Laboratorio de Tracción UTP (Resistencia de Materiales) PDF

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NOMBRE Y APELLIDO:GONZALO RAÚL VASQUEZ SOLANOUSECCIÓN:11851TEMA:LABORATORIO TRACCIONLIMA – PERU2021I. OBJETIVOS:Estudiar y analizar el comportamiento de el material que sesometerá a cargas de compresión, para determinar suspropiedades mecánicas (mediante deformación y esfuerzo),conocer los factores ...

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NOMBRE Y APELLIDO: GONZALO RAÚL VASQUEZ SOLANO U17104250

SECCIÓN: 11851

TEMA: LABORATORIO TRACCION

LIMA – PERU 2021

I.

OBJETIVOS: Estudiar y analizar el comportamiento de el material que se someterá a cargas de compresión, para determinar sus propiedades mecánicas (mediante deformación y esfuerzo), conocer los factores que influirán para llegar al fallo y posteriormente a la ruptura.

II.

FUNDAMENTOS TEORICOS 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.

Figura 1. Curvas de compresión y para (a) Hierro fundido gris GCI y (b) Hormigón

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. En un ensayo de compresión se recomienda calcular el acotamiento de la probeta metálica, variación de las dimensiones del material, mediante la ecuación: ∆𝐿 = 𝐿𝑓𝑓 − 𝐿0 Por tanto podemos definir la deformación unitaria de la probeta, como la variación en las dimensiones del material después de estar sometida a un esfuerzo de compresión, mediante la ecuación:

Esta deformación es consecuencia de la carga aplicada a la probeta, es decir, al esfuerzo generado por unidad de área, tal como se muestra en la siguiente ecuación:

De las ecuaciones (1) y (2) podemos calcular el Módulo de Elasticidad, de la siguiente forma:

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. III.

HERRAMIENTAS, MATERIALES, INSUMOS, ETC. • Un Vernier marca, sensibilidad de 0,05 mm

• Una regla metálica de 80cm, sensibilidad 1mm.pr

• Seguros (mordazas)

• Probetas de acero normalizadas.

PROVETA SIN TRATAMIENTO TERMICO

PROVETA CON TRATAMIENTO TERMICO

• Maquina Universal de Tracción SM 1000 – 100kN.

• Sistema hidráulico de aplicación de carga de accionamiento manual.

IV.

PROCEDIMIENTOS

• •

•

• • •

V.

Se toman las medidas de las probetas (longitud, diámetro y longitud total de la probeta) Se realiza las marcas correspondientes alas probetas, para que en base a ello se tomen y se comparen las medidas iniciales y finales. Se tensa la probeta a la maquina universal de tracción, se enciende y se calibra los indicadores y el lector digital. Activamos la prensa hidráulica y se procesan los datos con el software especializado. Se tensa la probeta hasta que se fracture. Se toman las medidas después de la fractura (diámetro final y longitud final )

TOMA DE DATOS F(KN) 0 8.4 13.4 18.7 25 31.1 35.4 35.5 36 36.6 37.3 37.9 37.4 38.1 38.3 37.6 37.5 32.6 -0.9

∆L (mm) 0 0.35 0.48 0.6 0.74 0.86 1.09 1.69 2.29 2.88 3.46 4.67 5.14 5.48 6.6 8.52 9.56 10.74 12.85

∆L (mm) 0 0.00035 0.00048 0.0006 0.00074 0.00086 0.00109 0.00169 0.00229 0.00288 0.00346 0.00467 0.00514 0.00548 0.0066 0.00852 0.00956 0.01074 0.01285

F(KN) -0.1 5.6 9.5 13.1 18.6 17.2 17.2 17.2 16.9 19.1 20 21 21.6 22.4 23 23.5 24.1 24.6 24.8 25.1 25.4 25.6 25.8 26.1 26.2 26.4 26.5 26.6 26.8 26.9 26.9 26.7 27.1 27.1 27.1 27.2 27 27.1 27.3 27.1 27 27.5 26.9 27 26.8 26.7 26.3 25.4 23.9 22 -2.2

