Universidad del Magdalena Facultad de Ingeniería
Resistencia de Materiales
Informe de laboratorio de atracción y compresión
Integrantes:
JONATHAN DAVID MUNIVE ROMERO – 2020115012 ROY ALBERTO AREVALO VALDELAMAR – 2020115025
RAUL FERNANDO PALENCIA PADILLA – 2020115201 PATRICIA YICETH PEÑA ZABALETA – 2020115206
DIEGO RAFAEL ARRIETA PALACIO – 2021215159
Grupo 3
23/03/2022
Informe de laboratorio de atracción y compresión
Ensayo de atracción en metal
Introducción
En el presente informe de laboratorio del curso de resistencia de materiales de la universidad del Magdalena corroborar los conocimientos adquiridos en clase, utilizando diferentes materiales (acero y concreto) los cuales son sometidos a pruebas que permiten por medio de los resultados generar conclusiones sobre el comportamiento real del mismo. Dichos resultados son las bases que permite realizar diferentes análisis y llegar a diversas conclusiones.
Objetivo general
Observar el comportamiento de los materiales metálicos y mencionar los cambios que sufren después de ser sometidos a carga externas.
Objetivo especifico
• Adquirir destrezas en el manejo de la maquinas especializadas en el ensayo de atracción.
• Practicar adecuadamente la utilización del extensómetro y el vernier.
• Evaluar las diferentes propiedades del material utilizado en cada prueba.
• Clasificar los diferentes tipos de facturas presentada en los materiales.
• Interpretar los resultados obtenidos para generar conclusiones
• Realizar comparaciones entre los materiales ensayados.
Fundamento teórico
El ensayo de atracción al metal consiste básicamente someter a probetas de acero fabricada en Colombia a un esfuerzo axial progresivo hasta que se encuentre su ruptura.
El esfuerzo es aplicado desde el punto cero, siendo aumentado gradualmente hasta llegar al punto máximo (ruptura), la probeta experimenta una elongación que genera una disminución de su diámetro, como también gracias al cambio de área transversal se genera un cambio de temperatura de esta a causa del trabajo que esta elabora para generar la deformación que se puede observar notalmente.
Materiales y equipos.
• Maquina universal
• Probeta metálica (acero) fabricada en Colombia
• Marcador de trazos finos
• Regla graduada
• Pie de rey
• Aditamento para ensayos de atracción del equipo
Procedimiento
• Se tomó las dimensiones de la probeta a ensayar (diámetro y longitud), los cuales fueron los siguientes:
• Se colocó la probeta en la maquina universal.
• Se comenzó a aplicar cargas progresivamente la probeta.
• Se tomaron los datos de las cargas., las cuales se muestran a continuación:
• Se retira la probeta de la maquina
• Se tomaron las dimensiones finales de la probeta (diámetro y longitud), se muestra a continuación:
Para los siguientes cálculos se ha de utilizar las fórmulas descritas a continuación:
✓ 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 → 𝐴0= 𝜋
4𝑑02
✓ 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 → 𝐴𝑢=𝜋
4𝑑𝑢2
✓ 𝐴𝑙𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 →
%𝐿 =𝐿𝑈−𝐿0
𝐿0 × 100%
✓ 𝐴𝑙𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 →
%𝐴 =𝐴0−𝐴𝑈
𝐴0 × 100%
✓ 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 → 𝜎 =𝑃
𝐴
Tabla 1. Datos iniciales de la probeta Material Aluminio
𝐿0 (𝒎𝒎) 30 𝑚𝑚 𝑑0 (𝒎𝒎) 15,8 𝑚𝑚 𝐴0 (𝒎𝒎𝟐) 196,06 𝑚𝑚2
Datos obtenidos en el extensómetro
Material Fuerza de fluencia KN
Fuerza Máxima KN
Fuerza de rotura KN
Módulo de elasticidad (𝑁 𝑚𝑚⁄ 2) Acero 93,9102 122,212 99,5228 238852
Tabla 2. Datos finales de la probeta Material Aluminio
𝐿𝑢 (𝒎𝒎) 35,8 𝑚𝑚 𝑑𝑢 (𝒎𝒎) 12,8 𝑚𝑚 𝐴𝑢 (𝒎𝒎𝟐) 128,68 𝑚𝑚2
✓ 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 → 𝜎𝑓 =𝑃
𝐴
✓ 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜 → 𝜎𝑚=𝑃
𝐴
✓ 𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 → 𝜀 = 𝛿
𝐿0
✓ 𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑦𝑜𝑢𝑛𝑔 → 𝐸 =𝜎
𝜀
Análisis
• Las posibles fracturas que puede presentar un material sometido a cargar axial son:
;
En nuestro material se presentó una fractura tipo cuello de botella o según la anterior imagen (opción b).
