Ensayo De Materiales

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

ENSAYE DE MATERIALES

M. EN C. JOSE RUBEN AGUILAR SANCHEZ

INTEGRANTES:

GARCIA CRUZ JUAN MANUEL

LANDEROS FLORES ZAMIR

PEREZ JULIAN GERARDO

SANCHEZ RAYON ANTONIO DE JESUS

SEVILLA FRAGOSO MARCOS

TOLEDO FUENTES AISHE

PRACTICA No.4:

RESISTENCIA A LA COMPRESION

EQUIPO No. 2

“ENSAYE DE RESISTENCIA A LA COMPRESION”

3RM1

CARRERA: ING. EN ROBOTICA INDUSTRIAL

ENSAYE DE COMPRESION

¿Qué es un ensaye de compresión?

El ensayo de compresión es un ensayo técnico para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión. Se realiza preparando probetas normalizadas que se someten a compresión en una máquina universal.

Equipo 2

27/09/2010

Nombre de la Práctica:

Ensaye de compresión

Objetivo:

Realizar un ensaye de compresión en madera y observar el comportamiento esfuerzo deformación que el material sufre al ser sometido a una carga en dirección y perpendicular a la fibra y así mismo determinar características y propiedades de dicho material al ser sometido a estas condiciones.

Justificación:

• Saber las propiedades mecánicas de la madera.

• En el diseño o construcción de estructuras u objetos que soporten cargas, saber el material adecuado para ello.

• Elegir el material adecuado para procesos donde se ejerzan compresiones sobre ellos.

Equipo Utilizado:

Prensa hidráulica universal

• Marca: AMSLER

• Capacidad: 10 Toneladas

Partes:

1. Chasis 10. Porta Plumilla Válvulas de descarga (izquierda) y

2. Gabinete de Control carga (derecha)

3. Indicador de Carga 11. Placa metálica donde es aplicada la carga

4. Tambor Graficador 12. Mesa de trabajo plana

5. Porta plumilla

6. Postes

7. Bastidor Fijo

8. Bastidor Móvil

9. Mordazas superior e inferior

Metodología:

Siendo la metodología un conjunto de procedimientos, utilizados para alcanzar el objetivo de esta práctica. La serie de pasos seguidos se muestran a continuación:

1. Conocimiento de práctica a efectuarse, respecto a la Compresión de la madera en dirección de las fibras y perpendicular a las fibras.

2. Como primer paso del proceso, se formó un equipo de trabajo de seis personas, García Cruz Juan Manuel, Landeros Flores Zamir Pérez Julián Gerardo, Sánchez Rayón Antonio de Jesús, Sevilla Fragoso Marcos y Toledo Fuentes Aishe, alumnos del grupo 3RM1 de la ESIME U. A.

3. Indicación de los objetivos de la práctica.

4. Asignación del material a utilizar: Cubo de Pino de Primera, con dimensiones de 4 cm. Esta asignación fue dada por el M. en C. José Rubén Aguilar Sánchez, responsable de la asignatura Ensaye de Materiales, a la cual corresponde la elaboración de la práctica.

5. Búsqueda del material asignado en diversas madererías ubicadas en la ciudad de México, dedicadas a la distribución de maderas.

6. Adquisición del material en la Maderería Ara Ubicada en Degollado 202, San Juan de Dios, C.P. 56169, Texcoco Estado de México.

7. Verificación de dimensiones de la pieza.

8. Búsqueda de las normas que rigen el procedimiento del ensayo de Compresión. Éstas fueron solicitadas y proporcionadas por la Biblioteca de ESIQIE del Instituto Politécnico Nacional, ubicada en Unidad Profesional Adolfo López Mateos s/n Edificios 6, 7, y 8. Col. San Pedro Zacatenco C.P. 07738 Del. Gustavo A. Madero, México D. F.

9. Se investigó las principales propiedades físicas, químicas y mecánicas con las que cuenta la madera de Pino.

* Estas propiedades se muestran en la sección “Tablas y Datos obtenidos” de este reporte.

10. Inspección de la probeta:

Ésta debe ser cubica y tener dimensiones de 4 cm.

11. Conocimiento sobre la maquina a utilizar en el ensaye, la cual es la misma utilizada en el ensaye anterior de Tensión.

12. Arribo al laboratorio de Ciencias de los Materiales, el día lunes, 13 de septiembre en el horario correspondiente, de 10:00 a 11:30 hrs.