∆L (mm) 0 0.13 0.22 0.31 0.44 1.07 1.57 2.17 2.81 3.27 3.81 4.35 4.92 5.48 6.04 6.61 7.19 7.77 8.39 8.99 9.6 10.22 10.75 11.35 11.96 12.58 13.21 13.84 14.46 15.72 16.33 16.96 17.57 18.21 18.84 19.47 20.12 20.74 21.37 21.99 22.62 22.82 23.26 23.9 24.55 25.2 25.85 26.56 27.29 28.07 30.75

∆L(m) 0 0.00013 0.00022 0.00031 0.00044 0.00107 0.00157 0.00217 0.00281 0.00327 0.00381 0.00435 0.00492 0.00548 0.00604 0.00661 0.00719 0.00777 0.00839 0.00899 0.0096 0.01022 0.01075 0.01135 0.01196 0.01258 0.01321 0.01384 0.01446 0.01572 0.01633 0.01696 0.01757 0.01821 0.01884 0.01947 0.02012 0.02074 0.02137 0.02199 0.02262 0.02282 0.02326 0.0239 0.02455 0.0252 0.02585 0.02656 0.02729 0.02807 0.03075

• Datos geométricos de la probeta Material Acero (probeta sin tratamiento térmico) Acero (probeta con tratamiento térmico)

L0 172 172.2

AREA INICAL(M2) AREA FINAL(M2)

Lf 183.5 200.6

d0 9.75 9.75

df 6.75 6.1

%∆L/L0 6.69 16.49

0.0000747 0.0000292

• Referencias: ✓ ✓ ✓ ✓ ✓

VI.

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

CALCULOS %

𝚫𝐋 𝟏𝟖𝟑. 𝟓 − 𝟏𝟕𝟐 ) ∗ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟔. 𝟔𝟗 =( 𝟏𝟕𝟐 𝐋𝟎 Alargamiento probeta 1

%

𝚫𝐋 𝟐𝟎𝟎. 𝟔 − 𝟏𝟕𝟐. 𝟐 ) ∗ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟏𝟔. 𝟒𝟗 =( 𝟏𝟕𝟐. 𝟐 𝐋𝟎 Alargamiento probeta 2

𝑨𝑹𝑬𝑨 =

𝑨𝒇 − 𝑨𝒐 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟕𝟒𝟕 − 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟑𝟓𝟖 = 𝟓𝟐. 𝟎𝟕% %= 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟕𝟒𝟕 𝑨𝒐

Área probeta 1

𝑨𝑹𝑬𝑨 =

𝑨𝒇 − 𝑨𝒐 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟕𝟒𝟕 − 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟐𝟗𝟐 = 𝟔𝟎. 𝟖𝟔% %= 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟐𝟗𝟐 𝑨𝒐

Área probeta 2

%∆A/A0 52.07 60.86

VII.

Presentación DE RESULTADOS, TABLAS GRAFICOS, INTERPRETACION

σ=F/A Ɛ Deformacion

σ Esfuerzo(Kpa) σ Esfuerzo(Mpa)

0 0.002034884 0.002790698 0.003488372 0.004302326 0.005000000 0.006337209 0.009825581 0.013313953 0.016744186 0.020116279 0.027151163 0.029883721 0.031860465 0.038372093 0.049534884 0.055581395 0.062441860 0.074709302

Ɛ=∆L/172

•

0 112449.7992 179384.2035 250334.672 334672.0214 416331.9946 473895.5823 475234.2704 481927.7108 489959.8394 499330.656 507362.7845 500669.344 510040.1606 512717.5368 503346.7202 502008.0321 436412.3159 -12048.19277

0 112.4498 179.3842 250.3347 334.6720 416.3320 473.8956 475.2343 481.9277 489.9598 499.3307 507.3628 500.6693 510.0402 512.7175 503.3467 502.0080 436.4123 -12.0482

DIAGRAMA ESFUERZO DEFORMACION

Ɛ vs σ 600 500 400 300 200 100

RUPTURA

0 -100

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

Ɛ=∆L/172

Ɛ Deformacion 0 0.000754936 0.001277584 0.001800232 0.002555168 0.006213705 0.009117305 0.012601626 0.016318235 0.018989547 0.022125436 0.025261324 0.028571429 0.031823461 0.035075494 0.038385598 0.041753775 0.045121951 0.048722416 0.052206736 0.055749129 0.059349593 0.06242741 0.065911731 0.069454123 0.073054588 0.076713124 0.080371661 0.083972125 0.091289199 0.094831591 0.098490128 0.10203252 0.105749129 0.109407666 0.113066202 0.116840883 0.120441347 0.124099884 0.127700348 0.131358885 0.132520325 0.135075494 0.138792102 0.142566783 0.146341463 0.150116144 0.154239257 0.158478513 0.16300813 0.178571429

