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Análisis de Laboratorio con máquina universal de compresión
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN
ANTONIO ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERA
CIVIL
RESISTENCIA DE
MATERIALES
INFORME DE LABORATORIO: PRUEBAS
DE TRACCIN Y COMPRESIN
DOCENTE:
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 Objetivos
Hacer 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.
Ensayos
En 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 TERICO
Para el entendimiento completo del contenido del presente informe es necesario que se tenga
presente los conceptos que se describen a continuacin.
1. ESFUERZO SIMPLE
La fuerza por unidad de rea que soporta un material se suele denominar esfuerzo y se
expresa matemticamente:
=
Donde,
P : Carga aplicada
A : 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 aplicada
A : rea de la seccin transversal
2. DEFORMACIN
Es 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 CARACTERSTICOS
3.1.1. Lmite Proporcional
Es 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 elasticidad
3.1.2. Lmite elstico Es 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 ltimo
Es 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/Fractura
La tensin de fractura es llamada tambin tensin ltima por ser la ltima
tensin que soport el material.
PROCEDIMIENTO
Para 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 Traccin
A. PARA LA COMPRESIN
El 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 TRACCIN
Se sigue el procedimiento a continuacin descrito:
1. Tomamos nota de las dimensiones de la seccin transversal
2. 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 esfuerzo
4. 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 DATOS
Los datos que usaremos para obtener la grfica DEFORMACIN vs DEFORMACIN LINEAL son los
proporcionados por la mquina.
ENSAYO: TRACCIN FIERRO CORRUGADO 5/8 N60
L=22.3cm
TRACCION (258)
P (Kg) (mm)
1 0.0653
1 0.0653
1 0.0653
1 0.0653
1 0.0653
1 0.0653
1 0.0653
1 0.0653
1 0.0653
1 0.0653
1 0.1306
1 0.1306
1 0.1306
2 0.1306
12231 62.4921
12224 62.4921
12216 62.4921
12209 62.4921
12201 62.4921
12193 62.4921
12186 62.4921
12177 62.5574
12169 62.5574
12160 62.5574
12151 62.5574
12140 62.5574
12129 62.5574
12117 62.5574
12104 62.5574
12090 62.5574
12075 62.5574
12059 62.5574
NSAYO: TRACCIN FIERRO CORRUGADO 5/8 N60
L=22.3cm
TRACCION (266)
P (Kg) (mm)
0 0
0 0
0 0
1 0
1 0
3 0
4 0
4 0
4 0
5 0
6 0
8 0
11 0
12 0.0653
13 0.0653
14 0.0653
15 0.0653
16 0.0653
17 0.0653
17 0.0653
18 0.0653
19 0.0653
12041 62.5574
12023 62.6227
12002 62.6227
11977 62.6227
11946 62.6227
11905 62.6227
11294 62.5574
6059 62.8186
3225 62.8186
1710 62.7533
20 0.1306
20 0.1306
21 0.1306
22 0.1306
22 0.1306
23 0.1306
ENSAYO: COMPRESIN MADERA CORRIENTE
L=31.5cm A = 4.9x4.9 cm2
COMPRESION (267)
P (Kg) (mm)
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
1 0
8 0
23 0
49 0.0653
80 0.0653
112 0.0653
142 0.0653
170 0.1306
197 0.1306
223 0.1306
248 0.1306
271 0.1959
683 0.3918
708 0.3918
731 0.3918
755 0.3918
779 0.3918
ENSAYO: TUBO LISO
L=25cm A = 2.5x2.5 cm2
COMPRESION (268)
P (N) (mm)
0 0
0 0
0 0
1 0
5 0
16 0
30 0
45 0.0653
57 0.0653
68 0.0653
78 0.0653
89 0.1306
99 0.1306
110 0.1306
122 0.1306
133 0.1306
145 0.1306
157 0.1959
169 0.1959
181 0.1959
193 0.1959
206 0.1959
218 0.1959
231 0.2612
243 0.2612
256 0.2612
268 0.2612
281 0.2612
293 0.2612
305 0.3265
317 0.3265
ENSAYO: TUBO LISO
L=25.1 cm A = 2.5x1.5 cm2
COMPRESION (269)
P (N) (mm)
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
1 0
2 0
3 0
4 0.0653
6 0.0653
7 0.0653
9 0.0653
10 0.0653
12 0.1306
14 0.1306
16 0.1306
18 0.1306
20 0.1306
22 0.1959
24 0.1959
26 0.1959
28 0.1959
30 0.1959
32 0.1959
34 0.2612
36 0.2612
39 0.2612
41 0.2612
44 0.2612
47 0.2612
50 0.3265
53 0.3265
RESULTADOS
Como resultado obtenemos primeramente los esfuerzos normales, las deformaciones lineales y
por ltimo las grficas de cada ensayo correspondientes a la ESFUERZO vs DEFORMACION LINEAL
ENSAYO: TRACCIN FIERRO CORRUGADO 5/8 N60
(Kg/cm2)
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0.50761421 0
0.50761421 0
0.50761421 0
0.50761421 0
0.50761421 0.00029283
0.50761421 0.00029283
0.50761421 0.00029283
0.50761421 0.00029283
0.50761421 0.00029283
0.50761421 0.00029283
0.50761421 0.00029283
0.50761421 0.00029283
0.50761421 0.00029283
0.50761421 0.00029283
0.50761421 0.00058565
0.50761421 0.00058565
0.50761421 0.00058565
1.01522843 0.00058565
1.01522843 0.00058565