13. Procedimiento de Ensaye de Compresión para Madera de Pino de Primera:

I. Colocar la escala circular de 0 a 10000 Kg en la caratula principal.

II. Colocar contrapeso de 10 toneladas.

III. Seleccione el pistón de 10 toneladas.

IV. Montar el dispositivo de base para probeta

V. Colocar la escala de 10 TON y el contrapeso en el orificio correspondiente a dicha carga.

VI. Formar una cámara hidráulica o colchón de aceite.

VII. Cerrar válvula de descarga (izquierda).

VIII. Abrir la válvula de carga (derecha) hasta que el embolo de trabajo en la prensa se observe una franja roja y se cierra la válvula.

IX. Ajustar a 0 la manecilla de carga con la tuerca moleteada que se encuentra en la cremallera.

X. Montar probeta en la base circular del portamesa de trabajo, procurando quede lo más en el centro posible, la probeta se coloca con la carga perpendicular a la fibra.

XI. Preparar el tambor graficador. Montar el papel de tal forma que quede perfectamente adherido al tambor.

XII. Aplicarle a la probeta una carga inicial de 10 Kg.

XIII. Montar el micrómetro de variaciones o deformimetro en la mesa de trabajo en la prensa y ajustar a 0.

XIV. Registrar los datos del ensayo (deformación y tiempo) en dirección a la fibra, con respecto a las cargas que se nos indico el encargado del laboratorio el Sr. Octavio Arzave Barrera.

Los datos del ensayo se pueden ver en el punto de “Tablas y Datos Obtenidos”.

XV. Se extrae la probeta deformada de la prensa, para proceder a realizar el ensayo al otro cubo, pero esta vez colocando la carga en dirección a la fibra.

XVI. Se prepara de Nuevo el Tambor Graficador.

XVII. Se aplica a la probeta una carga inicial de 10 Kg.

XVIII. Se monta el micrómetro de variaciones o deformimetro en la mesa de trabajo en la prensa y ajustar a 0.

XIX. Y se registran los datos del ensayo (deformación y tiempo) esta vez en dirección perpendicular a la fibra, con respecto a las cargas que se nos indico el encargado del laboratorio el Sr. Octavio Arzave Barrera.

Los datos del ensayo se pueden ver en el punto de “Tablas y Datos Obtenidos”.

14. Una vez fracturada la segunda probeta se extrae de la prensa y se proceden a realizar las mediciones del cubo.

15. Realización de las Graficas de Carga-Deformación y Carga-Tiempo, y los cálculos siguientes:

A) Esfuerzo En El Límite Elástico

B) Deformación Total

C) Modulo Elástico

D) Deformación Unitaria Longitudinal

E) Resilencia

F) % De Acortamiento O Deformación

G) Modulo De Resilencia

H) Deformación Transversal

I) Esfuerzo De Fluencia

J) % De Deformación Transversal

K) Esfuerzo Máximo A La Compresión

L) Relación De Poisson

 Los datos de estas propiedades se localizan en “Tablas y Datos Obtenidos”, así también los cálculos para los resultados de estos en “Cálculos”.

16. Discusión de conclusiones deducidas por los integrantes del equipo de trabajo a partir de las observaciones y resultados obtenidos.

17. Cotización de los cubos de madera de pino, en algunas otras madererías del Estado de México y el Distrito Federal

*Las cotizaciones aparecen en la sección “Cotización” de este reporte.

18. Cotización del ensayo de Compresión en compañías que realizan ese tipo de trabajos. Cabe aclarar que las cotizaciones se dieron por vía telefónica y de forma electrónica, estableciendo contactos indirectos con el personal.

*Los detalles de la cotización, al igual que especificaciones de las empresas que lo realizan, se sitúan en la sección “Cotizaciones” del reporte.

19. Realización del presente reporte técnico, en el cual se presentan de forma ordenada los recursos ocupados para la elaboración de la práctica y los resultados obtenidos.

Tablas y Datos Obtenidos:

Grafica carga-deformación con carga perpendicular a la fibra

Grafica carga-deformación con carga perpendicular a la fibra

Grafica carga-deformación con carga en dirección a la fibra

Grafica carga-deformación con carga en dirección a la fibra

Grafica tiempo-deformación con carga en dirección a la fibra

Grafica carga-deformación con carga perpendicular a la fibra

Cálculos, Resultados y Graficas:

1.- Calculo del Esfuerzo Máximo soportado por la probeta:

• Perpendicular a la fibra.

Donde Pmax=3700kg y el Área inicial= (4.06cm)2=16.4836cm2 sustituyendo.

• En dirección a la fibra: Ocupando la misma fórmula en donde:

Pmax=7800kg y Área= (4.04)2=16.3116cm2 Sustituyendo.

