INFORME DE LABORATORIO MECANICA DE MATERIALES

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  UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS

FACULTAD DE INGENIERÍA

Docente: Luis Carlos Castillo Martinez

Sección: CV53

Integrantes:

• Alejandra del Pilar Cuellar Yanac
• Grace Kelly Silva Santisteban Trujillo
• Hairo Ronal Chipana Zedano
• Jhon Hurtado Palacios
• Miguel Angel Taya

2021-1

INTRODUCCIÓN

El conocimiento de las características mecánicas de los materiales es de suma importancia para el ingeniero civil, ya que con una mezcla de conocimiento y experiencia resolverá problemas en la vida diaria, problemas que a menudo están ligados al comportamiento mecánico de los materiales.

1 ENSAYO DE TRACCIÓN DEL ACERO NTP/ASTM A 370

1.1 OBJETIVO

• Reconocer y analizar el comportamiento del acero al ser sometido a carga axial de tracción.
• Reconocer y diferenciar las etapas o zonas de comportamiento del material.
• Determinar las propiedades mecánicas del acero sometido a carga axial de tracción.
• Construir e interpretar la gráfica Esfuerzo Vs Deformación para el ensayo de tracción.
• Determinar el esfuerzo de fluencia, límite elástico, módulo de elasticidad, elongación o alargamiento, estricción y el esfuerzo de rotura.
• Reconocer y diferenciar la ductilidad y la fragilidad, así como la tenacidad y la resiliencia.

1.2 FUNDAMENTO TEÓRICO

1.2.1 Propiedades Mecánicas de los Materiales

Cuando un sistema estructural, o un elemento estructural, se somete a solicitaciones externas, sus componentes sufren esfuerzos y se deforman. La relación entre estos esfuerzos y las deformaciones depende del material empleado (propiedades mecánicas del material).

Tipos de Comportamientos:

La capacidad de deformación de un elemento, junto a su capacidad de recuperación de forma, son características propias de cada material. A continuación, se explican los tipos de comportamiento que existen.

1. Comportamiento elástico e inelástico

Si una muestra de acero se somete a un proceso de carga, en que el esfuerzo que se genera está por debajo del esfuerzo del límite elástico, al retirar la carga el elemento recupera sus dimensiones iniciales. Esto se puede interpretar como el trabajo efectuado por la carga, que se almacena como energía potencial interna en la probeta, y esta energía sirve para que, durante el proceso de descarga, la probeta recupera sus dimensiones iniciales.

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Figura N°1 – Diagrama Carga vs. Deformación - Comportamiento Elástico Fuente – REMM Curso Multimedia de Resistencia de Materiales - PUCP

En cambio, si una probeta se carga más allá del límite elástico y luego se descarga, la probeta ya no recupera sus dimensiones iniciales, y queda con una deformación permanente. Este tipo de comportamiento se denomina comportamiento inelástico y se debe a que solo una parte del trabajo que realiza la carga se logra almacenar como energía interna, y el resto se pierde al producir un cambio permanente en la estructura interna del material.

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Figura N°2 – Diagrama Carga Vs Deformación – Comportamiento Inelástico Fuente – REMM Curso Multimedia de Resistencia de Materiales - PUCP

1. Comportamiento Dúctil y Frágil

Algunos materiales pueden desarrollar grandes deformaciones más allá de su límite elástico. Este tipo de comportamiento se denomina ductilidad, y se refleja en la presencia de un escalón de fluencia en el diagrama de Esfuerzo Vs Deformación, que viene acompañado del fenómeno de estricción. El acero dulce, el cobre y el aluminio son ejemplos de materiales que tienen este tipo de comportamiento.

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Figura N°3 – Diagrama Esfuerzo Vs Deformación – Comportamiento Dúctil Fuente – REMM Curso Multimedia de Resistencia de Materiales – PUCP

Otros materiales como el vidrio, la piedra o el concreto, tienen una capacidad reducida de deformación más allá del rango elástico. Este tipo de comportamiento se denomina fragilidad, y se caracteriza porque se alcanza la rotura de manera repentina, sin presentar deformaciones importantes.

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Figura N°4 – Diagrama Esfuerzo Vs Deformación - Comportamiento Frágil Fuente – REMM Curso Multimedia de Resistencia de Materiales - PUCP

1.2.2 Diagrama Esfuerzo Vs Deformación del Acero

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Figura N°5 – Diagrama Esfuerzo Vs Deformación del Acero Fuente – REMM Curso Multimedia de Resistencia de Materiales – PUCP

En una primera etapa de carga, la deformación crece linealmente con el aumento del esfuerzo (aumento de carga). La pendiente de este tramo inicial recto se conoce como.

