BARRAS CORRUGADAS Y LISAS DE ACERO DE BAJA ALEACIÓN, PARA REFUERZO DE CONCRETO. NTC 2289

Paula Andrea Chávez Calderón

Jaime Eduardo Ramírez Medicis

Nancy Carolina Roa Bohórquez

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

Facultad de ingeniería

Programa de Ingeniería Civil

Laboratorio de Materiales

Abril, 2013

1

BARRAS CORRUGADAS Y LISAS DE ACERO DE BAJA ALEACIÓN, PARA REFUERZO DE CONCRETO. NTC 2289

Práctica No.16

Paula Andrea Chávez Calderón 1101579

Jaime Eduardo Ramírez Medicis 1101661

Nancy Carolina Roa Bohórquez 1101697

Presentado a:

Ing. Guillermo Toro Acuña

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

Facultad de ingeniería

Programa de Ingeniería Civil

Laboratorio de Materiales

Abril, 2013

2

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN 5

1. OBJETIVOS 6

1.1. OBJETIVO GENERAL 6

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 6

2. MARCO TEORICO 6

2.1. BARRA CORRUGADA 6

2.2. ESFUERZO DE FLUENCIA 6

2.3. MODULO DE ELASTICIDAD 7

2.3 DEFORMACION 7

2.4 TENACIDAD 7

2.5 ESFUERZO MAXIMO 7

3. APARATOS Y MATERIALES 8

3.1. MAQUINA DE ENSAYO PARA TRACCION 8

3.2. PROBETA ESTANDARIZADA 8

3.3. EXTENSOMETRO 8

4. PROCEDIMIENTO 8

3

Bibliografía 11

4

INTRODUCCION

El siguiente informe describe el proceso que se desarrolló en el laboratorio para determinar el mínimo esfuerzo de tensión, que se le puede aplicar a una barra de acero, antes de que empiece a presentar una constante deformación sin que se esté aplicando ningún tipo de tensión, para comprobar que la probeta tiene las indicaciones que expide la NTC 2289.

El procedimiento se lleva a cabo con unas probetas de acero estriado, la cual se somete a una fuerza de tensión. Esta fuerza hace que el material empiece a cambiar su longitud inicial, presentando un alargamiento notorio a medida de que aumenta la cantidad de tensión que se le aplica, hasta que sufre una ruptura.

Se realiza este proceso primordialmente para realizar la caracterización del material: esfuerzo de fluencia y el esfuerzo único del acero, teniendo en cuenta que el acero se va a manipular para reforzar secciones de concreto, ya sea en columnas de apoyo, placas viales entre otras aplicaciones.

5

1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Determinar la máxima tensión que puede soportar una barra de acero antes de que se fracture o se empiece a comportar como un material plástico y pueda causar algún daño en una estructura donde está siendo utilizada como refuerzo.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Identificar la deformación que presento la barra sometida a tensión respecto a su longitud inicial.

Determinar el esfuerzo de fluencia de una barra de acero estriada y el esfuerzo único.

Estimar el esfuerzo máximo y el esfuerzo de ruptura de la barra de acero.

Hallar el módulo de elasticidad y el porcentaje de reducción de área de la barra estudiada.

Estimar la tenacidad y energía con respecto a la gráfica esfuerzo-deformación.

2. MARCO TEORICO

2.1 BARRA CORRUGADA. Barra de acero provista de resaltes; barra destinada para usarla como refuerzo en construcciones de concreto y en construcciones relacionadas.

2.2 ESFUERZO DE FLUENCIA: Indicación del esfuerzo máximo que se puede desarrollar en un material sin causar una deformación plástica. Es el esfuerzo en el que un material exhibe una deformación permanente específica y es una aproximación práctica de límite elástico. El límite

6

elástico convencional está determinado a partir de un diagrama esfuerzo-deformación. Es el esfuerzo que corresponde a la intersección de la curva de esfuerzo-deformación con una línea paralela a su sección recta, con un corrimiento específico. El desplazamiento de los metales suele especificarse como un 0,2%; es decir, la intersección de la línea de desplazamiento y el eje de esfuerzo 0 está en la deformación 0,2%. Normalmente, la deformación de los plásticos es el 2%.

2.3 MODULO DE ELASTICIDAD: el módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza. Módulo de elasticidad del acero: 200 000 MPa.

2.4 DEFORMACION: La resistencia del material no es el único parámetro que debe utilizarse al diseñar o analizar una estructura; controlar las deformaciones para que la estructura cumpla con el propósito para el cual se diseñó tiene la misma o mayor importancia. El análisis de las deformaciones se relaciona con los cambios en la forma de la estructura que generan las cargas aplicadas.

Una barra sometida a una fuerza axial de tracción aumentara su longitud inicial; se puede observar que bajo la misma carga pero con una longitud mayor este aumento o alargamiento se incrementará también. Por ello definir la deformación (ε) como el cociente entre el alargamiento δ y la longitud inicial L, indica que sobre la barra la deformación es la misma porque si aumenta L también aumentaría δ.

