UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCOFACULTAD DE INGENIERA CIVILRESISTENCIA DE MATERIALESINFORME DE LABORATORIO: PRUEBAS DE TRACCIN Y COMPRESINDOCENTE: Ing. Fecha de realizacin del laboratorio: 04/09/2015 07/09/2015 Fecha de entrega del informe: 16/09/2015
INTEGRANTES:1. CALLO CCANA DIEGO ALEXIS (140944)2. SOTO TORRES HECTOR ANTONIO (140951) 3. ROMOACCA CASA ARACELY ASTRIT (140962)4. VALER MEDINA MATT AIRTON (140953) 2015-I
Introduccin y ObjetivosHacer ver el comportamiento mecnico de diversos materiales frente a cargas de compresin y de traccin. Se ha elegido dos tipos de materiales (acero y madera) que cubren un mbito extendido de propiedades, para resaltar diferencias, tanto en la magnitud de las deformaciones hasta la rotura, como en el modo en que se produce la rotura y las caractersticas de la zona de rotura.
EnsayosEn cada ensayo se aplicar carga en forma lenta y se irn distinguiendo las etapas que se van produciendo en el material a medida que la carga aumenta. La carga se har crecer en cada caso hasta llegar a la rotura de la probeta, o hasta que las deformaciones sean suficientemente grandes, si es que no se puede llegar hasta la rotura.
MARCO TERICOPara el entendimiento completo del contenido del presente informe es necesario que se tenga presente los conceptos que se describen a continuacin.1. ESFUERZO SIMPLELa fuerza por unidad de rea que soporta un material se suele denominar esfuerzo y se expresa matemticamente:
Donde,
P : Carga aplicadaA : rea de la seccin transversal
Obsrvese que el esfuerzo mximo de tensin o compresin tiene lugar en una seccin perpendicular a la carga.La situacin en la que el esfuerzo es constante o uniforme se llama esfuerzo simple. Adems una distribucin uniforme de esfuerzos slo puede existir si la resultante de las fuerzas aplicadas pasa por el centroide de la seccin considerada.
El esfuerzo normal (esfuerzo axil o axial) es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones perpendiculares (normales) a la seccin transversal de un prisma mecnico. Este tipo de solicitacin formado por tensiones paralelas est directamente asociado a la tensin normal.
El esfuerzo cortante (esfuerzo tangencial o de cizallamiento) .- Cuando las cargas aplicadas son paralelas a la seccin transversal del elemento, el anlisis de cargas y deformaciones resultan en una ecuacin para el clculo de esfuerzos cortantes debidos a cargas axiales de corte:
Donde,
V : Carga aplicadaA : rea de la seccin transversal
2. DEFORMACINEs el valor de la deformacin (unitaria) es el cociente del alargamiento (deformacin total) y la longitud L en la que se ha producido. Por tanto,
Pudiendo aplica esta frmula en ciertas condiciones: El elemento sometido a tensin debe tener una seccin transversal o recta constante. El material debe ser homogneo La fuerza o carga debe ser axial, es decir, producir un esfuerzo uniforme
3. DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIN
FIG. 1
La curva usual Esfuerzo - Deformacin (llamada tambin convencional, tecnolgica, de ingeniera o nominal), expresa tanto el esfuerzo como la deformacin en trminos de las dimensiones originales de la probeta, un procedimiento muy til cuando se est interesado en determinar los datos de resistencia y ductilidad para propsito de diseo en ingeniera.Para conocer las propiedades de los materiales, se efectan ensayos para medir su comportamiento en distintas situaciones. Estos ensayos se clasifican en destructivos y no destructivos. Dentro de los ensayos destructivos, el ms importante es el ensayo de traccin.La curva Esfuerzo real - Deformacin real (denominada frecuentemente, curva de fluencia, ya que proporciona el esfuerzo necesario para que el metal fluya plsticamente hacia cualquier deformacin dada), muestra realmente lo que sucede en el material. Por ejemplo en el caso de un material dctil sometido a tensin este se hace inestable y sufre estriccin localizada durante la ltima fase del ensayo y la carga requerida para la deformacin disminuye debido a la disminucin del rea transversal, adems la tensin media basada en la seccin inicial disminuye tambin producindose como consecuencia un descenso de la curva Esfuerzo - Deformacin despus del punto de carga mxima. Pero lo que sucede en realidad es que el material contina endurecindose por deformacin hasta producirse la fractura, de modo que la tensin requerida debera aumentar para producir mayor deformacin. A este efecto se opone la disminucin gradual del rea de la seccin transversal de la probeta mientras se produce el alargamiento. La estriccin comienza al alcanzarse la carga mxima.
