Ensayos a los Materiales de Construccion PDF

Preview

Summary

Download Ensayos a los Materiales de Construccion PDF

Description

Ensayos a los Materiales de Construcción

Ricardo Daniel Ramírez Morales Abril - 2017 Universidad Politécnica Salesiana Ingeniería civil Ensayo de Materiales

2 Contenido

Pág.

Ensayos en Hormigón ............................................................................................................. 3 Ensayos en Mezcla Fresca .................................................................................................. 3 Ensayo de Cono Abrams. ............................................................................................... 3 Ensayo de penetración (semiesfera de Kelly)................................................................. 4 Ensayos en Hormigón Endurecido. .................................................................................... 6 Ensayo de Compresión ................................................................................................... 6 Ensayo de Flexión .......................................................................................................... 7 Prueba de Esclerómetro .................................................................................................. 7 Prueba de velocidad de pulsos ultrasónicos ................................................................... 8 Ensayo a los Aceros................................................................................................................ 9 Ensayo de Tensión .............................................................................................................. 9 Ensayo de Flexión ............................................................................................................ 10 Ensayo de Torsión ............................................................................................................ 11 Ensayo de Dureza ............................................................................................................. 12 Ensayo de Ultrasonido...................................................................................................... 13 Ensayos en Madera ............................................................................................................... 15 Ensayo de Compresión ..................................................................................................... 15 Ensayo de Flexión ........................................................................................................... 15 Referencias ........................................................................................................................... 17

3 Ensayos en Hormigón Ensayos en Mezcla Fresca Durante el periodo en que el Hormigón se comporta como un líquido se lo denomina en estado fresco. El lapso dura aproximadamente entre 1 y 3 horas. Se le pueden realizar los ensayos de consistencia y penetración Ensayo de Cono Abrams. Las muestras deben extraerse directamente de la canaleta de la hormigonera en el momento de la descarga y nunca del hormigón colocado en los encofrados o descargado en el suelo. Si el ensayo se realiza para determinar la aceptabilidad del hormigón, las muestras deberán tomarse después de haber descargado los primeros y antes de los últimos 250 litros (1/4 m3) del pastón (Alvarez, 2017).

Figura 1. Determinación de la consistencia por el ensayo del tronco de cono.

Si el hormigón desciende de una forma uniforme se tienen conos válidos, pero hay veces que la mitad del cono desliza a lo largo de un plano inclinado obteniéndose un asiento oblicuo provocado por una deformación por cortante. En este caso debe repetirse el ensayo, y si se siguen obteniendo conos similares habrá que modificar la dosificación, debido a que estas deformaciones son sintomáticas de mezclas carentes de cohesión (Alvarez, 2017).

4 Una recomendación de (Alvarez, 2017) es que “Nunca debe utilizarse el hormigón empleado en el ensayo de Cono para confeccionar probetas para ensayo de resistencia”. Las normas que rigen este ensayo son las ASTM C143 o INEN 1778 Tabla 1: Numero de Capas Requeridas y Profundidad por Probeta

Fuente: (Instituto Ecuatoriano del Cemento y el Concreto, 2017) Tabla 2: Varillas de Compactación y Número de Golpes

Fuente: (Instituto Ecuatoriano del Cemento y el Concreto, 2017) Ensayo de penetración (semiesfera de Kelly) Para este ensayo se utiliza un dispositivo semiesférico de acero, con un vástago graduado en cm de ½ cm, provisto de una manija en su extremo superior, con un peso total de 13.620 +-45 gramos, la semiesfera está vinculada con un armazón liviano (que se apoya sobre la superficie del hormigón), desplazable con respecto a la esfera. Para la acción de este

5 ensayo de penetración se coloca la semiesfera sobre la superficie del hormigón fresco, ya compactado y se deja penetrar la semiesfera en el interior de la masa hasta detenerse, se procede a medir la

penetración leyendo en la escala graduada del vástago el valor

correspondiente a la intersección de vástago con el armazón liviano, el cual queda apoyado en la superficie del hormigón sin hundirse (Zuñiga & Guevara, 2017).

