Informe 1 Solidos

RESUMEN

El siguiente reporte contiene la información recopilada en los laboratorios

efectuados tanto en la sede de la Universidad de Costa Rica, así como los

efectuados en el Instituto Nacional de Aprendizaje.

Se debió realizar en dos sedes debido a que la sede de la UCR no cuenta

con el equipo necesario para realizar los ensayos, mientras que el INA al ser un

centro de corte técnico si cuenta con todo lo necesario.

En las tres semanas transcurridas en el laboratorio se analizaron las cargas

axiales, y deformaciones ocurridas por las mismas cargas, en materiales con

distinta composición y forma.

Esto se realizó con un equipo especial que tensa el material hasta que

ocurra una falla; es decir que se rompa. El análisis computarizado brinda todos los

datos necesarios como lo son el tiempo, la carga máxima, la zona plástica y

elástica, entre otros. Que posteriormente son compilados y comparados con los

valores de medición humana, para la realización de este informe.

i

ÍNDICE

RESUMEN...............................................................................................................2

OBJETIVOS.............................................................................................................1

MARCO TEÓRICO...................................................................................................2

EQUIPO...................................................................................................................5

PROCEDIMIENTO...................................................................................................6

DATOS Y RESULTADOS........................................................................................7

Tabla 1. Dimensiones Iniciales.............................................................................7

Tabla 2. Dimensiones Finales..............................................................................7

Tabla 3. Estricción y Alargamiento por medición instrumental.............................8

Tabla 4. Datos en la Zona Elástica.......................................................................8

Tabla 5. Datos en Fuerza Máxima........................................................................9

Tabla 6. Datos en la Zona de Falla.......................................................................9

Gráfico 1. Cargas axiales vs. extensión, probeta 1............................................10




Tabla 7. Mediciones Iniciales..............................................................................12

ii

Tabla 8. Estricción y Alargamiento.....................................................................12

Tabla 9. Fuerza Máxima, Esfuerzo Máximo y Módulo de Elasticidad.................12

Gráfico 5. Cargas Axiales vs. Alargamiento, varilla turkey.................................13

ANÁLISIS DE RESULTADOS................................................................................14

CONCLUSIONES...................................................................................................16

BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................17

Anexos...................................................................................................................18

Anexo 1. Datos originales de las probetas.........................................................18

Anexo 2. Datos originales de la varilla turca.......................................................20

1

OBJETIVOS

Objetivo General

Experimentar los fenómenos de deformación y falla que se generan en una

probeta a la hora de ser sometida a cargas axiales.

Objetivos Específicos

Familiarizarse con el equipo utilizado en el laboratorio.

Observar en una manera experimental los esfuerzos donde el material se

comporta de una manera elástica y donde ya rebasa y se torna un esfuerzo

plástico.

2

MARCO TEÓRICO

Este experimento es utilizado para medir la resistencia de un material, en

nuestro caso una probeta de aluminio, sometido a fuerzas axiales. El experimento

consiste en alargar hasta que falle una probeta por medio de fuerzas de tensión,

con el fin de conocer propiedades de dicho material, tales como su resistencia y

rigidez.

Con el fin de conocer más sobre lo realizado en este laboratorio hay que

tener en cuenta ciertos conceptos y fórmulas utilizados, como puede ser esfuerzo

y deformación.

La zona elástica es la zona donde la fuerza que es aplicada sobre el

elemento no la daña; es decir, tiene la capacidad de retornar a su estado original.

Esta zona es donde los ingenieros buscan quedarse a la hora de realizar

estructuras de distintos tipos.

La zona plástica es la zona donde la fuerza sobrepasa la zona plástica y el

material no tiene la capacidad de retornar a su estado original, sufre una

deformación.

El esfuerzo ingenieril o simplemente esfuerzo es la capacidad de un

material de soportar fuerzas aplicadas sobre su eje principal. El esfuerzo está

relacionado proporcionalmente con la fuerza que se aplique sobre él, e

3

inversamente proporcional al área transversal sobre el que se está aplicando la

fuerza. Su fórmula es:

1. σ=FA

Dónde:

σ : esfuerzo (Pa)

F: fuerza (N)

A: (m2)

La deformación es el cambio en la longitud que sufre, en nuestro caso la

probeta de aluminio cuando ya sobrepasa la zona elástica. Su fórmula es:

2. e=L−LoLo

Dónde:

e: deformación.

L: longitud final (m)

L0: longitud inicial (m)

En cuanto al equipo utilizado, se utilizó una máquina de tensión de la

compañía estadounidense Instron, pertenece a la familia 3360. Su modelo, 3369,

es el de mayor capacidad de su familia ya que alcanza tensiones de hasta 50kN.

Se puede suponer que su estado es idóneo dado que recién fue instalada y

calibrada.