1.01522843 0.00058565
1.01522843 0.00058565
1.01522843 0.00058565
1.01522843 0.00058565
1.01522843 0.00058565
1.01522843 0.00058565
1.01522843 0.00058565
1.01522843 0.00087848
1.01522843 0.00087848
1.01522843 0.00087848
1.52284264 0.00087848
1.52284264 0.00087848
ENSAYO: TRACCIN FIERRO CORRUGADO 5/8 N60
(N/cm2)
0 0
0 0
0 0
0.50761421 0
0.50761421 0
1.52284264 0
2.03045685 0
2.03045685 0
2.03045685 0
2.53807107 0
3.04568528 0
4.06091371 0
5.58375635 0
6.09137056 0.00029283
6.59898477 0.00029283
7.10659898 0.00029283
7.6142132 0.00029283
8.12182741 0.00029283
8.62944162 0.00029283
8.62944162 0.00029283
9.13705584 0.00029283
9.64467005 0.00029283
10.1522843 0.00058565
10.1522843 0.00058565
10.6598985 0.00058565
11.1675127 0.00058565
11.1675127 0.00058565
11.6751269 0.00058565
11.6751269 0.00058565
12.1827411 0.00058565
12.1827411 0.00058565
12.6903553 0.00058565
ENSAYO: COMPRESIN MADERA CORRIENTE
(Kg/cm2)
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0.04164931 0
0.3331945 0
0.95793419 0
2.04081633 0.0002073
3.33194502 0.0002073
4.66472303 0.0002073
5.91420242 0.0002073
7.08038317 0.0004146
8.20491462 0.0004146
9.28779675 0.0004146
10.3290296 0.0004146
11.2869638 0.0006219
12.244898 0.0006219
13.1611828 0.0006219
14.0358184 0.0006219
14.8688047 0.0006219
15.6601416 0.0006219
16.4514786 0.00082921
17.2428155 0.00082921
18.0341524 0.00082921
18.8671387 0.00082921
19.7417743 0.00082921
20.6164098 0.00082921
21.574344 0.00103651
22.5322782 0.00103651
23.4902124 0.00103651
24.4897959 0.00103651
25.4893794 0.00103651
26.4473136 0.00103651
27.4468971 0.00124381
28.4464806 0.00124381
29.4877135 0.00124381
ENSAYO: TUBO LISO
(N/m2)
0 0
0 0
0 0
0.16 0
0.8 0
2.56 0
4.8 0
7.2 0.0002612
9.12 0.0002612
10.88 0.0002612
12.48 0.0002612
14.24 0.0005224
15.84 0.0005224
17.6 0.0005224
19.52 0.0005224
21.28 0.0005224
23.2 0.0005224
25.12 0.0007836
27.04 0.0007836
28.96 0.0007836
30.88 0.0007836
32.96 0.0007836
34.88 0.0007836
36.96 0.0010448
38.88 0.0010448
40.96 0.0010448
42.88 0.0010448
44.96 0.0010448
46.88 0.0010448
48.8 0.001306
50.72 0.001306
52.64 0.001306
54.56 0.001306
ENSAYO: TUBO LISO
(N/m2)
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0.26666667 0
0.53333333 0
0.8 0
1.06666667 0.00260159
1.6 0.00260159
1.86666667 0.00260159
2.4 0.00260159
2.66666667 0.00260159
3.2 0.00520319
3.73333333 0.00520319
4.26666667 0.00520319
4.8 0.00520319
5.33333333 0.00520319
5.86666667 0.00780478
6.4 0.00780478
6.93333333 0.00780478
7.46666667 0.00780478
8 0.00780478
8.53333333 0.00780478
9.06666667 0.01040637
9.6 0.01040637
10.4 0.01040637
CLCULOS
Frmulas que se han usado para determinar cada esfuerzo.
Expresin Explicacin Unidad
A
P
tensin unitaria
[N/mm2]
0L
L Alargamiento unitario adimensional
L Alargamiento medido [mm]
L0 Longitud inicial [mm]
P Carga aplicada [N]
A Seccin transversal de la barra [mm2]
E Mdulo de elasticidad [N/mm2]
Valores Nominales Valores Reales
0A
P 1R
0L
L 1LogR
CONCLUCIONES
En 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 GRFICO
GRFICAS ESFUERZO vs DEFORMACION UNITARIA
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
-0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025
ESFU
ERZO
DEFORMACION UNITARIA
TUBO (ENS 268)
TUBO (ENS 268)
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
-0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
ESFU
ERZO
DEFORMACION UNITARIA
FIERRO (ENS 258)
FIERRO (ENS 258)
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
TUBO (ENS 269)
TUBO (ENS 269)
-100
0
100
200
300
400
500
600
-0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035
ESFU
ERZO
DEFORMACION UNITARIA
MADERA 267
MADERA 267
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
-0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
ESFU
ERZO
DEFORMACION UNITARIA
FIERRO (ENS 266)
FIERRO (ENS 266)
BIBLIOGRAFA
Pytel, A. & Singer, F.L. (1994). Resistencia de Materiales (4ta Ed.). Mxico: Alfaomega Grupo Editor
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Garca Cabrera, J. (2005) Elasticidad y Resistencia de Materiales. Cuestiones y Problemas. (1era
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Thompson, L. (2006). Wikipedia. https://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo_normal
Tapia Gonzales P. E. Universidad Annima de Nueva Len. http://gama.fime.uanl.mx
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Martnez, P. & Azuaga, M. Fsica Recreativa. http://www.fisicarecreativa.com
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