2.- De acuerdo a los datos obtenidos la madera ocupada para la prueba de compresión, es de Pine Southern Yellow Sand (valor más próximo en la norma ASTM D 2555)

Especie Modulus of Rupture (psi) Esfuerzo Máximo D.F Shear Strength Esfuerzo máximo P.F

Pine Sand 7500 6813.08 1143 3191.89

3.- Calculo del Porcentaje de Error.

• Dirección a la Fibra: Tomando los datos de la tabla anterior y sustituyendo en la formula de %E tenemos.

• Perpendicular a la Fibra: Tomando los datos de la tabla anterior y sustituyendo en la formula %E tenemos.

4.- Grado de Esbeltez

• Dirección a la fibra.

El grado de esbeltez= Dimensión vertical de la probeta/Dimensión más pequeña de la sección transversal.

Si nuestra figura es un cubo de lado L=4cm, tenemos que:

G.E=4cm/4cm= 1

• Perpendicular a la fibra.

Al ser la misma probeta. G.E=4cm/4cm= 1

5.- Coeficiente de elasticidad o modulo de Young.

• Dirección a la fibra: Debido a que la grafica no es muy clara en la delimitación de la zona elástica no podemos realizar este calculo

• Perpendicular a la fibra.

Donde: E=Coeficiente de elasticidad.

ε = Deformación y σ = Esfuerzo

Sustituyendo cualquier datos dentro de la zona elástica. ε = 0.045cm σ=30.33kg/cm2

6.- Esfuerzo en el límite elástico.

• Dirección a la fibra: Debido a que la grafica no es muy clara en la delimitación de la zona elástica no podemos realizar este calculo

• Perpendicular a la fibra: Empleamos la siguiente formula

De acuerdo a la grafica el limite elástico está ubicado en el punto donde la carga es de P= 2300kg Sustituyendo en la formula. Junto a nuestra A1= 16.4836

7.- Resiliencia.

• Dirección a la fibra: Debido a que la grafica no es muy clara en la delimitación de la zona elástica no podemos realizar este calculo

• Perpendicular a la fibra: Para calcular la Resiliencia empelamos la siguiente formula.

P= Carga en el limite elástico

ζ = Deformación correspondiente dentro del límite elásticos

Sustituyendo los datos P=2300kg y ζ= 2.6mm

8.- Deformación Total, Unitaria y Porcentaje de deformación.

• Dirección a la fibra.

Deformación total = ζ = H1 – Hf = 40.4mm-35.4mm = 5mm

Deformación unitaria = ε = ζ/L1= 5mm/40.4 = 0.123mm

Porcentaje de deformación = % ε = ε x 100= 12.37%

• Perpendicular a la fibra.

Deformación total =ζ = H1 – Hf = 40.6mm-31.4mm = 9.2mm

Deformación unitaria = ε = ζ/L1= 9.2mm/40.6 = 0.22mm

Porcentaje de deformación = % ε= εx100= 22.9%

Tablas y Resultados.

Datos Calculados

Especie Modulus of Rupture (psi) Esfuerzo Máximo D.F (psi) %E Shear Strength (psi) Esfuerzo máximo P.F (psi)

Pine Sand 7500 6813.08 9.158 1143 3191.89

Propiedad Dirección a la Fibra Perpendicular a la Fibra

Esfuerzo Máximo 6813.08 psi 3191.89 psi

Grado de Esbeltez (Probeta) 1 1

Coeficiente de Elasticidad N/A* 674 Kg/cm2

Esfuerzo en el Limite Elástico N/A* 139.53 Kg/cm2

Resilencia N/A* 2990Kgmm=299kgcm

Deformación Total. 5mm 9.2mm

Deformación Unitaria 0.123mm 0.22

%Deformación 12.3% 22.9%

* Debido a que la grafica no es muy clara en la delimitación de la zona elástica no podemos realizar este cálculo.

Datos Obtenidos Durante el Ensaye.

Dirección a la Fibra

Deformación (centesimas de cm) Carga (Kg) Esfuerzo (Kg/Cm2) Tiempo (s)

0 0 0 0

0 100 6.12 0

0 400 24.5 11.84

6 800 49.01 19.42

14 1200 73.5 27.34

24 1600 98.02 34.2

29 2000 122.53 41.14

35 2400 147.04 47.58

45 2800 171.55 54.25

49 3200 196.05 60.75

55 3600 220.56 67

59 4000 254.03 73

65 4400 269.58 80

70 4800 294.08 86

75 5200 318.58 93

80 5600 343.1 99

88 6000 367.61 107

94 6400 392.11 114

102 6800 416.62 121

120 7200 441.13 130

300 7600 465.68 141

320 5850 162

Perpendicular a la Fibra.