FIG. 2: Diagrama esfuerzo-deformacin obtenido a partir del ensayo normal a la tensin de una manera dctil. El punto P indica el lmite de proporcionalidad; E, el lmite elstico; Y, la resistencia de fluencia; U; la resistencia ltima/mxima, y F, el esfuerzo de fractura/ruptura.
3.1. ESFUERZOS CARACTERSTICOS3.1.1. Lmite ProporcionalEs el punto donde la relacin entre y deja de ser lineal.En la FIG. 2 se observa que desde el punto de origen O hasta el punto P, el diagrama de Esfuerzo- Deformacin es un segmento rectilneo.De la FIG. 1, la zona elstica (zona bajo la recta OP en la FIG. 2) es la parte donde al retirar la carga el material regresa a su forma y tamao inicial, en casi toda la zona se presenta una relacin lineal entre la tensin y la deformacin y tiene aplicacin la ley de Hooke. La pendiente en este tramo es el mdulo de Young del material. El valor de la tensin en donde termina la zona elstica, se llama lmite elstico, y a menudo coincide con el lmite proporcional en el caso del acero. Mdulo de Elasticidad longitudinal/ Young Se denomina mdulo de elasticidad a la razn entre el incremento de esfuerzo y el cambio correspondiente a la deformacin unitaria. Si el esfuerzo es una tensin o una compresin, el mdulo se denomina mdulo de Young y tiene el mismo valor para una tensin que para una compresin, siendo una constante independiente del esfuerzo siempre que no exceda de un valor mximo denominado lmite elstico. Tanto el mdulo de Young como el lmite elstico, son naturalmente distintos para las diversas sustancias.
Donde, E : Mdulo de elasticidad3.1.2. Lmite elsticoEs el valor de la tensin que separa dos zonas de comportamiento diferente. Si el cuerpo se encuentra sometido a una tensin menor del lmite elstico, cuando se retire la carga el cuerpo recuperar su deformacin. Si el cuerpo se encuentra sometido a una tensin mayor del lmite elstico, cuando se retire la carga el cuerpo no recuperar toda la deformacin incluida la carga 3.1.3. Lmite de cedencia/fluencia El lmite de fluencia es el punto donde comienza el fenmeno conocido como fluencia, que consiste en un alargamiento muy rpido sin que vare la tensin aplicada en un ensayo de traccin. Hasta el punto de fluencia el material se comporta elsticamente, siguiendo la ley de Hooke, y por tanto se puede definir el mdulo de Young. No todos los materiales elsticos tienen un lmite de fluencia claro, aunque en general est bien definido en la mayor parte de metales.
Tambin denominado lmite elstico aparente, indica la tensin que soporta una probeta del ensayo de traccin en el momento de producirse el fenmeno de la cedencia o fluencia. Este fenmeno tiene lugar en la zona de transicin entre las deformaciones elsticas y plsticas y se caracteriza por un rpido incremento de la deformacin sin aumento apreciable de la carga aplicada
3.1.4. Esfuerzo ltimoEs el punto ms alto en la grfica Esfuerzo vs Deformacin pues es aqu donde se aplica la carga con mayor intensidad.
3.1.5. Esfuerzo de Rotura/FracturaLa tensin de fractura es llamada tambin tensin ltima por ser la ltima tensin que soport el material.
