LAB02 Compresion - Nota: 18 PDF

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Warning: TT: undefined function: 32 Warning: TT: undefined function: 32UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ -UTPENSAYO DE LABORATORIO DETRACCIONFacultad: Ingeniería.Especialidad: Ingeniería Civil.Curso: Elasticidad y Resistencia de Materiales.Sección: 13932Integrantes:a) U18100663 - Marengo Tejada Jonel...

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ UTP ENSAYO DE LABORATORIO DE TRACCION Facultad: Ingeniería. Especialidad: Ingeniería Civil. Curso: Elasticidad y Resistencia de Materiales. Sección: 13932 Integrantes: a) U18100663 - Marengo Tejada Jonella Arianna. b) U19205103 - Avendaño Quispe Ingrid Karime. c) 1631604 - Medina Avalos Luis Ángel.

Lima, 15 de octubre del 2020.

1. INTRODUCCION DEL ENSAYO DE LABORATORIO El término ensayo a la compresión usualmente se usa para referirse a ensayos en los cuales una probeta preparada es sometida a una carga monoaxial gradualmente creciente (es decir, estática) hasta que ocurre la falla. En un ensayo de compresión, se logra sometiendo una pieza de material a una carga en los extremos que produce una acción aplastante. Con excepción de algunas piezas de ensayo arbitrariamente formadas, las probetas son cilíndricas o prismáticas en su forma y de sección transversal constante a lo largo del tramo dentro del cual las mediciones se toman. Las probetas en compresión quedan limitadas a una longitud tal que el flambeo debido a la acción columnar no constituya un factor. Así (con ciertas excepciones), se hace un intento para obtener una distribución uniforme del esfuerzo directo sobre secciones críticas normales a la dirección de la carga. En los materiales dúctiles las características mecánicas a la compresión son similares a las de tracción con excepción en la fase de rotura que se produce por aplastamiento o escurrimiento del material el cual dependerá de su ductilidad, puede a veces no llegará una ruptura propiamente dicha.

2. OBJETIVOS DEL ENSAYO DE LABORATORIO Estudiar el comportamiento de los materiales metálicos sometidos a cargas de compresión, determinarlas propiedades mecánicas (esfuerzo de cedencia, esfuerzo de rotura, rigidez), conocer los factores que influyen en los resultados del ensayo, los tipos de fallas, familiarizarse con los lineamientos de la norma ASTM E-9 (Ensayo de compresión a materiales metálicos).

3. EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS  Máquina de Ensayo Universal SM1000 con capacidad máxima de 100 kN con una potencia de 230 voltios, 50Hz, monofásico. (ver Figura 1)  Sistema hidráulico de aplicación de carga de accionamiento manual.  Sensores de fuerza.  Indicador digital de desplazamiento.  Probeta talladas adecuadamente de PVC para ensayo de compresión (ver Figura 2).  Pie de Rey con carrera máxima de 150 mm.  Unidad de Adquisición de datos VDAS; parte del equipo que trae este ensayo universal.  Software de adquisición de datos para el equipo de ensayo de materiales SM1000

Figura 1: Máquina de Ensayo Universal SM1000 con capacidad máxima de 100 kN.

Figura 2: Probeta de PVC para ensayo de compresión.

4. FUNDAMENTO TEORICO DE LA EXPERIENCIA QUE SE VA A REALIZAR Un ensayo de tracción simple suele proporcionar datos suficientes para determinar las propiedades mecánicas en los materiales metálicos (dúctiles). En estos materiales, los límites de rendimiento bajo tensión y compresión son generalmente los mismos. Por lo tanto, no es necesario realizar la prueba de compresión en materiales altamente dúctiles tal como la mayoría de aleaciones de Al. Sin embargo, en algunos materiales, tales como los frágiles y fibrosos, la resistencia a la tracción es considerablemente diferente de la resistencia a la compresión como se ve en la Figura 1. Por lo tanto, es necesario probar ellos bajo tensión y compresión por separado.

