INFORME FINAL LABORATORIO MECÁNICA DE SÓLIDOS
SANDRA MILENA QUINTERO HERRERA CODIGO 7301081
Ing. JUAN CARLOS HERRERA Mecánica de Sólidos
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE ESTUDIOS A DISTANCIA – FAEDIS INGENIERIA CIVIL BOGOTA 2014 1
INDICE Pág. INTRODUCCION
13
1. OBJETIVOS
14
1.1.
Objetivo General
14
1.2.
Objetivos Específicos
14
2. ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE ESPECIMENES CILINDRICOS DE CONCRETO NTC 673. ASTM C 39
15
2.1.
Introducción
15
2.2.
Objetivos
15
2.3.
Equipos y materiales
15
2.4.
Procedimiento Procedimient o
16
2.5.
Desarrollo experimental experimental
18
2.6.
Análisis y resultados
19
2.7.
Conclusiones
21
3. ENSAYO MADERAS. DETERMINACION DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESION AXIAL O PARALELA AL GRANO NTC784, 2
ASTMD143.
22
3.1.
Introducción
22
3.2.
Objetivos
22
3.3.
Equipos y materiales
22
3.4.
Metodologia y/o Procedimiento
23
3.5.
Desarrollo experimental
25
3.6.
Análisis y resultados
26
3.7.
Conclusiones
27
4. ENSAYO MADERAS. DETERMINACION DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESION PERPENDICULAR AL GRANO. NTC784, ASTMD 143. 29 4.1.
Introducción
29
4.2.
Objetivos
29
4.3.
Equipos y materiales
29
4.4.
Metodología y/o Procedimiento Procedimient o
30
4.5.
Desarrollo experimental experimental
31
4.6.
Análisis y resultados
31
4.7.
Conclusiones
33 3
5. SIDERURGIA. ENSAYO A TENSIÓN DEL ACERO NTC 3353, ASTM 370
34
5.1.
Introducción
34
5.2.
Objetivos
34
5.3.
Equipos y materiales
34
5.4.
Metodología y/o Procedimiento
35
5.5.
Desarrollo experimental
36
5.6.
Análisis y resultados
37
5.7.
Conclusiones
38
6. ENSAYO A FLEXIÓN DE LA MADERA NTC 663, ASTM D 143
40
6.1.
Introducción
40
6.2.
Objetivos
40
6.3.
Equipos y materiales
40
6.4.
Metodología y/o Procedimiento
40
6.5.
Desarrollo experimental l
42
6.6.
Análisis de resultados
43
6.7.
Conclusiones
46 4
7. ENSAYO DETERMINACION DE LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL ALUMINIO NTC 663, ASTM D 143
47
7.1.
Introducción
47
7.2.
Objetivos
47
7.3.
Equipos y materiales
47
7.4.
Metodología y/o Procedimiento
47
7.5.
Desarrollo experimental
49
7.6.
Análisis y resultados
49
7.7.
Conclusiones
60
8. ENSAYO A TORSIÓN EN BARRAS CIRCULARES NTC 3353, ASTM DE 143 61 8.1.
Introducción
61
8.2.
Objetivos
61
8.3.
Equipos y materiales
61
8.4.
Metodología y/o Procedimiento
62
8.5.
Desarrollo experimental
62
8.6.
Análisis y resultados
63
8.7.
Conclusiones
66 5
9. COMENTARIOS Y SUGERENCIA GUIAS LABORATORIO
10. BIBLIOGRAFIA
67
68
6
LISTA DE TABLAS Pág. Tabla N°1 Datos dimensiones promedio de especímenes empleados En el ensayo
18
Tabla N°2. Resultados experimentales de las dimensiones y densidad De los especímenes
19
Tabla N°3. Datos resultados del ensayo a compresión de especímenes Cilíndricos de concreto.
19
Tabla N°4. Datos Dimensiones Especímenes previo ensayo
25
Tabla N°5. Resultados Experimentales de las dimensiones y densidad de los especímenes
25
Tabla N°6. Datos resultados del ensayo de resistencia a la compresión de la madera paralela a la fibra. Madera 1.
25
Tabla N°7. Resultados resistencia a la compresión de la madera paralela a La fibra
26
Tabla N°8. Datos dimensiones especímenes previo al ensayo
31
Tabla N°9. Resultados experimentales de las dimensiones y dimensiones De la fibra.
31
Tabla N°10. Datos resultados del ensayo de resistencia a la Compresión de la madera perpendicular a la fibra.
32
Tabla N°11. Resultados resistencia a la compresión de la madera penperdicular a la fibra
32
7
Tabla N°12. Datos dimensiones promedio de especímenes empleados en el ensayo.
36
Tabla N°13. Resultados experimentales de las dimensiones y densidad de los especímenes.
36
Tabla N°14. Resultados experimentales de las dimensiones y densidad de los especímenes.
37
Tabla N°15. Datos Resultados experimentales de las dimensiones y densidad de los especímenes.