Figura 2. Bolla de Kelly

Medición de la penetración El valor determinado en cm, es el valor de la penetración; que mide la consistencia del hormigón, mediante ensayos paralelos de asentamiento de tronco cónico y penetración de la semiesfera, se contrasta de esta para correlacionar penetraciones con asentamientos; este ensayo es apto para determinar la consistencia de hormigones correspondientes a estructuras extensas y horizontales, tales como losas de entrepisos y pavimentos (hormigones de asentamientos menores a 10 cm) (Zuñiga & Guevara, 2017)

6 Tabla 3: Tabla de correlación Asentamiento (cm) 2,5 5,0 7,5 10,0 Fuente: (Zuñiga & Guevara, 2017)

Penetración (cm) 1,9 3,1 4,3 5,5

Ensayos en Hormigón Endurecido. Se utilizan muchas pruebas para evaluar las propiedades del hormigón endurecido, bien en el laboratorio bien a pie de obra. Algunas de estas pruebas son destructivas, mientras que otras no lo son Ensayo de Compresión La prueba se realiza con probetas cilíndricas y está estandarizada por la norma ASTMC39. La probeta se prepara en el laboratorio o a pie de obra de acuerdo con ASTM C192 o C31, respectivamente. También puede horadarse un testigo en la propia estructura de acuerdo con la norma ASTM C42 (Mamlouk & Zaniewski, 2009).

Figura 3. Prueba de resistencia a la compresión.

El tamaño estándar de las probetas es de 0,15 m (6pulgadas) de diámetro y de 0,30 (12 pulgadas) de altura, aunque también pueden utilizarse otros tamaños que tengan una

7 relación diámetro-altura igual a dos. El diámetro de la probeta debe ser de al menos tres veces el tamaño máximo nominal del árido grueso del hormigón (Mamlouk & Zaniewski, 2009). Ensayo de Flexión La prueba de resistencia a la flexión (ASTM C78) es importante para el diseño y la construcción de carreteras y pavimentos de hormigón para aeropuertos. La probeta se prepara en el laboratorio o a pie de obra de acuerdo con ASTM C192 o C31, respectivamente.

Figura 4. Prueba de resistencia a la flexión

Pueden utilizarse distintos tamaños de probeta. Sin embargo, la muestra debe tener una sección transversal cuadrada y una longitud igual a tres veces la profundidad de la probeta. Las dimensiones típicas son una sección transversal de 0,15 m por 0,15 m (6 pulgadas por 6 pulgadas) y una longitud de 0,30 m (18 pulgadas) (Mamlouk & Zaniewski, 2009). Prueba de Esclerómetro La prueba es muy simple de realizar y está estandarizada en la norma ASTMC805. Para realizar la prueba, el aparato debe colocarse perpendicular a una superficie de hormigón suave y limpia

8

Figura 5. Esclerómetro para la evaluación no destructiva del hormigón endurecido.

Los resultados del esclerómetro también se ven afectados por otros diversos factores, como las vibraciones locales, la existencia de partículas de árido grueso en la superficie y la existencia de huecos cerca de la superficie. Para reducir el efecto de estos factores, es deseable promediar entre 10 y 12 lecturas obtenidas en diferentes puntos del área sometida a ensayo (Mamlouk & Zaniewski, 2009). Prueba de velocidad de pulsos ultrasónicos La prueba de velocidad de pulsos ultrasónicos (ASTM C597) mide la velocidad de una onda ultrasónica que atraviesa el hormigón. Esta prueba se utiliza para detectar grietas, discontinuidades o deterioros internos en la estructura del hormigón (Mamlouk & Zaniewski, 2009).