Deformación (centesimas de cm) Carga (Kg) Esfuerzo (Kg/Cm2) Tiempo (s)

0 0 0 0

0 50 3.03 0

10 100 6.06 2.83

22 200 12.13 7.72

31 300 20.88 11.52

39 400 24.26 14.72

45 500 30.33 17.35

51 600 36.39 20.46

54 700 42.46 23.32

62 800 48.53 26

74 900 54.49 28.38

90 1000 60.66 31.13

110 1100 66.73 33.31

125 1200 72.79 36.38

133 1300 78.86 38.68

145 1400 85.78 42.67

153 1500 90.99 45

165 1600 97.06 46.21

178 1700 103.1328 49.07

188 1800 109.19 53.21

197 1900 115.266 55.48

207 2000 121.33 74

220 2100 127.399 77

239 2200 133.46 85

260 2300 139.5 88

300 2400 145.6 90

335 2500 151.66 92

370 2600 157.73 94

410 2700 163.69 96

448 2800 169.86 98

495 2900 175.93 101

530 3000 182.99 102

584 3100 188.08 103

645 3200 194.13 104

697 3300 200.19 105

760 3400 206.26 106

809 3500 212.33 107

865 3600 218.39 108

905 3700 224.46 109

Video del ensaye de compresión (seguir el siguiente link)

Video ensayo de compresion

Conclusiones Técnicas:

Justificación: en el diseño de algún componente o sistema se debe tener una noción de las propiedades mecánicas de los materiales, para que puedan soportar una determinada carga que afectara a los componentes o sistemas que se diseñaran.

Equipo Utilizado: en el caso del equipo usado para ejecutar la prueba de compresión, la prensa hidráulica utilizada en esta prueba se encuentra diseñada para ejercer la carga en el tiempo especificado por la norma utilizada, salvo por la calibración, lo que en la realización de la prueba pudo haber causado una desviación del valor real.

Metodología

En el ensaye es necesario seguir una serie de pasos que nos permitan obtener cálculos y resultados eficientes y así obtener un buen diagnostico de nuestro material.

En el proceso fue necesario obtener las normas del ensaye de compresión para la madera las cuales se rigen por la norma ASTM D/1037. Sin embargo en los cálculos debíamos tener en cuenta el error humano para la lectura, y los errores dados por la calibración de las maquinas a utilizar.

Datos Obtenidos:

La madera de pino presenta mayor esfuerzo máximo, cuando la carga se aplica en perpendicular a la fibra que cuando es en dirección a la fibra.

La probeta presenta un esfuerzo máximo, mayor cuando se aplica una carga perpendicular a la fibra debido a que en este caso las fibras se deslizan sobre si, aumentando.

Cuando se aplico la carga perpendicular a la fibra, se obtuvo una mayor deformación, que en dirección a la fibra.

Los datos obtenidos durante la práctica nos indican que cuando la carga es aplicada en dirección a la fibra, la probeta no presenta prácticamente zona elástica.

En el caso de la carga perpendicular a la fibra no se presento ruptura de la probeta debido a que la las fibras se deslizan entre sí.

Cálculos y graficas.

La finalidad principal de las pruebas de ensaye es determinar las propiedades mecánicas del material ensayado, por medio de cálculos podemos obtener por ejemplo resistencia máxima y coeficiente de elasticidad.

Una forma práctica de reflejar los datos obtenidos y así tener una mejor apreciación de éstos es mediante las tablas y gráficas. En éstas la información es visualizada para su análisis, que lleven a conclusiones concretas. Por ejemplo, en las gráficas de la presente práctica, se observan de manera clara el punto de ruptura, la carga máxima soportada por la madera, su comportamiento ante un esfuerzo aplicado causando una deformación, etc., que facilitan el análisis.

Normatividad:

en el ensayo de compresión se hizo con referencia el método ASTM D-1037 y se compararon los datos obtenidos con la norma ASTM D-2555. Basados en las mismas se hicieron los cálculos solicitados por dichas normas, así como otros solicitados por el profesor. Cabe mencionar que no se tuvieron en consideración todas las recomendaciones de la norma, ejemplo de ello fue que no se realizo la prueba en húmedo, requerida por la norma; así como la determinación de la humedad y el peso especifico de la madera. Igualmente se destaca que los resultados obtenidos varían de acuerdo a la dirección de la fibra (se menciona en la norma) y los resultados difícilmente coincidirán con los mencionados en la ASTM D-2555 por la alta anisotropía de la madera.

Cotización:

 Se anexa un archivo PDF en el disco.

Fuentes de Información:

Manual de normas ASTM

NORMA ANSI/ASTM D-1037-78

PAGS. 299 A LA 306, 318, 319

NORMA ANSI/ASTM D 255

PAGS. 748

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