37
Tabla N°16. Datos de resultados del ensayo a tensión en barras de acero, aluminio y bronce.
37
Tabla N°17. Datos dimensiones especímenes previo al ensayo
42
Tabla N°18. Datos resultados del ensayo de resistencia a la flexión de una viga simple apoyada de madera con una carga puntual. Madera.
42
Tabla N°19. Datos resultados del ensayo de resistencia a la flexión de una viga simple apoyada de madera con una carga puntual. Madera.
43
Tabla N°20. Nombre, sección transversal y peso de cada espécimen.
48
Tabla N°21. Perfiles T en aluminio. Calculo de Centroides
49
Tabla N°22. Datos de resulados del ensayo a flexión de una viga simple de aluminio con carga puntual. Especimen 1.
49
Tabla N°23. Datos de resultados del ensayo a flexión de una viga simple de aluminio con carga puntual. Especimen 2.
58
8
Tabla N°24. Datos de resultados del ensayo a flexión de una viga simple de aluminio con carga puntual. Especimen 3.
59
Tabla N°25. Datos dimensiones promedio de especímenes empleados en el ensayo
62
Tabla N°26. Dimensiones y peso de cada espécimen
62
Tabla N°27. Resultados experimentales de las dimensiones y densidad de los especímenes
62
Tabla N°28. Datos de resultados del ensayo a torsión en barra de Acero
63
Tabla N°29. Datos de resultados del ensayo a torsión en barra de Bronce
63
9
LISTA DE FOTOGRAFIAS Pág. Fotografía N°1. Cilindro en Concreto
16
Fotografía N°2. Toma de Dimensiones
17
Fotografía N°3. Ensayo para determinar resistencia del concreto a compresión 17 Fotografía N°4. Registro de las cargas generadas por la prensa.
18
Fotografía N°5. Vigas de madera.
23
Fotografía N°6. Ensayo de compresión paralela a la fibra.
24
Fotografía N°7. Ensayo determinación de la resistencia de la madera a la compresión paralela a la fibra.
24
Fotografía N°8. Ensayo fuerza perpendicular a la madera.
30
Fotografía N°9. Ensayo determinación de la resistencia de la madera a la compresión penderdicular a la fibra.
31
Fotografía N°10. Medida del Acero.
35
Fotografía N°11. Montaje de barras para el ensayo de tensión
35
Fotografía N°12. Montaje de barras para el ensayo de tensión
36
Fotografía N°13. Ensayo a flexión viga de madera.
41
10
Fotografía N°14. Ensayo a flexión viga de madera.
41
Fotografía N°15. Determinación de la resistencia de la madera a la flexión.
42
Fotografía N°16. Toma de dimensiones de los especímenes.
48
Fotografía N°17. Montaje viga de aluminio para ensayo a flexión
48
11
LISTA DE GRAFICAS Pág. Grafica 1. Esfuerzo Vs Deformación
26
Grafica 2. Esfuerzo Vs Deformación Unitaria
32
Grafica 3. Esfuerzo Vs Deformación Unitaria
37
Grafica N°4. Esfuerzo Vs Deformación.
43
Grafica N°5. Esfuerzo Vs Deformación.
50
Grafica N°6. Esfuerzo Vs Deformación
58
Grafica N°7. Esfuerzo Vs Deformación
59
12
INTRODUCCION Al realizar este informe de laboratorio se demuestra en práctica lo aprendido durante el transcurso de la materia con respecto a la muestra de ensayos de compresión tensión, flexión y torsión de diferentes cuerpos, las propiedades mecánicas y el procedimiento para calcular el módulo de elasticidad al aplicarle cargas axiales y cortantes.
A continuación veremos detalladamente cada uno de las prácticas, su análisis y conclusiones de lo demostrado y ensayado.
13
1.
1.1.
OBJETIVOS
Objetivo General
Aplicar conocimientos aprendidos mediante practica de ensayos con diferentes tipos de materiales para la mayor comprensión e identificación de los elementos y equipos utilizados para toma y análisis.
1.2.
Objetivos Específicos
Conocer los elementos y equipos que se utilizan en cada una de las prácticas.
Analizar y calcular con las fórmulas para cada una de los ensayos con el fin de obtener un mejor aprendizaje.
Aplicar lo aprendido durante la profesión de la ingeniería civil.
Aprender las normas NTC que son necesarias para realizar las prácticas.
14
2. ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE ESPECIMENES CILINDRICOS DE CONCRETO NTC 673. ASTM C 39
2.1.
INTRODUCCION
La práctica que se lleva a cabo consistente en aplicar una carga axial de forma que el cilindro de concreto simple se comprima hasta ocasionar la falla; para lo cual se determina una velocidad dentro de un rango, la cual debe estar constante de una forma que la carga sea continua y sin impacto.
La resistencia que se obtiene en este ensayo es variable de acuerdo al tamaño, al igual dando cumplimiento a unas especificaciones técnicas y realizar control y seguimiento a la calidad del concreto.
