Guía De Laboratorios CI - 34A

Guía de Laboratorios CI - 34A

Materiales de Construcción

(versión en revisión)

OTOÑO 2003

INTRODUCCIÓN

Intrucciones Generales

Los requerimientos serán:

 Escrito en tercera persona

 Autosuficientes en objetivos y alcances

 Sin faltas de ortografía

 Diseño apropiado de textos, gráficos y tablas

 Amigables con el lector

Se recomienda leer la Norma Chilena sobre confección de informes.

Además, en la primera página deberá presentarse la siguiente información (de carácter obligatorio):

Esquina superior Izquierda Universidad de Chile

Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

Departamento de Ingeniería Civil

Al centro de la página y en forma destacada:

Informe de Materiales de la Construcción

Código Curso: CI34A

Informe Nº n

Nombre del Informe

En la esquina inferior derecha, datos personales:

Nombre Alumno:

Grupo : n

Sección : m

Ayudante :

Fecha Realización:

Fecha Entrega:

LABORATORIO Nº1

Ensayos de tracción y compresión de diversos materiales

 Estructura del Informe

1 Introducción (Breve y concisa)

1.1) Introducción General: Objetivos, materiales utilizados (dimensiones, características físicas, etc.).

1.2) Introducción teórica: sólo fórmulas a utilizar numeradas con números arábigos, con breve explicación de las variables.

1.3) Metodología empleada para los ensayos de tracción y compresión.

2 Cálculos

2.1) Tablas y gráficos con los valores de las cargas, los alargamientos, las tensiones unitarias y las deformaciones unitarias.

3 Comentarios y conclusiones.

3.1) Se harán los comentarios que procedan respecto a los resultados de los ensayos, en especial sobre comparación del comportamiento de los diversos materiales, en cuanto a tensión de rotura, alargamiento y forma de rotura.

 Desarrollo Explicativo

Introducción y Objetivos

Hacer ver el comportamiento mecánico de diversos materiales frente a cargas de compresión y de tracción. Se ha elegido una serie de materiales que cubren un ámbito bastante 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 características de la zona de rotura. El ámbito abarcado va desde los materiales llamados frágiles, o sea, los que tienen muy poca deformación antes de la rotura, hasta los muy deformables, como la goma, pasando por los dúctiles, cuyas deformaciones antes de la rotura son notorias.

Materiales

• Tracción : Acero dulce, fierro fundido, polímeros, goma.

• Compresión : Aluminio, fierro fundido, madera, tubo delgado de acero.

Ensayos

En cada ensayo se aplicará carga en forma lenta y se irán distinguiendo las etapas que se van produciendo en el material a medida que la carga aumenta. La carga se hará 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.

Polímeros y goma

Se ensayará una probeta a tracción hasta la rotura, otra se cargará y a incrementos de 25% de alargamientos se medirá la carga, hasta llegar a la rotura. Se registrará la carga, y el alargamiento de rotura; se hará un gráfico carga alargamiento y se procederá a hacer un croquis de la probeta en la rotura.

Datos

En cada caso se anotarán:

1- Dimensiones de las probetas

2- Longitud entre marcas

3- Cargas aplicadas en las diferentes etapas

4- Alargamientos medidos

5- Croquis de las probetas:

a) En el estado inicial;

b) En cada etapa importante del ensayo, por ejemplo probeta alargada, probeta rota mostrando la zona de rotura.

6- Estimación del alargamiento a la rotura.

LABORATORIO Nº2

Comportamiento del Acero

 Estructura del Informe

1 Introducción (Breve y concisa)

1.4) Introducción General: Objetivos, materiales utilizados (dimensiones, características físicas, etc.).

1.5) Introducción teórica: sólo fórmulas a utilizar numeradas con números arábigos, con breve explicación de las variables.

1.6) Metodología empleada para los ensayos.

2 Cálculos

2.1) Acero dulce.

2.1.1) Tabla con tensiones unitarias , deformaciones unitarias, , en los puntos característicos, A, B, C, D; tensiones y deformaciones unitarias reales ( , ) para la zona posterior al escalón de fluencia.