1.2.3 Módulo de Elasticidad.

El punto A hasta donde se mantiene esta relación lineal se conoce como límite de proporcionalidad, debido a que las deformaciones son proporcionales a los esfuerzos; en esta etapa se cumple la Ley de Hooke.

Si se incrementa ligeramente la carga más allá del punto A, la relación lineal se pierde. Sin embargo, si no se ha pasado al punto B, y se retira la carga, la probeta recupera completamente sus dimensiones iniciales. Estas características de recuperación completa de la forma se denominan comportamiento elástico, y el intervalo en que se produce (segmento OB en la curva) se denomina zona elástica del material.

Si a partir del punto B, se sigue aplicando carga, la probeta sigue formándose e ingresa a una zona denominada, Zona de Fluencia, zona en que la deformación crece apreciablemente sin que se produzca un incremento del esfuerzo. Los puntos C y D, corresponden al inicio y al final del denominado Escalón de Fluencia. El esfuerzo por el cual se inicia este fenómeno, se conoce como esfuerzo de fluencia (σf).

Si se sigue incrementando la carga, se incrementan las deformaciones, y el material entra a una zona denominada de endurecimiento. En esta zona el incremento de deformaciones también viene acompañado de un incremento de esfuerzos, hasta llegar a su valor máximo, denominado esfuerzo último (σu).

A partir de este punto, se incrementan las deformaciones de la muestra, el esfuerzo disminuye, y se produce una disminución apreciable del diámetro en una zona de la muestra (probeta), adquiriendo la apariencia de un cuello de botella. Este fenómeno se conoce como estricción, y da inicio a la rotura de la probeta. La deformación máxima (ϵu) que alcanza corresponde al instante de la rotura.

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Figura N°6 – Zona de Estricción

Fuente – REMM Curso Multimedia de Resistencia de Materiales - PUCP

1.2.4 Tenacidad y Resiliencia

La cantidad de energía involucrada en el proceso de deformación de un elemento es una característica propia del material, que suele expresarse por unidad de volumen y corresponde al área bajo la curva Esfuerzo vs Deformación.

La resiliencia se define como la máxima cantidad de energía por unidad de volumen que pueda almacenar un material en el rango elástico y por tanto corresponde al área mostrada en la figura 7.

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 Figura N°7 – Diagrama Esfuerzo Vs Deformación - Resiliencia Fuente – REMM Curso Multimedia de Resistencia de Materiales – PUCP

Por otro lado, la máxima cantidad de energía por unidad de volumen que se necesita emplear para llevar a un material hasta la rotura, se denomina tenacidad y corresponde a toda el área bajo la curva Esfuerzo Vs Deformación

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 Figura N°8 – Diagrama Esfuerzo Vs Deformación – Tenacidad Fuente – REMM Curso Multimedia de Resistencia de Materiales - PUCP

 1.3 EQUIPOS USADOS PARA EL ENSAYO

• Equipos de aplicación de carga, provisto de una celda de carga de 100KN de capacidad máxima.
• Extensómetro automático, el cual permite medir deformaciones en forma automática durante el proceso de ensayo.
• Calibrador vernier con precisión a 0.01mm para tomar las dimensiones iniciales y finales de la muestra a ensayar.
• Computador provisto de software donde se registran los datos del ensayo (el mismo que controla el ensayo).

 1.4 PROCEDIMIENTO

• Antes de iniciar el ensayo se deben de tener preparadas las muestras de acero (barras de 22 cm de longitud).
• Las muestras de acero se deben colocar en el centro de las mordazas; estas deben ser resistentes y de superficie rugosa para evitar el deslizamiento o escape de la muestra.
• La muestra deberá ser ajustada por los sistemas de mordazas con la fuerza necesaria para mantener su fijación.
• Una vez instalada la muestra en el centro de las mordazas, se determina el diámetro (“Di”) promedio de 2 lecturas consecutivas con un vernier, y la longitud entre mordazas (longitud de la muestra al inicio del ensayo Lo).
• Se coloca en el centro de la muestra un sensor, el cual permite llevar los datos registrados al computador, y mediante el software construir la curva de Esfuerzo Vs Deformación.
• En el computador se colocan las cargas a la cual va a someterse la muestra, teniendo en cuenta, que al inicio del ensayo la deformación debe ser igual a cero.
• Se inicia el ensayo teniendo en cuenta la siguiente recomendación:

o Intervalo Elástico: usar una velocidad igual o inferior al 5% de la longitud entre marcas por minuto (0.05Lo/min) o un aumento de la tracción de (10N/mm2) /min

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