Los materiales frágiles, tales como hierro fundido y hormigón, son a menudo frágiles en tensión debido a la presencia de grietas y defectos microestructurales. Sin embargo, estos materiales pueden llegar a ser muy resistente al ensayo de compresión, debido al hecho de que la prueba de compresión tiende a aumentar las áreas de sección transversal en las probetas, evitando así la formación de un cuello de botella cuando la probeta está sometida a un esfuerzo de tensión. Las expresiones matemáticas que vamos a utilizar en este ensayo de compresión son: Variación de las dimensiones del material, mediante la ecuación:

ΔL= Varianza de la longitud

Lf= Longitud final L0= Longitud inicial La deformación unitaria de la probeta, mediante la ecuación:

Lf= Longitud final L0= Longitud inicial El esfuerzo generado por unidad de área, tal como se muestra en la siguiente ecuación:

F= Carga aplicada ΔA= Varianza del área d= diametro De las ecuaciones (1) y (2) podemos calcular el Módulo de Elasticidad, de la siguiente forma:

ΔL= Varianza de la longitud L0= Longitud inicial ΔA= Varianza del área F= Carga aplicada El Módulo de Elasticidad permite evaluar el carácter de mayor o menor rigidez del material, es importante mencionar que este parámetro es inherente al material.

5. PROCEDIMIENTO QUE HEMOS SEGUIDO PARA REALIZAR ESTE ENSAYO  Se toma las medidas geométricas de la probeta, para esto se usa el vernier, la regla metálica y se anota en la tabla de datos geométricos de la probeta (tabla 1).  Se realizan las marcas a la distancia (L0), teniendo en cuenta no maltratar al material esto se realizaría si el extensómetro es del tipo mecánico, si es del tipo eléctrico se puede solo marcar la probeta.

 Registra la toma de datos en el reloj de carga digital para anotar las cargas y el extensómetro para anotar las deformaciones longitudinales.  Al final de la rotura de la pieza se toma medidas finales de la geometría de la probeta.  Se analiza el tipo de fractura.

6. DATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO Tabla Nº1: Se indican los valores geométricos obtenidos de la probeta de PVC negra sometida al ensayo de compresion. Material

Lo(mm)

Lf(mm)

do(mm)

df(mm)

%ΔL/Lo

%ΔA/Ao

Probeta de PVC negra Area inicial Area final

7.8 5.35 6.47

6.15

2.61

2.871

-21.15%

20.93%

Fuente: Se realizó la tabla con datos de videos y datos virtuales, en la universidad tecnológica del Perú.

Referencias: L0 = Longitud inicial de la probeta Lf = Longitud final de la probeta d0 = Diámetro inicial de la probeta df = Diámetro final de la probeta A0 = Sección transversal inicial de la probeta 𝑑2

A= πx 4

Tabla Nº2: Se indican los datos experimentales del alargamiento (mm) y la fuerza aplicada (kN) de la probeta negra de PVC sometida al ensayo de compresión; (tomamos 25 datos tal como se indicó en clase). F (kN) 0 4.5 9.2 13.5 18.2 22.9 27.5 32.2 36.5 40.1 42.5 44

ΔL (mm) 0 0.28 0.53 0.76 1.03 1.3 1.59 1.9 2.24 2.64 3.12 3.7

43.7 41.7 38.8 36.3 33.1 33.2 33.5 33.4 30 30 34.9 38 39.7

4.42 5.23 6 6.78 8.88 9.34 10.16 10.81 11.66 12.9 13.26 13.65 14.2

Fuente: Se realizó la tabla con datos de videos y datos virtuales, en la universidad tecnológica del Perú.