2.2.
OBJETIVOS
2.2.1. Objetivo General
Determinar experimentalmente la resistencia a la comprensión de un cilindro de concreto.
2.2.2. Objetivos Específicos. Establecer el comportamiento del concreto según sus propiedades mecánicas, cuando es sometido a esfuerzos de compresión. Calcular los esfuerzos normales.
2.3.
EQUIPOS Y MATERIALES Cilindro de concreto Calibrador Balanza electrónica
15
Deformímetro Plato retenedor y almohadillas de neopreno. Máquina de ensayo universal
2.4.
METODOLOGIA Y/O PROCEDIMIENTO
1. Seleccionar el cilindro para el ensayo de resistencia a la compresión. 2. Pesar el cilindro de concreto y tomar las dimensiones haciendo tres mediciones para sacar promedio entre ellas y tomar datos. 3. Colocar cada almohadilla de neopreno y el plato al lado y lado del cilindro de concreto e introducirlo en la máquina universal. 4. Colocar la cara inferior del cilindro sobre una de las almohadillas y plato retenedor y lo mismo con la cara superior. 5. Revisar el montaje y aplicar las cargas según la tasa de aplicación y de acuerdo a la NTC 673 – ASTM C 39 hasta el 40% de la carga última. 6. Registrar las cargas generadas por la prensa y las deformaciones 7. Calcular densidad
Fotografía N°1. Cilindro en Concreto
16
Fotografía N°2. Toma de Dimensiones
Fotografía N°3. Ensayo para determinar resistencia del concreto a compresión
17
Fotografía N°4. Registro de las cargas generadas por la prensa.
2.5.
DESARROLLO EXPERIMENTAL.
Toma de Datos. CILINDROS DE CONCRETO SIMPLE
N° Espécimen
Diámetro (mm)
Altura (mm)
PESO (g)
d1
d2
d3
dprom
1
102
1057
101
1029
205,71
3200
2
154
154
147
1517
304
12800
Tabla N°1 Datos dimensiones promedio de especímenes empleados en el ensayo Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG
18
2.6.
ANALISIS Y RESULTADOS. N° Espécimen
Área (m2 )
Volumen (m3)
Densidad (kg/m3)
1
8.659*10-3
1781,16
1796
2
0,018146
5516,33
2320
Tabla N°2. Resultados experimentales de las dimensiones y densidad de los especímenes Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG N° Espécimen
Carga máxima (KN)
Resistencia a la compresión (MPa)
Falla Tipo
1
1017,9
56,095
4
Tabla N°3. Datos resultados del ensayo a compresión de especímenes cilíndricos de concreto. Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG
19
20
2.7.
CONCLUSIONES
La fractura presentada por el cilindro de concreto es de tipo 4, diagonal sin fisuras a través de los extremos.
El concreto presentó una densidad de 2320 Kg/m 3, comparado con la densidad del concreto que oscila entre 2200 a 2400 Kg/m 3 , el margen de error se presenta en el cilindro de concreto puede ser porque lleva mucho tiempo en el laboratorio, lo que ocasiona la pérdida de muchas propiedades y de sus dimensiones.
El módulo de elasticidad para el cilindro del concreto es de 35988,39 y el tipo de concreto empleado en ésta práctica es Normal puesto que su peso unitario está entre 2000 – 2500 (Kg/m3), y se puede utilizar en mampostería no estructural y relleno, concreto estructural.
La aplicación de la fuerza axial producida por la máquina de ensayo universal produjo un esfuerzo normal distribuido uniformemente a través del cilindro cuyo valor fue de 56,095 MPa, por lo que se puede considerar que el cilindro de concreto es de alta resistencia.
21
3. ENSAYO MADERAS. DETERMINACION DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESION AXIAL O PARALELA AL GRANO NTC784, ASTMD143. 3.1.
INTRODUCCIÓN
La práctica que se va a realizar es el ensayo a compresión axial o paralela a las fibras de la madera, donde la velocidad es constante para que la carga sea continua y sin impacto.
La resistencia a la compresión paralela a la fibra que se obtiene a través del ensayo varía de acuerdo al tipo de madera. Esta práctica sirve como información para determinar el cumplimiento de unas especificaciones técnicas y realizar un control y seguimiento a la calidad de la madera que se emplea con fines de diseño estructural.
3.2.
OBJETIVOS
3.2.1. Objetivo General:
Determinar experimentalmente la resistencia a la compresión axial o paralela a la fibra empleando especímenes rectangulares de madera.
3.2.2. Objetivo Específicos:
Establecer el comportamiento de la madera según sus propiedades mecánicas, cuando es sometido a esfuerzos de compresión axial paralela a la fibra. Realizar los diagramas de esfuerzo Vs deformación Calcular esfuerzos Normales Determinar la deformación unitaria y el módulo de elasticidad.
3.3. EQUIPOS Y MATERIALES
22
Viga de Madera Calibrador o pie de rey Balanza eléctrica Deformímetro Máquina de ensayo universal
3.4.