σ Esfuerzo(Kpa) -1338.688086 74966.5328 127175.3681 175368.1392 248995.9839 230254.3507 230254.3507 230254.3507 226238.2865 255689.4244 267737.6171 281124.498 289156.6265 299866.1312 307898.2597 314591.7001 322623.8286 329317.2691 331994.6452 336010.7095 340026.7738 342704.1499 345381.5261 349397.5904 350736.2784 353413.6546 354752.3427 356091.0308 358768.407 360107.095 360107.095 357429.7189 362784.4712 362784.4712 362784.4712 364123.1593 361445.7831 362784.4712 365461.8474 362784.4712 361445.7831 368139.2236 360107.095 361445.7831 358768.407 357429.7189 352074.9665 340026.7738 319946.4525 294511.3788 -29451.13788

σ Esfuerzo(Mpa) -1.3387 74.9665 127.1754 175.3681 248.9960 230.2544 230.2544 230.2544 226.2383 255.6894 267.7376 281.1245 289.1566 299.8661 307.8983 314.5917 322.6238 329.3173 331.9946 336.0107 340.0268 342.7041 345.3815 349.3976 350.7363 353.4137 354.7523 356.0910 358.7684 360.1071 360.1071 357.4297 362.7845 362.7845 362.7845 364.1232 361.4458 362.7845 365.4618 362.7845 361.4458 368.1392 360.1071 361.4458 358.7684 357.4297 352.0750 340.0268 319.9465 294.5114 -29.4511

σ=F/A

•

DIAGRAMA ESFUERZO DEFORMACION

Ɛ vs σ 400.0000 350.0000 300.0000 250.0000 200.0000 150.0000 100.0000 50.0000

RUPTURA

0.0000 -50.0000

VIII.

0.05

0.1

0.15

0.2

CONCLUSIONES •

•

•

IX.

0

Se determinó el valor del esfuerzo para ambas probetas con tratamiento térmico y sin tratamiento térmico cuyos valores fueron 368.34 MPa y 512.9 MPa respectivamente, los datos obtenidos nos permiten conocer que una probeta con tratamiento térmico, logra optimizar las propiedades mecánicas del material lo cual es más resistente, por lo cual el punto de rotura requiere de una gran cantidad de fuerza. Se determinó, además, que el porcentaje de carbono (%C) en los aceros mejoran las propiedades de resistencia y dureza. Acero de bajo carbono (C < 0.30%) Relativamente blandos y poco resistentes. Acero de medio carbono (0.30 < C < 0.55%) Menos dúctiles y tenaces que los de bajo carbono. Acero de alto carbono (0.55 < C < 1.40%) Los más duros y resistentes (al desgaste). Se ha determinado que los aceros sometidos a tratamientos térmicos tienen mejores propiedades y características que los aceros comunes, esto se debe a que se modifica la estructura microscópica, esto claramente se evidencia en los resultados obtenidos anteriormente en base a las gráficas de esfuerzo – deformación. Asimismo, en el experimentó realizado la probeta con tratamiento térmico posee una fractura dúctil.

RECOMENDACIONES • Se recomienda usar un corrector para realizar las marcas con el mayor cuidado posible sobre probeta, ya que si se usa otro tipo demarcador se puede producir rayaduras al marcar la probeta.

•

Para este tipo de ensayos, se recomienda realizarlo en 7 probetas de cada tipo tanto en las de tratamientos térmicos como en las que no tienen sin tratamiento térmico como mínimo, porque 2 de ellas no van a brindarnos los resultados esperados.

•

Para este tipo de ensayo se debe de tomar como mínimo 5 medidas de la longitud inicial, la longitud de trabajo y del diámetro inicial de ambas probetas de acero la de tratamiento térmico y de sin tratamiento térmico para obtener más exactitud en los resultados....