• Con base a lo anterior determinamos que es un material dúctil, por lo que tiene las características de límite de fluencia, módulo de elasticidad, esfuerzo máximo y fractura; las cuales fueron obtenidas con ayuda del extensómetro.
• Tenemos en cuenta además que nuestra barra de ensayo fue
fabricada con unas
especificaciones estándar que son de fluencia 𝜎𝑓= 420 𝑀𝑃𝑎 y un esfuerzo máximo de 𝜎𝑚 = 200𝐺𝑃𝑎. Los cuales a continuación compararemos con los obtenido en la práctica.
Cálculos.
Se procede a calcular el área inicial y final (anteriormente digitadas).
Inicial 𝐴0= 𝜋
4𝑑02 𝐴0= 𝜋
4(0.0158 𝑚)2 𝐴0= 196,06 𝑚𝑚2
final 𝐴𝑈 =𝜋
4𝑑𝑈2 𝐴𝑈 =𝜋
4(0.0128 𝑚)2 𝐴𝑈 = 128,68 𝑚𝑚2
➢ 𝐴𝑙𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙
%𝐿 =𝐿𝑈− 𝐿0
𝐿0 × 100%
%𝐿 =35,8 𝑚𝑚 − 30 𝑚𝑚
30 𝑚𝑚 × 100%
%𝐿 =5,8 𝑚𝑚
30 𝑚𝑚× 100%
%𝐿 = 19,33%
Nuestra barra de acero puede exceder en su longitud un 19,33% antes de que se fracture
Tabla 1. Datos iniciales y finales del ensayo
Material Acero
𝐿0 (𝒎𝒎) 30 𝑚𝑚
𝑑0 (𝒎𝒎) 15,8 𝑚𝑚 𝐴0 (𝒎𝒎𝟐) 196,06 𝑚𝑚2
𝐿𝑈 (𝒎𝒎) 35,8 𝑚𝑚 𝑑𝑢 (𝒎𝒎) 12,8 𝑚𝑚 𝐴𝑈 (𝒎𝒎𝟐) 128,68 𝑚𝑚2
➢ 𝐴𝑙𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛
→ %𝐴 =𝐴0− 𝐴𝑈
𝐴0 × 100%
→ %𝐴 =196,06 𝑚𝑚2− 128,68 𝑚𝑚2 196,06 𝑚𝑚2
× 100%
→ %𝐴 = 67,30 𝑚𝑚2
196,06 𝑚𝑚2× 100%
→ %𝐴 = 34,32%
En este caso tenemos que nuestra barra de acero puede reducir su área un 34,32%
antes de que se fracture.