2.5 TENACIDAD : Se llama así a la propiedad mecánica que representa la cohesión interna de las partículas del mineral. Aunque existe una cierta relación con las anteriores propiedades, no se identifica con la dureza, sino más bien con la "ausencia de fragilidad". Determinados minerales muy duros, como el diamante, presentan una elevada fragilidad al golpe, lo que condiciona su utilización, el tipo de montura que debe utilizarse, etc.

2.6 ESFUERZO MAXIMO: El esfuerzo máximo, debe ser la aplicación de ciertas fuerzas, la mayor antes del punto de romperse o reformarse, alterarse el material. Se mide por varios vectores, (por ej. tonelada(s), por pulgada cuadrada), en alguna prensa. Debe poder repetirse bajo todas las mismas condiciones y material, etc, igual. Ahora, el mínimo soportado, debe

7

ser lo menor que haya pero para que se pueda observar que está sirviendo el material

3. APARATOS Y MATERIALES

3.1 MAQUINA DE ENSAYO PARA TRACCION: tiene que cumplir las siguientes condiciones: Estar provista de dispositivos apropiados que aseguren la aplicación axial de la carga a la probeta, permitir la aplicación progresiva de la carga, sin choque ni vibración, permitir cumplir las condiciones relativas a la velocidad del ensayo. (Imagen 1)

3.2 PROBETA ESTANDARIZADA: hechas de un acero A-307. ( Imagen 2)

3.3 EXTENSOMETRO: deberá tener la precisión necesaria a los resultados que se desee obtener. Se fija por sus propios medios a las probetas; este hecho disminuye la distorsión de las mediciones, al excluir las deformaciones causadas en los agarres, inversor, placas de la máquina, etc. (Imagen 3)

4. PROCEDIMIENTO

El procedimiento se inicia tomando la medida de la longitud inicial de las probetas a ensayar (Imagen 4). Se prepara la máquina para producir la tracción sobre la probeta, y se dispone la probeta en ella utilizando una escuadra para corroborar que se encuentre lo más recta posible.Antes de iniciar la prueba, se pone una hoja de papel milimetrado en los sujetadores superiores o inferiores para que esta arroje la gráfica que se va formando conforme la carga aumenta.Con estos detalles ya listos, se procede a aplicar la carga a la máquina, inicialmente de 972 libras (lb). Mientras la carga va en aumento se puede observar como la probeta empieza a estirarse poco a poco, empieza a tener deformación. A medida que aumento del tiempo, igualmente aumenta carga, la probeta terminara por fracturarse (Imagen 5).

8

Se toman nuevamente los datos de la longitud que tiene la probeta después de haber experimentado tracción y con estos datos se podrán determinar las características referidas en el marco teórico.

5. CÁLCULOS

5.1 ECUACIONES

5.1.1 Esfuerzo

σ= FA

Dónde: σ = Esfuerzo F = Fuerza aplicadaA = Área de aplicación de la fuerza

5.1.2 Deformación

ε= δLLi

Dónde: ε = Deformación unitariaδL = ElongaciónLi = Longitud inicial

5.1.3 Esfuerzo de fluencia

Para calcular el esfuerzo de fluencia para el 0.2 % de deformación, se debe trazar una línea paralela a la parte elástica de la curva de esfuerzo-deformación desde el 0.2 % de la deformación y observar donde corta la curva, este punto de corte determinará el esfuerzo de fluencia del material.

5.1.4 Esfuerzo máximo

Se calcula mediante la observación en la gráfica esfuerzo-deformación del punto más alto que esta alcanza, de donde se puede hallar la fuerza máxima o mayor que le está aplicando la maquina a la probeta.

9

5.1.5 Esfuerzo de ruptura de ingeniería o esfuerzo último

Se calcula mediante la observación en la gráfica esfuerzo-deformación del último esfuerzo alcanzado por la máquina antes de romperse la probeta o cuando se detiene la gráfica.

5.1.6 Módulo de elasticidad

ME=σεóME=

ΔσΔε

Dónde:

ME = Módulo de elasticidadσ = Esfuerzoε = Deformación unitariaΔσ = Cambio en el esfuerzo según la gráficaΔε = Cambio en la deformación unitaria según gráfica

5.1.7 Porcentaje de reducción de área

%R A=A0−A fA0

∗100

Dónde:%RA = Porcentaje de reducción e áreaA0 = Área inicial de la probetaAf = Área final de la probeta

5.1.8 Tenacidad

Se determina mediante el cálculo del área bajo la curva de esfuerzo-deformación en la parte elástica.

5.1.9 Energía

Se determina mediante el cálculo del área bajo la curva de esfuerzo-deformación. Para Este caso, se debe encontrar la curva de tendencia de la gráfica, la cual proporcionará la función que deberá integrarse para determinar el área bajo la curva.