METODOLOGICO Y/O PROCEDIMIENTO. 1. Seleccionar la madera para el ensayo de resistencia de la madera a la compresión paralela a la fibra. 2. Pesar la madera y tomar sus dimensiones. 3. Realizar el montaje de la madera con fibras paralelas a su eje longitudinal sobre la estructura rígida, de tal forma que la sección transversal haga contacto con las platinas de la máquina universal y por lo tanto conectada al software. 4. Revisar el montaje y aplicar las cargas según la tasa de aplicación y de acuerdo a NTC784 – ASTMD143 5. Registrar las cargas generadas por la prensa y las deformaciones sufridas en la madera.
Fotografía N°5. Vigas de madera.
23
Fotografía N°6. Ensayo de compresión paralela a la fibra.
Fotografía N°7. Ensayo determinación de la resistencia de la madera a la compresión paralela a la fibra. 24
3.5.
DESARROLLO EXPERIMENTAL. Largo (cm)
N° Espécimen
L1
L2
L3
1
4,96
4,97
4,96
LProm
Ancho (cm)
Altura (cm)
Peso (g)
4,96
4,9
20,06
173,21
Tabla N°4. Datos Dimensiones Especímenes previo ensayo Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG N° Espécimen
Área (mm2)
1
Volumen (cm3)
2460,16
Densidad (Kg/ m3)
487,54
355,27
Tabla N°5. Resultados Experimentales de las dimensiones y densidad de los especímenes Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG MADERA 1 Lectura N°
Carga (KN)
Deformación (mm)
1
0,1
0,191
2
0,4
1,143
3
9,5
2,350
4
23,8
2,985
5
39,1
3,683
6
52,9
4,445
7
59,2
5,334
8
65,4
6,096
9
65,4
8,573
Tabla N°6. Datos resultados del ensayo de resistencia a la compresión de la madera paralela a la fibra. Madera 1. Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG 25
3.6.
ANALISIS Y RESULTADOS:
Lectura N°
Carga(N)
Deformación (mm) Esfuerzo (MPa)
Deformación unitaria
Módulo de elasticidad (MPa)
1 100 0,191 0,040647763 0,003850806 2 400 1,143 0,162591051 0,023044355 3 9500 2,35 3,861537461 0,047379032 4 23800 2,985 9,674167534 0,060181452 5 39100 3,683 15,89327523 0,074254032 6 52900 4,445 21,50266649 0,089616935 239,93977 7 59200 5,334 24,06347555 0,107540323 8 65400 6,096 26,58363684 0,122903226 9 65400 8,573 26,58363684 0,172842742 Tabla N°7. Resultados resistencia a la compresión de la madera paralela a la fibra Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG
Grafica 1. Esfuerzo Vs Deformación
26
3.7.
CONCLUSIONES
Se evidenció el comportamiento de la madera de acuerdo a sus propiedades mecánicas, una vez es sometida esfuerzos de compresión axial paralela generó deformación, se cambió de tamaño ya que se hizo más pequeño, al igual la forma inicial se transforma en una figura irregular.
En los diagramas de esfuerzos vs deformación unitaria evidenciamos las propiedades mecánicas de la madera (tamaño y forma). 27
Se realizaron los cálculos de esfuerzos con respecto a la carga y su longitud a cada una de los datos obtenidos en la prensa universal luego de que se realizara el ensayo.
La aplicación de la fuerza a la madera paralela a la fibra, produjo fractura.
La falla presentada fue por aplastamiento.
28
4. ENSAYO MADERAS. DETERMINACION DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESION PERPENDICULAR AL GRANO. NTC784, ASTMD143. 4.1.
INTRODUCCION
La práctica que se va a realizar es el ensayo a compresión perpendicular a las fibras de la madera, donde la velocidad es constante para que la carga sea continua y sin impacto.
La resistencia a la compresión perpendicular a la fibra que se obtiene a través del ensayo varía de acuerdo al tipo de madera. Este ensayo sirve como información para determinar el cumplimiento de unas especificaciones técnicas y realizar control y seguimiento a la calidad de la madera que se emplea con fines de diseño estructural.
4.2.
OBJETIVOS
4.2.1. Objetivo General Determinar experimentalmente la resistencia a la compresión perpendicular a la fibra empleando especímenes rectangulares de madera.
4.2.2. Objetivos Específicos. Establecer el comportamiento de la madera según sus propiedades mecánicas, cuando es sometido a esfuerzos de compresión perpendicular a la fibra. Realizar los diagramas de esfuerzo Vs deformación Calcular esfuerzos Normales Determinar la deformación unitaria y el módulo de elasticidad.
4.3.
