1

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERA

Departamento de Ingeniera Mecnica SANTIAGO

TITULO DE LA EXPERIENCIA

________________________________________________________________________________________________________ EXPERIENCIA N _2_________Grupo N_1_____Fecha de la Exp__20-04_________ Fecha de Entrega ___27-04_______ NOMBRE ASIGNATURA____TOPICOS 2 POLIMEROS___________________________________CODIGO_15073_____

CARRERA____ING. EJC. MECNICA_____ Modalidad Diurna o Vespertina)__DIURNA_________________________ NOMBRE DEL ALUMNO________POBLETE ________________RIVEROS__________MARCO ANTONIO_________________ Apellido Paterno Apellido Materno Nombre

________________________ Firma del alumno

Fecha de Recepcin Nota de Interrogacin ________________ Nombre del Profesor ____BERNARDO GARATE______________________ Nota de Participacin ________________ Nota de Informe ____________________ _________________________________ Nota Final __________________ ______ ________________ Firma del Profesor

SE RECOMIENDA AL ESTUDIANTE MEJORAR EN SU INFORME LA MATERIA MARCADA CON UNA X

________ Presentacin ________ Clculos, resultados,

grficos

________ Caractersticas Tcnicas ________ Discusin, conclusiones

________ Descripcin del Mtodo seguido _______ Apndice

OBSERVACIONES

ENSAYO DE FLEXION

2

1 CONTENIDO

2 Resumen del contenido del informe..................................................................................................... 3

3 Objetivos de la experiencia ................................................................................................................... 3

3.1 Objetivo general ............................................................................................................................ 3

3.2 Objetivo especifico ........................................................................................................................ 3

4 Metodologa experimental ................................................................................................................... 3

5 Caracteristicas tcnicas de equipos, instrumentos e instalaciones ...................................................... 4

6 Valores obtenidos ................................................................................................................................. 5

6.1 Resultados ..................................................................................................................................... 6

6.1.1 Material matriz ...................................................................................................................... 6

6.1.2 Material compuesto .............................................................................................................. 6

7 Conclusiones, anlisis y comentarios personales ................................................................................. 8

7.1 Anlisis de la madera sin refuerzo ................................................................................................ 8

7.2 Anlisis de la madera con refuerzo ............................................................................................... 8

7.3 Anlisis del compuesto fibra de vidrio .......................................................................................... 8

7.4 Comentarios .................................................................................................................................. 9

7.5 Conclusiones ................................................................................................................................. 9

8 Apndice ............................................................................................................................................... 9

8.1 Marco terico ................................................................................................................................ 9

9 Bibliografa .......................................................................................................................................... 11

3

E209: ENSAYO DE LA FLEXIN

2 RESUMEN DEL CONTENIDO DEL INFORME

En el presente informe, se detallara lo acontecido en la experiencia de flexin. La idea principal de lo que

se hizo, fue estudiar la resistencia a la flexin de una madera y como dicha resistencia puede mejorar si

dicha madera esta reforzada con fibra de vidrio. Lo anterior se estudiara mediante la obtencin del

mdulo de elasticidad del material matriz y refuerzo.

La finalidad es obtener mayores valores de mdulo de elasticidad con la madera con refuerzo que sin este,

esto para comprobar cmo afecta de manera positiva los materiales compuestos, entregando mejoras en

las propiedades mecnicas de los materiales.

La fibra de vidrio se analizar en dos posiciones con valores que son significativos para indicar la mejor

posicin. La fibra de vidrio en la parte superior alcanza un valor cercano a los 9000 [

] muy por sobre

a lo alcanzado por la fibra de vidrio por debajo de la madera alcanzando los 1000 [

].

3 OBJETIVOS DE LA EXPERIENCIA

3.1 OBJETIVO GENERAL Familiarizar al alumno con los polmeros y materiales compuestos, como materiales de ingeniera, y su

aplicacin industrial para la fabricacin de piezas, componentes y productos de uso general.