9 Ensayo a los Aceros Las probetas de ensayo pueden tener diversas formas, como barra, tubo, alambres, sección plana y probeta entallada, dependiendo del propósito de la prueba y de la aplicación. Ciertos métodos de fabricación, como la flexión, el conformado y el soldado, o cier-tas operaciones que implican calentamiento, pueden afectar a las propiedades del material bajo prueba (Mamlouk & Zaniewski, 2009). Ensayo de Tensión La prueba de tensión (ASTM E8) del acero se realiza para determinar la resistencia de fluencia, el punto de fluencia, la resistencia de fractura (tracción), la elongación y la reducción de área. Típicamente, la prueba se realiza a temperaturas comprendidas entre 10ºC y 35ºC (Mamlouk & Zaniewski, 2009).

Figura 6. Probetas para ensayos de tensión con sección transversal redondeada y rectangular.

La

probeta de ensayo puede tener su tamaño completo o ser mecanizada para que

adopte una cierta forma, según se prescriba en las especificaciones de producto del material que se esté probando. Es deseable utilizar un área transversal pequeña y situada en la parte central de la probeta, para garantizar que la fractura se produzca dentro de la longitud nominal (Mamlouk & Zaniewski, 2009).

10

Figura 7. Máquina para Ensayos de Tension en Aceros

Según (Mamlouk & Zaniewski)“Los aceros con distintos contenidos de carbono presentan diferentes relaciones esfuerzo-deformación. Al incrementar el contenido de

carbono del acero, se incrementa el esfuerzo de fluencia y se reduce la ductilidad (págs. 120,121). Ensayo de Flexión La prueba evalúa la capacidad del acero, o de una soldadura, de no presentar fisuras durante la flexión. Esta prueba se efectúa flexionando la probeta un ángulo determinado y con un radio de curvatura interior especificado. La norma a utilizar para este ensayo es la norma ASTM E290

11

Figura 8. Ensayo de Flexión en Varillas de Acero

En el libro de (Mamlouk & Zaniewski) indica que “La prueba de flexión se realiza aplicando una fuerza transversal a la probeta en la parte que está siendo flexionada, normalmente en su centro. Pueden emplearse tres disposiciones distintas” (pág. 128).

Figura 9. Esquemáticos de aparejos para pruebas de flexión semiguiadas (ASTM E290).

Ensayo de Torsión La prueba de torsión {ASTM E143) se utiliza para determinar el módulo de rigidez de los materiales estructurales. El módulo de rigidez se emplea en el diseño de elementos

12 sujetos a torsión, como ejes rotatorios y muelles helicoidales de compresión. En esta prueba, se carga una probeta cilíndrica o tubular, bien de forma incremental o continua, aplica ndo un par externo para provocar una torsión uniforme dentro de la longitud nominal (Mamlouk & Zaniewski, 2009).

Figura 10. Aparato de pruebas de torsión.

Ensayo de Dureza Uno de los métodos comúnmente utilizados para medir la dureza del acero y de otros metales es la prueba de dureza de Rockwell (ASTM E18). En esta prueba, se determina la profundidad de penetración de un cono de diamante, o de una bola de acero, dentro de la probeta, en condiciones fijas (Mamlouk & Zaniewski, 2009).

Figura 11. Máquina para medir Dureza Rockwell

13 Primero se aplica una carga de 10 kg, seguida de una carga adicional. El número de Rockwell, que es proporcional a la diferencia de penetración entre las cargas preliminar y total, se lee en un dial, una pantalla digital, un puntero u otro dispositivo de la máquina. Habitualmente, se utilizan dos escalas: B y C. La escala B utiliza un indentador de bola de acero de 1,588 mm (1/16 pulgada) y una carga total de 100 kg, mientras que la escala C emplea un indentador esfero cónico de diamante con un ángulo de 120 y una carga total de 150 kg (Mamlouk & Zaniewski, 2009).

Figura 12. Secuencia de cargas, F, y profundidades en el ensayo Rockwell.