EQUIPOS Y MATERIALES Viga de Madera
29
Calibrador o Pie de Rey Balanza eléctrica Deformímetro Máquina de ensayo universal Platina 1cm*5cm*5cm
4.4. METODOLOGIA Y/O PROCEDIMIENTO 1. Seleccionar la madera para el ensayo de resistencia de la madera a la compresión perpendicular a la fibra. 2. Pesar la madera y tomar sus dimensiones. 3. Realizar el montaje de la madera con fibras perpendiculares a su eje longitudinal sobre la estructura rígida, de tal forma que la sección transversal haga contacto con las platinas de la máquina universal y por lo tanto conectada al software. 4. Revisar el montaje y aplicar las cargas según la tasa de aplicación y de acuerdo a la norma. 5. Colocar la platina superior que es móvil sobre la sección transversal de la madera de tal forma que no quede haciendo fuerza. 6. Registrar las cargas generadas por la prensa y las deformaciones sufridas en la madera.
Fotografía N°8. Ensayo fuerza perpendicular a la madera. 30
Fotografía N°9. Ensayo determinación de la resistencia de la madera a la compresión penderdicular a la fibra.
4.5.
DESARROLLO EXPERIMENTAL. N° Espécimen
Largo (cm)
1
Ancho (cm)
Altura (cm)
4,9
14,07
5
Peso (g) 203,71
Tabla N°8. Datos dimensiones especímenes previo al ensayo Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG N° Espécimen
Área (m2)
Volumen (m3)
6,894*10-3
1
Densidad (Kg/ m3)
3,4471*10 -4
590,96
Tabla N°9. Resultados experimentales de las dimensiones y dimensiones de la fibra. Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG
4.6.
ANALISIS Y RESULTADOS Lectura N°
Carga (KN)
Deformación (mm)
1
0,1
0,572
2
0,3
1,524 31
3
0,7
2,477
4
19,3
4,254
5
29,7
6,350
6
35,3
8,382
7
39,8
10,44
Tabla N°10. Datos resultados del ensayo de resistencia a la compresión de la madera perpendicular a la fibra. Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG Lectura N°
Carga(N)
Deformación (mm) Esfuerzo (MPa)
Deformación unitaria
Módulo de elasticidad (MPa)
1 100 0,572 0,014505367 0,01144 2 300 1,524 0,043516101 0,03048 3 700 2,477 0,101537569 0,04954 4 19300 4,254 2,799535828 0,08508 32,904746 5 29700 6,35 4,308093995 0,127 6 35300 8,382 5,120394546 0,16764 7 39800 10,44 5,77313606 0,2088 Tabla N°11. Resultados resistencia a la compresión de la madera penperdicular a la fibra Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG
Grafica 2. Esfuerzo Vs Deformación Unitaria 32
4.7.
CONCLUSIONES Realizando la gráfica esfuerzo vs deformación unitaria nos damos cuenta que el módulo de elasticidad se presenta en un valor de 32,904746 Mpa. Como observamos la compresión hecha en la madera no se realiza fractura si no aplastamiento, por lo que vemos como su densidad se incrementa al igual que la resistencia. Cuando se aplica una carga sus propiedades mecánicas se cambian; su tamaño se amplia y se deforma. La falla de la madera fue de tensión simple vista lateral.
33
5. SIDERURGIA. ENSAYO A TENSIÓN DEL ACERO NTC 3353, ASTM 370 5.1.
INTRODUCCIÓN El ensayo que se realiza es a una barra de acero corrugado estructurado, donde la velocidad es constante hasta que la carga medida cause la ruptura del acero.
La resistencia a la tensión obtenida en esta práctica sirve de información para determinar el cumplimiento de especificaciones técnicas y realizar control y seguimiento al material mencionado. Los cuales se emplean con fines de diseño estructural según la necesidad establecida.
5.2.
OBJETIVOS
5.2.1. Objetivo General
Determinar experimentalmente la resistencia a la tensión empleando acero corrugado.
5.2.2. Objetivos Específicos.
5.3.
Establecer el comportamiento del acero según sus propiedades mecánicas, cuando es sometido a esfuerzo de tensión. Conocer las Normas que se rigen para las especificaciones de estos aceros.
EQUIPOS Y MATERIALES Barra de acero corrugado estructurado Calibrador o Pie de Rey Balanza Eléctrica Deformimetro Máquina de ensayo universal
34
5.4.
METODOLOGIA Y/O PROCEDIMIENTO Seleccionar la barra de acero para el ensayo. Pesar la barra de acero y medir sus dimensiones. Realizar el montaje de la barra de acero, de tal forma que haga contacto con las platinas de la máquina universal y por lo tanto conectada al software. Revisar de acuerdo a los resultados la carga aplicada en el punto de fluencia, al igual que su esfuerzo. Registrar las cargas generadas por la maquina universal y las deformaciones del espécimen para la elaboración del informe.
Fotografía N°10. Medida del Acero.
Fotografía N°11. Montaje de barras para el ensayo de tensión 35
Fotografía N°12. Montaje de barras para el ensayo de tensión
5.5.