• Para obtener el esfuerzo de fluencia:
𝝈𝒇=93,9102 × 103 N
196,06 𝑚𝑚2 = 478,987 𝑁 𝑚𝑚⁄ 2
• obtener el esfuerzo máximo:
𝝈𝒎=122,212 × 103 N
196,06 𝑚𝑚2 = 623,33 𝑁⁄𝑚𝑚2
• Esfuerzo en el instante de la fractura
𝝈𝒎=99,5228 × 103 N
196,06 𝑚𝑚2 = 507,613 𝑁⁄𝑚𝑚2
• Deformación unitaria 𝜀 =9,569 𝑚𝑚
600 𝑚𝑚 𝜀 = 0,01594
• Módulo de Young:
𝐸 =478,987 𝑁 𝑚𝑚⁄ 2
0,01594 = 30049.37 𝑁 𝑚𝑚⁄ 2
Lo anterior podemos comprobarlo gráficamente analizando la curva de esfuerzo vs deformación. 1) Para nuestro esfuerzo de fluencia buscamos el punto en donde termina nuestra línea recta cuya pendiente corresponde al módulo de elasticidad. 2) El esfuerzo máximo sería el punto más alto en nuestra curva, en donde a partir de este nuestra barra comienza a experimentar y por ende fractura. 3) El esfuerzo en el instante de nuestra ruptura corresponde al último punto de nuestra curva, en este nuestro material no puede cumplir su labor.
Tabla 3. Propiedades mecánicas del ensayo de tracción
Material Acero
%𝐿 19,33,24%
%𝐴 34,32%
𝐸
(𝑁 𝑚𝑚⁄ 2) 2477,946 𝑁 𝑚𝑚⁄ 2 𝜎𝑓
(𝑁 𝑚𝑚⁄ 2) 478,987 𝜎𝑚
(𝑁 𝑚𝑚⁄ 2) 623,33
Conclusión
Existen muchos materiales que poseen características y comportamientos similares o diferentes cuando están sometidos a cargas; sin embargo, estos se pueden clasificar en dúctiles (que poseen la capacidad de deformarse hasta cierto punto y volver a su estado inicial) y los no dúctiles (los cuales no tienen esa capacidad de volver a su estado inicial, sino que solo puede soportar una carga hasta cierto punto sin presentar ningún cambio. En este el acero fue nuestro material a ensayar el cual demostró ser un material dúctil por lo que presento características como (Modulo de elasticidad, esfuerzo de fluencia, esfuerzo máximo, fatiga y fractura); en este caso nos enfatizamos un poco en el análisis de los resultados obtenidos del módulo de elasticidad por medio del extensómetro, este se compara con los datos encontrados mediante el cálculo manual y el teórico, con base a esto se puede observar que son diferentes, Los factores por los cuales posiblemente se presenta variaciones en los datos del módulo de Young en las tres valores (extensómetro, teórico y manual) puede ser debido a que en el módulo elástico teórico no se toman en cuenta los posibles errores, ya sea a la hora de ensayar el material se realizó de forma incorrecta la toma de medidas o la maquina no estaba calibrada; además puede ocurrir que nuestro material no estaba en las condiciones óptimas de fabrica debido a factores como oxidación, errores en la fabricación, entre otras.
Si hablamos en general el comportamiento que se presenta según cada característica o etapa cuando este se somete a carga axial es el siguiente: cuando se deforma en la
zona elástica teniendo un comportamiento lineal este puede volver a su estado inicial, esto hasta cuando llega al esfuerzo de fluencia donde el material empieza a tener deformaciones permanentes, si lo seguimos sometiendo llegara a su esfuerzo máximo en donde si se sigue aplicando carga este comienza a reducir su área por lo que entra en la zona de fatiga, después llega a la última etapa que es la ruptura.
Ensayo de compresión
Objetivo general
Someter una probeta a una carga extrema para observar el comportamiento de esta en un estado de compresión
Objetivo especifico
• Adquirir habilidades en la interpretación grafica de esfuerzo contra deformación relativa en el ensayo de compresión.
• Determinar las principales magnitudes físicas que caracteriza la resistencia mecánica y la rigidez de los materiales a compresión.
• Realizar pruebas de compresión de probeta de concreto
• Identificar los principales tipos de fallas que se dan en el ensayo a compresión.
Fundación teórica
Al momento de diseñar un elemento estructural, la resistencia a la compresión es uno de los factores más importantes para determinar la capacidad de soportar las cargas de un material. El esfuerzo a compresión se evalúa
Materiales y equipos
• Máquina de compresión
• Probeta de concreto
• Aditamentos para ensayo a compresión
Procesos
• Se anotó las dimensiones para evaluar el área transversal, descrita en la siguiente tabla:
• Se colocó la probeta de concreto centrada en los platos de compresión de la máquina de compresión.