Para probar acero muy delgado o capas superficiales muy delgadas, se utiliza la prueba de dureza superficial de Rockwell. Se usan sendas cargas preliminar y total más pequeñas. El número de dureza de Rockwell se indica mediante un número seguido del símbolo HR y de otro símbolo que representa el indentador y las fuerzas utilizadas. Por ejemplo, 68 HRC indica un número de dureza de Rockwell igual a 68 en la escala C de Rockwell (Mamlouk & Zaniewski, 2009). Ensayo de Ultrasonido Las pruebas ultrasónicas son un método no destructivo de detección de fallos en los materiales. Resultan particularmente útiles para la evaluación de soldaduras. Durante la

14 prueba, se dirige una onda sonora hacia la unión soldada y esa onda se refleja en las discontinuidades (Mamlouk & Zaniewski, 2009).

Figura 13. Esquema general del proceso

Un sensor captura la energía de la onda reflejada y los resultados se muestran en un osciloscopio. Este método es altamente sensible para la detección de defectos planares, como pueda ser una fusión incompleta de la soldadura, una delaminación o la existencia de fisuras (Mamlouk & Zaniewski, 2009).

15 Ensayos en Madera En (Mamlouk & Zaniewski, 2009) indica que “La norma ASTM D 143 presenta los estándares de ensa yo completos para probetas pequeñas y limpias de madera. Esta norma proporciona descripciones completas relativas a la obtención, preparación y ensayo de las muestras” (pág. 437). Ensayo de Compresión El ensayo de compresión paralelo a la veta se realiza con probetas de 50 x 50 x 200 mm (2 x 2 x 8 pulgadas) o 25 x 25 x 100 mm (1 x 1 x 4 pulgadas.).

Figura 14. Diferencias en la Resistencia de Compresión según orientación de las Fibras

El ensayo de compresión perpendicular a la veta se realiza con probetas de 50 x 50 x 150 mm (2 x 2 x 6 pulgadas). La carga se aplica mediante una placa de soporte metálica de 50 mm (2 pulgadas.) de anchura, centrada sobre la superficie superior de la probeta (Mamlouk & Zaniewski, 2009).

Ensayo de Flexión Encontramos que según (Mamlouk & Zaniewski, 2009)“El ensayo de flexión estática se realiza con probetas de 50 x 50 x 760 mm (2 x 2 x 30 pulgadas) o 25 x 25 x 410 mm (1 x 1 x 16 pulgadas)” (pág. 437).

16

Figura 15. Probeta y Ubicación de la Carga para Ensayo

Más allá del límite de proporcionalidad, las lecturas de flexión suelen medirse con una galga, hasta el límite de lectura del aparato, normalmente de 25 mm). En el ensayo se registran la carga y la deflexión de la primera fractura, la carga máxima y los puntos de cambio súbito. La apariencia de la fractura se describe Como quebradiza o fibrosa. Una apariencia quebradiza indica una fractura limpia, mientras que la fibrosa indica una fractura con astillado (Mamlouk & Zaniewski, 2009).

Figura 16: Diferencias en la Resistencia de Cortante según orientación de las Fibras

17 Referencias Alvarez, F. (3 de Abril de 2017). Universidad de Oviedo. Obtenido de Escuela de Ingenieria en

Minas,

Energia

y

Materiales:

http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/MedidaConsistenciaHORMIGON.ConoABRAM S.pdf Camposano, J. (4 de Abril de 2017). Instituto Ecuatoriano del Cemento y el Concreto. Obtenido

de

Control

de

Calidad

en

el

Hormigon:

http://inecyc.org.ec/documentos/notas_tecnicas/CONTROL_CALIDAD_HORMIG ON.pdf Mamlouk, M., & Zaniewski, J. (2009). Materiales para la Ingenieria (2° ed.). Madrid, España: Pearson Educacacion. Zuñiga, A., & Guevara, M. (3 de Abril de 2017). ACADEMIA.EDU. Obtenido de Ensayos que

se

Realizan

en

Concreto

Fresco:

https://www.academia.edu/9864813/UNIVERSIDAD_TECNICA_PARTICULAR_ DE_LOJA_ENSAYOS_QUE_SE_REALIZAN_AL_CONCRETO_EN_ESTADO_ FRESO...