el eje “X” de la capa de poliéster

Este tipo de ensayos también ha planteado problemas, esta vez en cuanto a la forma de las roturas que han presentado unas microfisuras de la probeta en torno a las cintas de rovin tipo “E” (Fig. 88).

Fig. 88 Imagen de la probeta tras el ensayo de módulo de Young a tracción en el eje “X” de la capa de poliéster

Los resultados en este sentido han sido también decepcionantes. Igual que antes para obtener algún dato válido para usar en los futuros modelos FEM se ha recurrido a suponer que la carga se reparte exclusivamente en las fibras de rovin, y

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4. Resultados Fase I

una pequeña parte del poliéster adyacente, obteniéndose así el módulo de elasticidad del rovin y que el módulo de elasticidad del tubo es ese valor multiplicado por el porcentaje de participación del rovin en la sección total. Esto parece dar buenos resultados con los datos de la referencia [7] en el que para un 45% de rovin el módulo resultante es de 733333 kp/cm2_{(71866,34 MPa), similar}

al módulo de Young dado por los fabricantes de la cinta de rovin tipo “E” de 774489 kp/cm2_{(75977,37 MPa).}

Las dimensiones de la probeta en sus extremos y centro son:

§ Canto (mm): 14,38 – 14,54 – 15,40

§ Espesor (mm): 4,86– 5,46 – 4,40

§ Longitud entre mordazas (mm): 75

Con ello los valores obtenidos son:

§ Sección media de la probeta: 0,72 cm2 § Anchura media de la probeta: 1,48 cm

§ Dato obtenido para el módulo de elasticidad: 3,95 kN/mm

§ Máxima carga en rotura: 18,37 kN

§ Canto de la cinta de rovin: 0,2 cm

§ Espesor de la cinta de rovin: 0,06 cm

§ Paso de la hélice: 2,5 vueltas/cm

Por tanto será:

§ Tensión de rotura:

σ =18,37

0,75 =24,49kN / cm 2

=2499,32kp / cm2

§ Módulo elasticidad aparente:

! E = 39,5x7,5 0,06x2,5x2x1,48=6672,30kN / cm 2 =680846,65kp / cm2

§ Módulo elasticidad capa poliéster outer layer:

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Parte A: Análisis del Comportamiento de las Tuberías PRFV con capa de arena 4. Resultados Fase I

Con ello ya estamos en disposición de calcular el módulo de Young de la capa de arena para el tubo concreto analizado, que tiene por espesores:

§ Outer layer: 0,43 cm

§ Sand filled layer: 0,59 cm

§ Inner layer: 0,40 cm

§ Espesor total: 1,42 cm

Por lo que con la fórmula del módulo laminar en paralelo considerando un módulo de la capa de poliéster inner layer igual a la del eje “Y” calculado anteriormente en 9614,66 ya que hemos detectado falta de rovin en las muestras analizadas:

∑

EiSi S =84426,76= 272338,66⋅0,4+9614,66⋅0,43+E⋅0,59 1,42 ⇒ ⇒E=11552,93kp / cm2 =1133,34MPa

DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A TRACCIÓN EN LA DIRECCION “X” CIRCUNFERENCIAL DE LAS CINTAS DE ROVIN EXTRAIDO DE LOS TUBOS AVERIADOS

Como se puede entender con los resultados tan poco satisfactorios en la determinación de las propiedades elásticas a tracción del tubo entero y de la capa de poliéster en el sentido del eje “X” circunferencial, y con las hipótesis adicionales que se han hecho, era necesario realizar una serie de comprobaciones extras que justificaran los datos a emplear en los modelos FEM.

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4. Resultados Fase I

Dada la imposibilidad de las máquinas del laboratorio de poder ejecutar un test a la tubería fijado por la norma ASTM D 2290, que probablemente solventaría los problemas planteados por las mordazas y las probetas tipo A de la ISO 8513, dada la luz de 100 cm que tenían los tubos a ensayar que no cabían entre las columnas de la máquina multiensayo, se optó por tratar de averiguar las propiedades físicas de las cintas de rovin extraídas directamente de los tubos.

La labor de extracción resultó muy ardua en la obtención de tramos de cinta enteros (Fig. 89) y con dimensiones poco homogéneas.

La máquina empleada nuevamente fue la prensa multiensayo con registrador gráfico X Y Z marca SUZPECAR modelo MEM 101 SDC.

Con todo las muestras presentaban una tendencia a la rotura por cortante en lugar de por tracción pura (Fig. 90) que invalida cualquier tipo de resultado.

Fig. 90 Fotografía de ensayo de rovin en el que se aprecia la rotura por cortante y no por tracción pura

En la Fig. 91 se pueden ver los resultados carga (kN) -‐ desplazamiento (mm) directamente obtenidos por el equipo registrador de la máquina de ensayos de tracción una de las cintas de rovin, en la que se ve el “zigzaguear” de la curva según se van rompiendo las diversas fibras de la cinta.

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Parte A: Análisis del Comportamiento de las Tuberías PRFV con capa de arena 4. Resultados Fase I

Fig. 91 Gráfico Tensión-‐Deformación de los ensayos de tracción del rovin

4.1.2.4. DETERMINACIÓN DE LOS MÓDULOS Y PROPIEDADES DE

In document Análisis del comportamiento de las tuberías de poliéster reforzado con fibra de vidrio con capa de arena (página 153-164)