PROCEDIMIENTOPara realizar los ensayos tanto de compresin y traccin se us la Mquina Universal de ensayos de compresin y traccin, con control en computadora; la cual se encuentra en las instalaciones de nuestros laboratorios.
FIG. 1 Mquina Universal de ensayos de Compresin y TraccinA. PARA LA COMPRESINEl procedimiento que se sigui para efectuar la prueba de compresin con la mquina antes mencionada es el siguiente:1. Preparar la probeta sea esta tanto madera, fierro o tubo respectivamente. Anotar sus dimensiones tanto de longitud como seccin.2. Encajarla en el lugar indicado en la mquina, de manera que reciba la carga de manera perpendicular a su seccin.3. Programar la mquina, rellenando los campos requeridos por el programa de la computadora el cual nos mostrar tanto la deformacin y la carga que se aplica en cada instante as como la grfica correspondiente a estos datos.4. Una vez el material haya fallado podemos indicar que la prueba ha concluido. Lo que tambin se verifica observando la grfica mostrada en el ordenador, siendo que la prueba est concluida si es que la curva desciende rpidamente.
B. PARA LA TRACCINSe sigue el procedimiento a continuacin descrito:1. Tomamos nota de las dimensiones de la seccin transversal2. Encajamos la probeta en el lugar correspondiente en la mquina, de modo que esta quede ajustada tanto superior como inferiormente de manera fija.3. Tomamos nota de la luz que recibir el esfuerzo4. Adicionalmente para verificar el valor referencial de la deformacin antes de comenzar la prueba marcamos en alguno de los extremos.5. Luego de rellenar los campos requeridos en el ordenador damos inicio a la prueba, programando antes la velocidad promedio que se usar para la aplicacin de la carga.6. Observamos atentamente cundo es que se pasa por los puntos de referencia estudiados anteriormente 7. La mquina tracciona hasta un punto en el cual el fierro falla, producindose el esfuerzo de rotura.
TOMA DE DATOSLos datos que usaremos para obtener la grfica DEFORMACIN vs DEFORMACIN LINEAL son los proporcionados por la mquina.ENSAYO: TRACCIN FIERRO CORRUGADO 5/8 N60L=22.3cmTRACCION (258)
P (Kg) (mm)
10.0653
10.0653
10.0653
10.0653
10.0653
10.0653
10.0653
10.0653
10.0653
10.0653
10.1306
10.1306
10.1306
20.1306
1223162.4921
1222462.4921
1221662.4921
1220962.4921
1220162.4921
1219362.4921
1218662.4921
1217762.5574
1216962.5574
1216062.5574
1215162.5574
1214062.5574
1212962.5574
1211762.5574
1210462.5574
1209062.5574
1207562.5574
1205962.5574
1204162.5574
1202362.6227
1200262.6227
1197762.6227
1194662.6227
1190562.6227
1129462.5574
605962.8186
322562.8186
171062.7533
NSAYO: TRACCIN FIERRO CORRUGADO 5/8 N60L=22.3cm TRACCION (266)
P (Kg) (mm)
00
00
00
10
10
30
40
40
40
50
60
80
110
120.0653
130.0653
140.0653
150.0653
160.0653
170.0653
170.0653
180.0653
190.0653
200.1306
200.1306
210.1306
220.1306
220.1306
230.1306
ENSAYO: COMPRESIN MADERA CORRIENTEL=31.5cmA = 4.9x4.9 cm2
COMPRESION (267)
P (Kg) (mm)
00
00
00
00
00
00
10
80
230
490.0653
800.0653
1120.0653
1420.0653
1700.1306
1970.1306
2230.1306
2480.1306
2710.1959
6830.3918
7080.3918
7310.3918
7550.3918
7790.3918
ENSAYO: TUBO LISOL=25cmA = 2.5x2.5 cm2
COMPRESION (268)
P (N) (mm)
00
00
00
10
50
160
300
450.0653
570.0653
680.0653
780.0653
890.1306
990.1306
1100.1306
1220.1306
1330.1306
1450.1306
1570.1959
1690.1959
1810.1959
1930.1959
2060.1959
2180.1959
2310.2612
2430.2612
2560.2612
2680.2612