DESARROLLO EXPERIMENTAL N° Espécimen
Diámetro (mm)
Longitud (mm)
1
9,19
512
Tabla N°12. Datos dimensiones promedio de especímenes empleados en el ensayo. Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG N° Espécimen
Diámetro (mm)
Longitud (mm)
Peso (g)
1
9,19
512
266,62
Tabla N°13. Resultados experimentales de las dimensiones y densidad de los especímenes. Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG 36
Área (mm2)
Volumen (cm3)
66,3
16,57
Densidad (Kg/ m3) 7,854
Tabla N°14. Resultados experimentales de las dimensiones y densidad de los especímenes. Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG
5.6.
ANALISIS Y RESULTADOS Lf ensayo(cm) 567,05
Diámetro (mm)
Área(mm2)
Esfuerzo cortante ( )(Mpa)
6,1
29,22
657,62
Tabla N°15. Datos Resultados experimentales de las dimensiones y densidad de los especímenes. Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG Lf ensayo(cm) 567,05
Diámetro (mm)
Área(mm2)
Esfuerzo cortante ( )(Mpa)
6,1
29,22
657,62
Tabla N°16. Datos de resultados del ensayo a tensión en barras de acero, aluminio y bronce. Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG
Grafica 3. Esfuerzo Vs Deformación Unitaria
37
5.7.
CONCLUSIONES
38
La barra es sometida a una fuerza axial aplicada se muestra que se encuentra distribuida uniformemente a través del área transversal.
La falla presentada por la varilla de acero es tipo corona, reducción de área y acuellamiento donde se cortó, la reducción de área fue de un 56% y el aumento en el alargamiento fue de 10,75%.
Cuando se utilice material de acero tener en cuenta sus especificaciones y datos que vienen impregnados en el hacer para mayor claridad y certeza en el diseño y aplicación de la misma.
La densidad que se encuentra estándar es muy acercado al resultado de la densidad calculada.
La norma para tomar el diámetro estructura es la Norma ICONTEC 2000
Para realizar muestras de ensayos al acero se realiza cada 5m3
Cuando se realiza un ensayo se debe realizar 3 tomas de datos.
39
6. ENSAYO A FLEXIÓN DE LA MADERA NTC 663, ASTM D 143 6.1.
INTRODUCCIÓN La práctica de laboratorio para determinar la resistencia de la madera a la flexión, se realizó empleando una viga simple con una carga aplicada en el punto medio perpendicular a su cara y sin excentricidad. Para éste ensayo se tomaron dos caras de la madera para poder comparar resultados.
6.2.
OBJETIVOS
6.3.
Determinar experimentalmente la resistencia a la flexión de la madera, empleando una viga simple con carga en el punto medio. Establecer el comportamiento de la madera cuando es sometida a esfuerzos de flexión.
EQUIPOS Y MATERIALES Viga de madera Calibrador o Pie de Rey Balanza eléctrica Deformímetro Máquina de ensayo universal
6.4.
METODOLOGIA Y/O PROCEDIMIENTO Seleccionar la madera para el ensayo. Pesar la madera y medir sus dimensiones. Realizar el montaje de la madera, de tal forma que haga contacto con el deformímetro mecánico de la máquina universal y por lo tanto conectada al software. Revisar el montaje y aplicar las cargas según la tasa de aplicación y de acuerdo a la norma. 40
Tomar los datos entregados por el computador. Cambiar de cara a la madera y volver a tomar datos para comparar.
Fotografía N°13. Ensayo a flexión viga de madera.
Fotografía N°14. Ensayo a flexión viga de madera.
41
Fotografía N°15. Determinación de la resistencia de la madera a la flexión. 6.5.
DESARROLLO EXPERIMENTAL Espécimen
Largo (mm)
Madera
Ancho (mm) Altura (mm)
745
12,7
12,7
Peso (g) 881,19
Tabla N°17. Datos dimensiones especímenes previo al ensayo Fuente: Elaboración Propia. Lectura N°
Carga (KN)
Deformación (mm)
1
0,1
0,635
2
0,3
1,778
3
0,5
3,302
4
2,1
6,985
5
3,8
10,44
6
5,3
14,669
7
6,4
21,09
8
7,2
26,480
Tabla N°18. Datos resultados del ensayo de resistencia a la flexión de una viga simple apoyada de madera con una carga puntual. Madera. Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG 42
6.6.
ANALISIS DE RESULTADOS
Lectura N°
Carga (KN)
Deformación (mm)
1
0,1
0,635
2
0,3
3
0,5
4
2,1
5
3,8
6
5,3
7
6,4
Esfuerzo (Mpa)
deformación unitaria
0,014505367
0,0127
0,043516101
0,03556
0,304612707
0,06604
0,551203945
0,1397
0,76878445
0,20828
0,928343487
0,29338
1,044386423
0,4218
MODULO DE ELASTICIDAD
1,778 3,302
4,6125486
6,985 10,44 14,669 21,09
Tabla N°19. Datos resultados del ensayo de resistencia a la flexión de una viga simple apoyada de madera con una carga puntual. Madera. Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG
Grafica N°4. Esfuerzo Vs Deformación.