Tabla Nº3: Se muestran los cálculos obtenidos del esfuerzo máximo (σmax) y determinacion del Módulo de Elasticidad (E) de la probeta negra de PVC sometida al ensayo de compresion; (En los puntos 7.b y 7.c se explica detalladamente como se hallaron estos valores) Material

σy max

E (MPa)

(MPa) Probeta negra de

82,242.99

3.49x10^6

PVC Fuente: Se realizó la tabla con datos de videos y datos virtuales, en la universidad tecnológica del Perú.

7. RESULTADOS OBTENIDOS a)

Se muestra los valores y la gráfica del Esfuerzo-Deformación de la

probeta negra de PVC. Tabla Nº4: Se indican los valores del esfuerzo (Mpa) y la deformación unitaria (m) de la

probeta negra de PVC, hallamos estos valores utilizando estas 2 fórmulas:

F(kN)

ΔL(mm)

0 4.5 9.2 13.5 18.2 22.9 27.5 32.2 36.5 40.1 42.5 44 43.7 41.7 38.8 36.3 33.1 33.2 33.5 33.4 30 32.8 30 34.9 38 39.7

0 0.28 0.53 0.76 1.03 1.3 1.59 1.9 2.24 2.64 3.12 3.7 4.42 5.23 6 6.78 8.88 9.34 10.16 10.81 11.66 12.11 12.9 13.26 13.65 14.2

Ɛ Deformación unitaria (mm) 0 0.0036 0.0068 0.0097 0.0132 0.0167 0.0204 0.0244 0.0287 0.0338 0.04 0.0474 0.0567 0.0671 0.0769 0.0869 0.1138 0.1197 0.1303 0.1386 0.1495 0.1553 0.1654 0.17 0.175 0.1821

,

σ Esfuerzo (Mpa) 0 8,411.22 17,196.26 25,233.65 34,018.69 42,803.74 51,401.87 60,186.92 68,224.30 74,953.27 79,439.25 82,242.99 81,682.24 77,943.93 72,523.36 67,850.47 61,869.16 62,056.07 62,616.82 62,429.91 56,074.77 61,308.41 56,074.77 65,233.64 71,962.62 74,205.61

Fuente: Se realizó la tabla con datos de videos y datos virtuales, en la universidad tecnológica del Perú.

Gráfico Nº1: Se muestra el comportamiento de la probeta de PVC negra a compresión.

Universidad tecnológica del Perú (UTP)

ESFUERZO-DEFORMACION DE LA PROBETA NEGRA DE PVC

90000

Esfuerzo maximo

ESFUERZO (MPA)

80000

Esfuerzo de rotura

70000 60000

Esfuerzo de fluencia

50000 40000

1mm

30000 20000

1mm

10000

mm

0 0

0.02

0.04

0.06

0.08 0.1 0.12 0.14 DEFORMACION UNITARIA (MM)

0.16

0.18

0.2

b) Se muestra la gráfica y el valor del módulo de elasticidad de la probeta negra de PVC

El módulo de elasticidad de esta probeta sometido a compresión se ha deducido de la gráfica, se ha evaluado de la formula, se ha trazado una recta horizontal y una recta vertical, determinamos la tg del ángulo, y por últimos para poder hallar los valores de la deformación unitaria y del esfuerzo, utilizamos la formula Universidad tecnológica del Perú (UTP)

MODULO DE ELASTICIDAD DE LA PROBETA NEGRA DE PVC

90000

ESFUERZO (MPA)

80000 70000 60000 50000

σ

40000

1mm

30000

20000

E

1mm

10000

mm

0 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

DEFORMACION UNITARIA (MM)

0.16

0.18

0.2

c) Se muestra el valor del esfuerzo máximo a la compresión de la probeta negra de PVC El esfuerzo máximo a la compresión lo hemos calculado a partir de la curva EsfuerzoDeformación, donde llega a su punto máximo, en donde indicamos el esfuerzo máximo a la compresión en el punto a Universidad tecnológica del Peru (UTP)