4

El equipo utilizado en el INA, es una máquina que cumple los mismos

requisitos que la Instron pero con una capacidad mucho mayor, esta máquina es

la Zwick modelo 5P1000

5

EQUIPO

Equipo Marca Modelo

Sistema universal de ensayo bicolumna Instron 3369

Sistema universal de ensayo bicolumna Zwick 5P1000

Probetas de Aluminio

Vernier Mitutoyo Serie 500

Micrómetro Mitutoyo

Varilla de construcción Turquía* ½ pulgada

*País de Origen

6

PROCEDIMIENTO

Antes de comenzar el procedimiento, se debió medir con precisión,

utilizando verniers y micrómetros, todas las dimensiones de las cuatro probetas a

las cuales se les realizó la prueba de falla.

El procedimiento en su totalidad la realizó el profesor; sin embargo, a lo que se

logró observar el procedimiento se notó relativamente sencillo y se puede

enumerar detalladamente en unos cuantos pasos:

1. Se enciende el computador y el sistema universal de ensayo bicolumna, los

cuales están conectados entre sí.

2. Se coloca la probeta entre ambas pinzas del sistema de ensayo.

3. En el computador, se le indica al sistema de ensayo que comience la

prueba tensando la probeta.

4. Se espera la que la probeta falle.

5. El computador nos brinda toda la información para que se logre interpretar

de una manera sencilla.

Cabe destacar que el procedimiento es el mismo para las cuatro probetas

utilizadas.

6.

7

DATOS Y RESULTADOS

Las siguientes dos tablas representan los datos medidos antes y después

de las pruebas utilizando instrumentos tales como el vernier y el micrómetro, para

mayor precisión se tomaron varias medidas y se realizó un promedio.

Tabla 1. Dimensiones Iniciales

Longitud(mm)

Ancho(mm)

Espesor(mm)

Probeta 1 201.36 12.54 0.435

Probeta 2 201.36 12.565 0.42

Probeta 3 201.24 12.57 0.46

Probeta 4 201.24 12.57 0.46

Tabla 2. Dimensiones Finales

Longitud(mm)

Ancho(mm)

Espesor(mm)

Probeta 1 204.91 12.4 0.42

Probeta 2 205.36 12.32 0.4

Probeta 3 206.1 12.47 0.41

Probeta 4 207.23 12.38 0.41

Los datos de la siguiente tabla fueron obtenidos utilizando los datos de las dos

tablas anteriores.

8

Tabla 3. Estricción y Alargamiento por medición instrumental

Estricción

(%)

Alargamiento

(%)

Probeta 1 -4.53 1.76

Probeta 2 -6.62 1.99

Probeta 3 -11.58 2.42

Probeta 4 -12.22 2.98

Los datos de las siguientes tres tablas representan los datos brindados por

el computador, el cual se basa en los datos tomados desde el equipo utilizado en

el presente laboratorio.

Tabla 4. Datos en la Zona Elástica

Cambio máximo en la extensión

(%)Fuerza Elástica

(N)Fluencia(MPa)

Probeta 1 1.40 1344.62 246.50

Probeta 2 1.49 1325.98 243.08

Probeta 3 1.67 1345.13 232.82

Probeta 4 1.60 1346.96 233.13

9

Tabla 5. Datos en Fuerza Máxima

Cambio en la extensión

(mm)Cargamax

(N)Esfuerzomax

(MPa)

Probeta 1 > 2.43 1405.30 257.62

Probeta 2 > 2.43 1386.96 254.26

Probeta 3 > 2.7 1410.22 244.08

Probeta 4 > 2.63 1411.38 244.28

Tabla 6. Datos en la Zona de Falla

Cambio en la extensión

(%)

Reducción del área transv.

(%)

Cargarot

(kN)Esfuerzorot

(MPa)

Probeta 1 4.03 -83.32 > 1.25 228.74

Probeta 2 4.63 -83.32 > 0.62 113.38

Probeta 3 4.53 -73.08 > 1.23 212.50

Probeta 4 4.47 -73.08 > 1.25 215.60

Las siguientes cuatro gráficas ilustran de una mejor manera lo visto en las

tablas, cada una de ellas representa por separado a cada una de las cuatro

probetas utilizadas en el laboratorio.

10

Gráfico 1. Cargas axiales vs. extensión, probeta 1.


11



12

Los siguientes datos corresponden a la prueba realizada en el INA por

técnicos especializados sobre una varilla de construcción de origen turco de media

pulgada. La prueba fue realizada en privado, por lo que los instrumentos

utilizados no se conocen.