43
44
45
6.7.
CONCLUSIONES
Se observa que su momento flector positivo; que es igual a 1,35 KN/m.
La deformación presentada en la madera tiene como resultado un módulo de elasticidad de 4,6125486, para lo cual muestra que un margen de error del 7%.
La flexión observada se denota por la falla ocurrida en la vista lateral con una tensión simple.
46
7. ENSAYO DETERMINACION DE LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL ALUMINIO NTC 663, ASTM D 143 7.1.
INTRODUCCIÓN
Ésta práctica se realiza empleando una viga simple con una carga aplicada en el punto medio perpendicular a su cara y sin excentricidad. El ensayo tiene como uso principal una vez se ha determinado la resistencia a la flexión, establecer el cumplimiento de especificaciones técnicas para el diseño de elementos estructurales.
7.2.
OBJETIVOS
7.2.1. Objetivo General Determinar experimentalmente la resistencia a la flexión del aluminio empleando una viga simple con carga en el punto medio.
7.2.2. Objetivo Específicos. Establecer el comportamiento del aluminio cuando es sometido a esfuerzos de flexión. Realizar los diagramas de esfuerzo cortante y momento flector. Determinar el módulo de elasticidad.
7.3.
EQUIPOS Y MATERIALES
Viga de aluminio Calibrador o pie de rey Balanza eléctrica Marco para ensayo a flexión Deformímetro
7.4.
METODOLOGIA Y/O PROCEDIMIENTO
47
Seleccionar la viga de aluminio para el ensayo. Pesar la viga de aluminio y medir sus dimensiones. Realizar el montaje de la viga de aluminio, de tal forma que haga contacto con el deformímetro mecánico de la máquina universal y por lo tanto conectada al software. Revisar el montaje y aplicar las cargas según la tasa de aplicación y de acuerdo a la norma. Realizar el ensayo con tres especímenes debidamente seleccionados y con secciones transversales diferentes.
Fotografía N°16. Toma de dimensiones de los especímenes.
Fotografía N°17. Montaje viga de aluminio para ensayo a flexión 48
7.5.
DESARROLLO EXPERIMENTAL
Espécimen N°
Nombre y/o Sección Peso (g) Transversal 1 247,74 Aluminio de 3*1/8” 2 548,46 Aluminio de 1”*1/2” 3 119,33 Aluminio de 3*1/8” Tabla N°20. Nombre, sección transversal y peso de cada espécimen. Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG
7.6.
ANLAISIS Y RESULTADOS:
Barra Aluminio T: SECCION 1 2 Σ
Lectura N°
AREA (A)mm Y´(mm) Y´A(mm) Y(mm) 0,9525 620 590,55 157,47 309,98 48812,55 311,85 158,42 929,98 49403,1 Tabla N°21. Perfiles T en aluminio. Calculo de Centroides Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG
Carga(N)
Deformación (mm) Esfuerzo (MPa)
Deformación unitaria
Módulo de elasticidad (MPa)
1 200 0,147 1,26246686 0,000237097 2 620 0,234 3,913647267 0,000377419 3 1150 0,337 7,259184446 0,000543548 4 1610 0,423 10,16285822 0,000682258 14895,915 5 2320 0,537 14,64461558 0,000866129 6 3020 0,658 19,06324959 0,00106129 Tabla N°22. Datos de resulados del ensayo a flexión de una viga simple de aluminio con carga puntual. Especimen 1. Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG
49
Grafica N°5. Esfuerzo Vs Deformación.
50
51
52
53
54
55
56
57
Barra Aluminio #2.
Lectura N°
Carga(N)
Deformación (mm) Esfuerzo (MPa)
Deformación unitaria
Módulo de elasticidad (MPa)
1 250 20 0,304136253 0,030864198 2 297 40 0,361313869 0,061728395 3 344 60 0,418491484 0,092592593 4,519708 4 94 80 0,114355231 0,12345679 5 383 100 0,46593674 0,154320988 6 434 132 0,527980535 0,203703704 7 508 170 0,783950617 0,262345679 8 579 202 0,704379562 0,311728395 Tabla N°23. Datos de resultados del ensayo a flexión de una viga simple de aluminio con carga puntual. Especimen 2. Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG
Grafica N°6. Esfuerzo Vs Deformación
58
Barra # 3 Aluminio.
Lectura N°
Carga(N)
Deformación (mm) Esfuerzo (MPa)
Deformación unitaria
Módulo de elasticidad (MPa)
1 220 0,147 0,01375 0,000233333 2 410 0,234 0,025625 0,000371429 3 640 0,337 0,04 0,000534921 4 850 0,423 0,053125 0,000671429 79,12234 5 1110 0,537 0,069375 0,000852381 6 1410 0,658 0,088125 0,001044444 Tabla N°24. Datos de resultados del ensayo a flexión de una viga simple de aluminio con carga puntual. Especimen 3. Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG
Grafica N°7. Esfuerzo Vs Deformación
59
7.7.