2810.2612
2930.2612
3050.3265
3170.3265
ENSAYO: TUBO LISOL=25.1 cmA = 2.5x1.5 cm2
COMPRESION (269)
P (N) (mm)
00
00
00
00
00
10
20
30
40.0653
60.0653
70.0653
90.0653
100.0653
120.1306
140.1306
160.1306
180.1306
200.1306
220.1959
240.1959
260.1959
280.1959
300.1959
320.1959
340.2612
360.2612
390.2612
410.2612
440.2612
470.2612
500.3265
530.3265
RESULTADOSComo resultado obtenemos primeramente los esfuerzos normales, las deformaciones lineales y por ltimo las grficas de cada ensayo correspondientes a la ESFUERZO vs DEFORMACION LINEALENSAYO: TRACCIN FIERRO CORRUGADO 5/8 N60 (Kg/cm2)
00
00
00
00
00
00
00
0.507614210
0.507614210
0.507614210
0.507614210
0.507614210.00029283
0.507614210.00029283
0.507614210.00029283
0.507614210.00029283
0.507614210.00029283
0.507614210.00029283
0.507614210.00029283
0.507614210.00029283
0.507614210.00029283
0.507614210.00029283
0.507614210.00058565
0.507614210.00058565
0.507614210.00058565
1.015228430.00058565
1.015228430.00058565
1.015228430.00058565
1.015228430.00058565
1.015228430.00058565
1.015228430.00058565
1.015228430.00058565
1.015228430.00058565
1.015228430.00058565
1.015228430.00087848
1.015228430.00087848
1.015228430.00087848
1.522842640.00087848
1.522842640.00087848
ENSAYO: TRACCIN FIERRO CORRUGADO 5/8 N60 (N/cm2)
00
00
00
0.507614210
0.507614210
1.522842640
2.030456850
2.030456850
2.030456850
2.538071070
3.045685280
4.060913710
5.583756350
6.091370560.00029283
6.598984770.00029283
7.106598980.00029283
7.61421320.00029283
8.121827410.00029283
8.629441620.00029283
8.629441620.00029283
9.137055840.00029283
9.644670050.00029283
10.15228430.00058565
10.15228430.00058565
10.65989850.00058565
11.16751270.00058565
11.16751270.00058565
11.67512690.00058565
11.67512690.00058565
12.18274110.00058565
12.18274110.00058565
12.69035530.00058565
ENSAYO: COMPRESIN MADERA CORRIENTE (Kg/cm2)
00
00
00
00
00
00
0.041649310
0.33319450
0.957934190
2.040816330.0002073
3.331945020.0002073
4.664723030.0002073
5.914202420.0002073
7.080383170.0004146
8.204914620.0004146
9.287796750.0004146
10.32902960.0004146
11.28696380.0006219
12.2448980.0006219
13.16118280.0006219
14.03581840.0006219
14.86880470.0006219
15.66014160.0006219
16.45147860.00082921
17.24281550.00082921
18.03415240.00082921
18.86713870.00082921
19.74177430.00082921
20.61640980.00082921
21.5743440.00103651
22.53227820.00103651
23.49021240.00103651
24.48979590.00103651
25.48937940.00103651
26.44731360.00103651
27.44689710.00124381
28.44648060.00124381
29.48771350.00124381
ENSAYO: TUBO LISO (N/m2)
00
00
00
0.160
0.80
2.560
4.80
7.20.0002612
9.120.0002612
10.880.0002612
12.480.0002612
14.240.0005224
15.840.0005224
17.60.0005224
19.520.0005224
21.280.0005224
23.20.0005224
25.120.0007836
27.040.0007836
28.960.0007836
30.880.0007836
32.960.0007836
34.880.0007836
36.960.0010448
38.880.0010448
40.960.0010448
42.880.0010448
44.960.0010448
46.880.0010448
48.80.001306
50.720.001306
52.640.001306
54.560.001306
ENSAYO: TUBO LISO (N/m2)
00
00
00
00
00
0.266666670
0.533333330
0.80
1.066666670.00260159
1.60.00260159
1.866666670.00260159
2.40.00260159
2.666666670.00260159
3.20.00520319
3.733333330.00520319
4.266666670.00520319
4.80.00520319
5.333333330.00520319
5.866666670.00780478
6.40.00780478
6.933333330.00780478
7.466666670.00780478
80.00780478
8.533333330.00780478
9.066666670.01040637
9.60.01040637
10.40.01040637
CLCULOS
Frmulas que se han usado para determinar cada esfuerzo.