Tabla 7. Mediciones Iniciales

Longitud(mm)

Diámetro(mm)

Varilla 1 122 12.07

Varilla 2 122.09 12.03

Tabla 8. Estricción y Alargamiento

Estricción(%)

Alargamiento(%)

Varilla 1 55.19 50.86

Varilla 2 56.22 50.66

Tabla 9. Fuerza Máxima, Esfuerzo Máximo y Módulo de Elasticidad

Fuerzamax

(N)Esfuerzomax

(N/mm2)Elasticidad

(N/mm2)Varilla 1 60135.43 525.56 15387.81

Varilla 2 59693.41 525.18 15066.71

13

Además se puede observar que la fuerza necesaria para romper la varilla

fue mayor a los 400N/mm2

Gráfico 5. Cargas Axiales vs. Alargamiento, varilla turkey.

14

ANÁLISIS DE RESULTADOS

La mayoría de resultados se encuentra en un rango similar entre las

diferentes probetas; sin embargo si se notaron discrepancias entre los resultados

de estricción y alargamiento, comparando los resultados brindados por el

programa de la máquina y los calculados “a mano”.

Se puede observar que en los calculados el porcentaje de alargamiento

ronda entre 1,76% y el 2,98% mientras que en los calculados por la máquina los

mismos resultados rondan el 4%, que si bien no es mucho el cambio, si es lo

suficiente como para considerar que alguno de los dos cálculos tiene algo

incorrecto.

El mayor error se da en la comparación entre estricciones, ya que los

porcentajes calculados por medio de calculadora rondan entre -4% y el -12%, que

si bien son bastante variables tienen cierta consistencia en el hecho que

permanecen; sin embargo, si se analiza los datos brindados por el computador se

observa que la reducción dada es cerca del -90% para los cuatro casos. Lo cual

no tiene sentido debido a que se nota claramente visualmente que las probetas no

tuvieron mayor cambio.

El último punto a considerar es el hecho de la fuerza para hacer que la

probeta 2 fallara no fue consistente con la fuerza necesaria para las otras tres

probetas. Ya que para esta fue de 0,62 kN mientras que para los otros tres casos

15

fue de 1,25 kN. Este error se debe a la forma de cálculo o defección de este

parámetro según el software.

En cuanto a la varilla turca se observa que su esfuerzo es mucho mayor,

entre los factores que afectan es el tipo de material, ya que el hierro puede

soportar mayores fuerzas que el aluminio, a pesar de que ambos tienen

capacidades amplias. Además del área, ya que el área transversal de la varilla era

considerablemente mayor que la de la las probetas de aluminio.

Se observa que tanto el porcentaje de alargamiento, así como el de

estricción son grandes; es decir, el material es bastante flexible antes de su rotura.

Esto es lo que se busca al agregar estas varillas en la construcción, ya que el

hormigón por si solo no logra soportar fuerzas de tensión elevadas, pero si se

agregan varillas de este tipo, la tensión es considerablemente mayor, además d la

flexibilidad en casos de sismos o terremotos.

16

CONCLUSIONES

El experimento cumplió con los objetivos, ya que se logró conocer el equipo

utilizado tanto en la sede de la Universidad como en la sede del INA. En este caso

se observaron los diferentes tipos de equipo que se utilizan en ambos lugares

adecuándose a presupuesto y necesidad de cada centro de estudio.

Se logró estudiar el comportamiento de las probetas bajo fuerzas de

tensión. Cuando las fuerzas rebasaron el esfuerzo máximo elástico y llegaron a

romperse se observó la deformación que sufrieron tanto en el área transversal

como en la longitud total.

Se logró observar satisfactoriamente que la ruptura de la probeta se da con

un ángulo de 45°, el cual es el valor teórico esperado.

Se notó que en un laboratorio las pruebas no siempre son perfectas, dado

lo que paso con la probeta 2 y su “fallo adelantado” en la ruptura el cual se debió a

un error en el software que maneja el equipo. Factor que únicamente el técnico o

ingeniero con el tiempo logra descubir.

Como recomendación se puede decir que para una mejor formación

ingenieril y para visualizar mejor los resultados que probablemente se tengan que

desempeñar en las labores, se debería de contar con un equipo de mayor

capacidad dentro del campus de la UCR.

18

BIBLIOGRAFÍA

Muñoz, Marco V. (2004) Metrología e instrumentación: manual de

laboratorio; Primera Edición; Editorial de la Universidad de Costa Rica;

San José, Costa Rica; Pag. XII – XVIII

Beer, Ferdinand P. (2012) Mecánica de materiales; Sexta Edición;

Editorial McGraw-Hill; México D.F.; Pag. 2-139.

Instron. http://www.instron.com/es-ar/products/testing-systems/universal-

testing-systems/electromechanical/3300/3360-dual-column?region=South

%20America. Recuperado el 19 – 09 – 2015.

http://www.instron.com/es-ar/products/testing-systems/universal-testing-systems/electromechanical/3300/3360-dual-column?region=South%20America



19

Anexos

Anexo 1. Datos originales de las probetas

21

Anexo 2. Datos originales de la varilla turca

Informe 1 Solidos

Documents

Transcript of Informe 1 Solidos