ESFUERZO MAXIMO Y COMPRESION DE LA PROBETA NEGRA DE PVC

90000

a.σmaximo

80000

ESFUERZO (MPA)

70000 60000 50000 40000

1mm

30000 20000

1mm

Deformacion maxima

10000

mm

0 0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

DEFORMACION UNITARIA (MM)

Esfuerzo máximo a la compresión = 82,242.99Mpa. d) Se muestra el valor del acortamiento porcentual de la probeta negra de PVC sometido a compresión. El valor del acortamiento porcentual de la probeta negra de PVC lo hallamos con la formula %ΔL/Lo, %ΔL/Lo = -21.15% La medida es negativa y eso significa que la probeta se está acortando e) Se muestra el valor del ensanchamiento del área El ensanchamiento del área empieza pasando la zona elastica, en el video no nos mostraron el diámetro final, pero en clase nos dio el valor de que el diámetro final es el 10% más al diámetro inicial.

El ensanchamiento del área seria: A. final – A. inicial = 6.47 – 5.35 = 1.12 mm f) Tipo de fractura El tipo de fractura no se pudo apreciar en el video por ese motivo nuestro grupo asumió que el tipo de fractura que sufrió la probeta fue de tipo Buckling.

8. OBSERVACIONES  Antes del ensayo pudimos observar que la probeta presentada tenía un pulido en su superficie que era el adecuado para el laboratorio de compresión.  Al inicio del video pudimos observar que en el momento de la medición de la probeta el ingeniero no lo mide en una superficie, eso puede influir en la medición y obtener un mal dato  Es necesario tomar más de una medida a la probeta para poder sacar un promedio.  Al momento de realizar las marcas en la probeta el ingeniero no explica porque dibujo dos marcas en la probeta.  Se pudo observar que la persona que actuaba sobre la bomba hidráulica tenía algunas intermitencias ya que se debe hacer de forma lenta y con una presión constante.  Al realizar las medidas finales de la probeta el ayudante no mide el diámetro final y es necesario tomar alrededor de 5 medidas para poder sacar un promedio final.  El ingeniero no muestra la fractura que obtuvo la probeta y no pudimos determinar qué tipo de fractura era.

9. RECOMENDACIONES  El asistente debe hacer las mediciones con el pie de rey en una mesa de laboratorio para tener un apoyo, así no tener un margen de error mayor. También se debe realizar más de una medición a la probeta inicial y no como se vio en el video que solo se realizó una, esto es para obtener mediciones más precisas.  La forma de someter el ensayo a compresión fue incorrecta porque no se debe realizar el manejo de la prensa hidráulica de una manera rápida. La prensa hidráulica se debe accionar de una manera lenta hasta que se produzca la fractura en la probeta de PVC.

 La marca que se realiza a la probeta se debe respetar de acuerdo a las normas internacionales, pero también se deben hacer de una forma adecuada con la regla metálica. Esta marca sirve para notar la diferencia cuando se produce la fractura.  Se debe tomar varias medidas finales a la probeta de PVC después que se le aplicó el esfuerzo de compresión.  No se debe olvidar informar las medidas del diámetro final para poder realizar los cálculos y no deducir que aumenta un 10% de su diámetro porque es un ensayo de compresión.

10.

CONCLUSIONES

 En el ensayo se pudo observar el comportamiento en la práctica del material a esfuerzos de compresión y se logró analizar las propiedades mecánicas en este tipo de fractura.  Se realizó la gráfica de esfuerzo VS deformación con los datos evaluados en el presente laboratorio, para calcular el módulo de elasticidad y saber cómo se comporta la probeta en el esfuerzo de fluencia, máximo y de rotura. Sabiendo que se presentaron algunos errores en las mediciones de las probetas y en el accionar de la prensa hidráulica.  Se pudo conocer sobre los lineamientos ASTM E-9 y que es importante respetar las normas internacionales que influyeron en la realización del ensayo de la probeta de PVC....