CONLUSIONES
Al realizar el cálculo del aluminio T se debe tener en cuenta el cálculo del centroide ya que es de ayuda para realizar los cálculos como de deformación, esfuerzos e Inercia.
En la inercia nos damos cuenta la variabilidad de acuerdo a su forma y dimensión, se observó esta resistencia en cuatro elementos; tres de aluminio y uno de madera que vemos como la flexión de los esfuerzos normales de comprensión y de tensión varían esto se debe a que su flexión no es uniforme por el tipo de espécimen que se prueba.
En el elemento de aluminio T para calcular el esfuerzo cortante se debe calcular el momento estático que corresponde a la zona donde se encuentra cerca al inicio del cambio de forma.
60
8. ENSAYO A TORSIÓN EN BARRAS CIRCULARES NTC 3353, ASTM DE 143
8.1.
INTRODUCCIÓN
La práctica que se va a llevar a cabo es el ensayo a torsión en especímenes de acero y bronce, donde se toman deformaciones con carga y descarga sin causar ruptura.
8.2.
OBJETIVOS
8.2.1. Objetivo General. Determinar experimentalmente la resistencia a la torsión empleando como especímenes barra de acero y bronce.
8.2.2. Objetivo Específicos.
8.3.
Establecer el comportamiento del acero y bronce según sus propiedades mecánicas, cuando es sometido a esfuerzos de torsión de tal forma que se identifique si es un material frágil o dúctil. Realizar los diagramas de esfuerzos vs deformación unitaria. Calcular los esfuerzos cortantes máximos. Determinar la deformación unitaria angular y el módulo de elasticidad cortante G.
EQUIPOS Y MATERIALES Barras circulares de acero y de bronce Calibrador o Pie de Rey Balanza eléctrica Deformímetro Marco para ensayo a torsión
61
8.4.
8.5.
METODOLOGIA Y/O PROCEDIMIENTO Pesar la barra y tomar las dimensiones y registrar las medidas Realizar el montaje de la barra de tal que se introduzca por el extremo fijo del marco y llegue hasta el extremo móvil, las cargas se aplicarán penderdicular al eje y paralelas a la sección trasversal. Se aplicará una carga sobre el porta pesos, y se leerá la deformación causada, utilizando el deformímetro. La carga se debe ir incrementando, para cada incremento se leerá de nuevo la deformación. Se debe calcular el momento torsional aplicado por medio de La carga. DESARROLLO EXPERIMENTAL Espécimen
Diámetro(mm)
Longitud(mm)
Acero
12,07
1500
Bronce
13
1500
Tabla N°25. Datos dimensiones promedio de especímenes empleados en el ensayo Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG Espécimen
Diámetro(mm)
Longitud(mm)
Peso (g)
Acero
12,07
1500
1479,27
Bronce
13
1500
1607,83
Tabla N°26. Dimensiones y peso de cada espécimen Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG
Espécimen
Área(mm2)
Volumen(cm3)
Densidad (Kg/m3)
Acero
18,96
28,43
0,052
Bronce
132,73
199,10
8,07*10 -3
Tabla N°27. Resultados experimentales de las dimensiones y densidad de los especímenes Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG 62
| LECTURA N°
CARGA (P) (Kg)
DEFORMACION (ᵟ) EN
DEFORMACION (ᵟ) EN
CARGA (mm)
DESCARGA (mm)
1
500
0,15
0
2
1000
0,26
0,15
3
1500
0,49
0,30
4
2000
0,70
0,50
Tabla N°28. Datos de resultados del ensayo a torsión en barra de Acero Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG |
LECTURA N°
CARGA (P) (Kg)
DEFORMACION (ᵟ) EN
DEFORMACION (ᵟ) EN
CARGA (mm)
DESCARGA (mm)
1
500
0,28
0,28
2
1000
0,56
0,65
3
1500
1
1,04
4
2000
1,47
1,47
Tabla N°29. Datos de resultados del ensayo a torsión en barra de Bronce Fuente: Manual Laboratorio Resistencia de Materiales UMNG 8.6.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
63
64
65
8.7.
CONCLUSIONES
El momento par de torsión vemos como el acero y bronce se someten a pares de torsión con la misma magnitud pero en sentido contrario.
Las densidades de los materiales varían mucho a las densidades teóricas, esto puede ser por la toma de medidas.
Cuando un elemento esta sometido a un momento o par de torsión deben mantener un equilibrio para que puedan desarrollar un momento a par torsión, por lo tanto la deformación varia con respecto a la longitud.
66
9. COMENTARIOS Y SUGERENCIA GUIAS LABORATORIO
En la guía debe ser más específica en las formulas dadas de acuerdo a los datos obtenidos. Se encuentran algunos párrafos que se repiten y esto hace que se confunda al momento de interpretación. Las hojas de procedimiento y tablas algunas no tienen congruencia con la toma de datos obtenidos.
67