10

5.2 TOMA DE DATOS

Tabla 1: Datos adquiridos durante el ensayo

Elongación (in) Diámetro (in) Fuerza (lb)

0.0005 0.500 9720.001 0.500 19640.002 0.500 37110.003 0.500 54980.004 0.500 73120.005 0.500 92770.010 0.500 102100.020 0.493 108000.030 0.488 112310.040 0.483 116040.050 0.472 117610.060 0.456 117810.070 0.438 115850.080 0.391 9032

5.3. TRATAMIENTO DE DATOS

Tabla 2: Conversión de datos a unidades SI

Elongación (in)

Diámetro (in)

Fuerza (lb)

Elongación (mm)

Diámetro (mm)

Fuerza (N)

0.0005 0.500 972 0.0127 12.7 4325.400.001 0.500 1964 0.0254 12.7 8739.800.002 0.500 3711 0.0508 12.7 16513.950.003 0.500 5498 0.0762 12.7 24466.100.004 0.500 7312 0.1016 12.7 32538.400.005 0.500 9277 0.127 12.7 41282.650.010 0.500 10210 0.254 12.7 45434.500.020 0.493 10800 0.508 12.5222 48060.000.030 0.488 11231 0.762 12.3952 49977.95

11

0.040 0.483 11604 1.016 12.2682 51637.800.050 0.472 11761 1.27 11.9888 52336.450.060 0.456 11781 1.524 11.5824 52425.450.070 0.438 11585 1.778 11.1252 51553.250.080 0.391 9032 2.032 9.9314 40192.40

Tabla 3: Esfuerzos y deformaciones durante el ensayo

Elongación (mm)

Diametro (mm)

Fuerza (N)Esfuerzo

(MPa)Deformación

unitaria0.0127 12.7 4325.40 34.145 0.000250.0254 12.7 8739.80 68.993 0.00050.0508 12.7 16513.95 130.363 0.0010.0762 12.7 24466.10 193.138 0.00150.1016 12.7 32538.40 256.861 0.0020.127 12.7 41282.65 325.889 0.00250.254 12.7 45434.50 358.665 0.0050.508 12.5222 48060.00 390.241 0.010.762 12.3952 49977.95 414.173 0.0151.016 12.2682 51637.80 436.834 0.021.27 11.9888 52336.45 463.621 0.025

1.524 11.5824 52425.45 497.571 0.031.778 11.1252 51553.25 530.335 0.0352.032 9.9314 40192.40 518.840 0.04

12

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.0450.000

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

700.000

f(x) = 101.823684965056 ln(x) + 868.512965900643

Series2Logarithmic (Series2)

Deformación

Esfuerzo

Curva esfuerzo -DeformaciónEsfuerzo de fluencia 0.2%Esfuerzo máxi-moEsfuerzo de rup-tura Division de área para la tenaci-dadDivisión de área para la energíaLínea de ten-dencia

Convenciones

Gráfica 1: Esfuerzo Vs. Deformación.5.4. RESULTADOS

ANLISIS DE RESULTADOS

Se observan en la gráfica 1 las diferentes características de la probeta de prueba tales como esfuerzo de fluencia representando en la gráfica con la intersección entre la línea roja y la curva, punto que representa el esfuerzo máximo que se puede aplicar a la barra antes de que pase del estado elástico al estado plástico; a partir de este momento la barra se comenzó a deformar de manera irreversible hasta romperse, momento en el cual alcanzó su esfuerzo de ruptura para el cual fue necesario aplicar una fuerza de xxxx. la gráfica, en la pendiente de la parte elástica indica el módulo de elasticidad para este tipo de acero que es de 130.64 GPa; en el transcurso del ensayo,

BIBLIOGRAFIA Y WEBGRAFIA

Página web: http://www.instron.com.ar/wa/glossary/Yield-Strength.aspx, Esfuerzo de fluencia, 19 Abril 2013.

13

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.0450.000

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

700.000

f(x) = 101.823684965056 ln(x) + 868.512965900643

Series2Logarithmic (Series2)

Deformación

Esfuerzo

Curva esfuerzo -DeformaciónEsfuerzo de fluencia 0.2%Esfuerzo máxi-moEsfuerzo de rup-tura Division de área para la tenaci-dadDivisión de área para la energíaLínea de ten-dencia

Convenciones

Página web: http://www.loseskakeados.com/joomla/component/option,com_docman/task,doc_view/gid,27009/, Deformación, 19 Abril 2013.

Página web: http://mecatronica4b.blogspot.com/2011/11/esfuerzo-maximo.html, Esfuerzo máximo, 19 Abril 2013.

Normal Técnica ASTM E8. Métodos de Prueba Estándar para Pruebas de Tensión de Materiales Metálicos.

Norma Técnica Colombiana 2298. Barras corrugadas y lisas de acero de baja aleación, para refuerzo de concreto.

ANEXOS

A-1. DOCUMENTACION FOTOGRAFICA

14

Imagen 1. Maquina universal para ensayo de tracción.

Imagen 2. Probeta estandarizada.

Imagen 3. Extensómetro

15

Imagen 4. Medición de la longitud inicial y espesor de la probeta a ensayar.

Imagen 5.Ruptura de la probeta luego de haber experimentado cierta cantidad de

carga.

16