• A través del software de control, se programó la máquina para ejecutar un ensayo a compresión.
Formulas a utilizar
✓ 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 𝐴 =𝜋
4𝑑2
✓ 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝜎 =𝑃
✓ 𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝐴
%𝜀 = 𝛿 𝐿0
✓ %𝐸𝑙𝑜𝑛𝑔𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 =𝐿𝑓−𝐿0
𝐿0 × 100
✓ 𝐼𝑛𝑐𝑟𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑟𝑒𝑎
%𝑅𝐴 =𝐴𝑓− 𝐴𝑈
𝐴0 × 100
Se procede a realizar los cálculos correspondientes
Tabla 4. Datos para el ensayo de compresión.
Material Concreto
𝐿0 (𝒎𝒎) 200 𝑚𝑚
𝑑0 (𝒎𝒎) 100 𝑚𝑚
Fuerza (N) 176800 N
Tabla 5. Datos ensayo de compresión Material Fuerza
(N)
Área (𝒎𝒎𝟐)
Esfuerzo (𝑵⁄𝒎𝒎𝟐) Concreto 176800 7853,981 22,51
➢ Para el área de la probeta 𝐴 =𝜋
4𝑑2 𝐴 =𝜋
4(100𝑚𝑚)2 𝐴 = 7853,981 𝑚𝑚2
➢ Para el esfuerzo de compresión 𝜎 =𝑃
𝐴
𝜎 = 176800 N 7853,981 𝑚𝑚2
𝜎 = 22,51 (𝑁 𝑚𝑚⁄ 2)
Croquis de falla del cilindro de concreto.
La falla que presenta la probeta sometida a la prueba de comprensión fue tipo 5, el cual presenta fractura en las base superior o inferior. la falla pudo haber ocurrido debido a una distribución irregular de la fuerza, donde se aplicó mayor fuerza a los lados y no de forma uniforme. se llegó a esta conclusión debido a la observación realizada en el siguiente video que describe el ensayo a compresión (se adjunta enlace en anexos)
Grafica esfuerzo vs deformación unitaria
• investigamos y comparamos con otros ensayos, por lo podemos
deducir que la siguiente gráfica nos permite comparar
aproximadamente el
comportamiento de la probeta de nuestro ensayo (anexo link), esto a partir de la curva del esfuerzo vs deformación unitaria de las diferentes probetas de concretos de otros ensayos sometidas a compresión.
Análisis
Como se observa en la gráfica donde se muestra la deformación unitaria en el eje de las abscisas y el esfuerzo en el eje de las ordenadas, atreves del análisis de la figura se puede concluir que el material es frágil, pero la velocidad de ganancia de la resistencia mecánica del concreto depende de múltiples variables, los resultados son muy diferente entre uno y otro tipo de concreto (observe la figura), las proporciones de material empleada juega un papel importante en los factores que influyen en la resistencia y el tiempo de curado, entre otros factores. Por lo cual existen concretos frágiles, en consecuencia, se determina que el concreto no es totalmente elástico.
Conclusión:
En la experiencia de laboratorio se pudo observar como la probeta de concreto al ser sometidas a cargas axiales de compresión se fractura sin haber deformación permanente, esto acurre porque el esfuerzo aplicado que incide en la probeta supera la fuerza interna de cohesión.
La rigidez de un material está representada por el módulo elástico y este es la relación de esfuerzo que está sometida la probeta y la deformación unitaria.
Como no se dieron valores suficientes para calcular la rigidez de manera manual, por lo que se tomara de forma general.
El módulo de elasticidad seria 0,45 de la f ‘c como la pendiente secante del diagrama de esfuerzo y deformación unitaria.
Anexos
http://cybertesis.uach.cl/tesis/ua ch/2018/bmfcis232d/doc/bmfcis2 32d.pdf grafica esfuerzo vs deformación unitaria
Referencia bibliográfica