ExpresinExplicacinUnidad
tensin unitaria
[N/mm2]
Alargamiento unitarioadimensional
LAlargamiento medido[mm]
L0Longitud inicial[mm]
PCarga aplicada[N]
ASeccin transversal de la barra[mm2]
EMdulo de elasticidad[N/mm2]
Valores NominalesValores Reales
CONCLUCIONESEn este ensayo podemos apreciar varias propiedades mecnicas de los materiales frente a la compresin as como la deformacin que sufri nuestra muestra de madera La prctica fue realizada satisfactoriamente gracias a la maquina universal de gran precisin que tenemos en la facultad, la practica fue realiza por el docente del curso desde la toma de medidas hasta como acomodar la muestra de madera en la maquina universal la compresin realizada por la maquina universal Lo aprendido en la prctica nos servir a futuro ya que es experiencia que seguimos acumulando que nos servir de seguro en algn momento de nuestra carrera mostrndonos el comportamiento de materiales usados en las construcciones como acero y madera.Mediante el ensayo de compresin y traccin hemos conseguido: 1. Caracterizar y diferenciar las propiedades mecnicas de algunos materiales distintos frente a cargas de traccin concluyendo en: a. Determinacin de los valores de estriccin y alargamiento de prcticamente igual magnitud por ambos mtodos (distintas probetas) utilizando el mismo material. b. Determinacin de los valores caractersticos de las curvas en cada uno de los ensayos como la tensin de ruptura y la tensin de lmite elstico a partir de la cual el material mostrar un comportamiento plstico. Se observa, en ambos casos que para la probeta cilndrica (con ms cantidad de material) lgicamente la magnitud de la tensin de ruptura es mayor. c. Determinar como valor caracterstico del comportamiento de estos metales (medidos sobre la zona predictible o de comportamiento lineal) el mdulo elstico o mdulo de Young. 2. Familiarizarnos con estas tcnicas de ensayo, sus fundamentos y objetivos. 3. Familiarizarnos un poco ms con el empleo de herramientas en el laboratorio y las nuevas tcnicas y tecnologas aplicadas a estos ensayos. 4. Observar el efecto del tratamiento trmico (temple) sobre las propiedades mecnicas de los metales; incremento de la dureza y resistencia as como perdida de ductilidad (material mas frgil y rgido.
REGISTRO GRFICOGRFICAS ESFUERZO vs DEFORMACION UNITARIA
BIBLIOGRAFA
Pytel, A. & Singer, F.L. (1994). Resistencia de Materiales (4ta Ed.). Mxico: Alfaomega Grupo Editor S.A.Garca Cabrera, J. (2005) Elasticidad y Resistencia de Materiales. Cuestiones y Problemas. (1era Ed.). Espaa: Ganma Thompson, L. (2006). Wikipedia. https://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo_normalTapia Gonzales P. E. Universidad Annima de Nueva Len. http://gama.fime.uanl.mxPino A. Monografas.com. http://www.monografias.com/Martnez, P. & Azuaga, M. Fsica Recreativa. http://www.fisicarecreativa.com