2.1.2) Cálculo del módulo de elasticidad; cálculo de la resiliencia para la etapa elástica y para los ciclos de carga y descarga.

2.1.3) Módulo de elasticidad y coeficiente de Poisson (barra plana). Se calcularán estos valores a partir de las rectas de mejor ajuste.

En todos los cálculos usar sólo cifras significativas

2.2) Gráficos

2.2.1) Acero dulce: Gráfico con diagrama en zonas elástica, plástica y ciclos carga y descarga, en el cual, además, se dibujará la curva de valores corregidos - , en la zona de endurecimiento.

2.2.2) Acero duro: Gráfico con

3 Comentarios y conclusiones

3.1) Comparación de los valores característicos entre acero dulce y acero duro

3.2) Interpretar el área encerrada en cada ciclo de carga y descarga

3.3) Importancia del proceso llamado "tratamiento en frío"

3.4) Comparación de los valores de E y de obtenidos en los diferentes ensayos con los valores corrientemente aceptados.

 Desarrollo Explicativo

Introducción y Objetivos

Al someter a tracción una barra de acero se producen deformaciones, las que, dentro de cierto intervalo, son proporcionales a la carga aplicada, es decir, cumplen con la ley de Hooke, que expresada en forma de ecuación, queda como sigue:

( 1 )

en que:

Tabla Nº1

Expresión Explicación Unidad

tensión unitaria

[N/mm2]

Alargamiento unitario adimensional

L

Alargamiento medido [mm]

L0 Longitud inicial [mm]

P Carga aplicada [N]

A Sección transversal de la barra [mm2]

E Módulo de elasticidad [N/mm2]

Esta expresión, en un gráfico es una recta de coeficiente angular E, que pasa por el origen.

Fig. Nº1

Acero dulce

Si cada par de valores correspondientes a un mismo estado de carga se lleva a un gráfico, se obtiene la Figura 1 (esquemática). En ella se pueden definir puntos o zonas características.

Entre C y D las deformaciones son de tal orden de magnitud que se hace necesario corregir los valores nominales y convertirlos a valores reales.

Tabla Nº2

Valores Nominales Valores Reales

La tensión y la deformación unitaria reales en la rotura se pueden deducir por cálculo midiendo la estricción en la zona de rotura.

Tracción en etapas de carga y descarga en acero dulce

Si el acero se deforma hasta más allá de la fluencia, al descargarse, por ser un material dúctil, queda con deformaciones permanentes, recuperándose la deformación elástica; es decir, si traccionamos hasta el punto b de la Fig.2, y descargamos quedará con una deformación O2.

Fig. Nº2

Ahora bien, si esta barra se somete nuevamente a tracción, la curva que se obtendrá será ab'c, observándose que el punto de fluencia del material se eleva. Este aumento de la fluencia va acompañado por una pérdida de ductilidad (disminución del % de alargamiento a la rotura) Este proceso de endurecimiento se denomina "tratamiento en frío". En la Fig.2 se muestran dos etapas de carga-descarga.

Acero duro

El acero duro, a diferencia del dúctil, no tiene fluencia claramente definida, por eso, se define convencionalmente como la tensión que produce una determinada deformación permanente, por ejemplo, 0.2%. Además, tanto la tensión de fluencia como la de rotura de estos aceros son muy superiores a las del acero dulce; esto se aprecia claramente en la Fig. 1, en que se ha trazado un diagrama correspondiente a un acero duro.

EJERCICIO DE LABORATORIO

Se someterá a tracción una barra de acero dulce. A esta barra se le medirá el diámetro, en mm. Se le harán marcas a distancias iguales entre ellas en una longitud de 200mm. Se le adosará un extensómetro automático de modo que las deformaciones queden registradas simultáneamente con la carga aplicada. En primer lugar, se aplicará una carga hasta más allá de la fluencia y a continuación se descargará la barra registrándose todo el ciclo; después se aplicará un nuevo ciclo de carga descarga

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