3.2 OBJETIVO ESPECIFICO Realizar un ensayo para determinar la resistencia a la flexin de materiales compuestos.

Obtener el diagrama fuerza-elongacin de cada ensayo.

Determinar, con la informacin del diagrama fuerza-elongacin, el mdulo de elasticidad

del material matriz y del material de refuerzo, en una viga compuesta.

Determinar otros valores caractersticos para el material matriz y el material de refuerzo

como: lmite elstico, tensin mxima y de ruptura.

4 METODOLOGA EXPERIMENTAL

La experiencia consiste en ensayar 7 probetas de madera de pino en una maquina universal de ensayos,

para esto es importante seguir ciertos pasos y recomendaciones:

4

- Medir con un pie de metro la espesura de la madera y el ancho, teniendo en cuenta que el

ancho ser fijado en la mquina. Para el caso de los ensayos realizados a la madera el largo es

definido en 250 [mm].

- Medir con un pie de metro la espesura de la madera con el compuesto, el ancho y el espesor de

la fibra de vidrio. Para estos ensayos el largo quedar definido en 300[mm].

- La fibra de vidrio esta solamente en una superficie de la madera, por lo que, se tendrn que

realizar 2 ensayos con la fibra de vidrio debajo de la madera y 2 ensayos con la FV en la parte

superior de la madera.

- En una tabla anotar los datos medidos con el pie de metro siendo importantes para clculos

posteriores, Largo, altura, ancho, espesor FV y fuerza mxima.

- La manipulacin de la maquina la realiza el profesor o encargado de la maquina estableciendo

los pesos y velocidades de las cargas.

5 CARACTERISTICAS TCNICAS DE EQUIPOS, INSTRUMENTOS E INSTALACIONES

Maquina Universal de Ensayos

Marca: Losenhausenwerk

Procedencia: Alemania

Tipo de instrumento: Analgico

Capacidad mxima: 10 toneladas

Rango de escala: 0 1000, 0 5000, 0 10000 []

Divisin de escala: 10, 20, 100 []

Tipos de ensayos: Traccin y flexin.

Escala utilizada: 0 1000 []

Pie de Metro

5

Marca: Mitutoyo

Procedencia: Japn

Tipo de instrumento: Analgico

Unidad de medicin: Milmetros y Pulgadas

Rango de escala: 0-300 [mm] y 0-12 [in]

Sensibilidad: 0,05 [mm] y 1/128 [in]

Probetas

Probetas ensayadas Material compuesto

Tipo viga de seccin rectangular.

Descripcin:

Se utilizaron 4 probetas de material compuesto con matriz de madera de pino y refuerzo de fibra de vidrio por una sola cara (de mayor ancho), adems de 4 probetas de pino.

6 VALORES OBTENIDOS

Tabla1: Dimensiones de probetas de matriz (madera)

Madera B (mm) H(mm) Pmax Kg L (cm) Ic(mm4) Ic(cm4)

1 41 18,5 260 30 21633,0521 2,1633

2 41,2 19,3 325 30 24682,429 2,4682

3 41,2 18,7 335 30 22451,2636 2,24512 Tabla 2: Dimensiones de probeta material compuesto (Matriz y refuerzo)

Compuesto b [mm] h [mm] E(mm) L cm Pmax [Kg]

Ic(mm4) Ic(cm4)

1 FV inferior

47,5 25,8 3,55 30 660 67978,485 6,79784

2 FV inferior

45,6 25,4 3,7 30 740 62270,8432 6,22708

3 FV superior

44,9 26,3 3,5 30 750 68066,3309 6,80663

4 Fv superior

47,5 26,2 3,1 30 610 71189,5483 7,11895

B= base

6

H= altura I= Momento de inercia P max= Carga mxima L = Largo de la probeta. E=espesor

6.1 RESULTADOS

6.1.1 Material matriz

Tabla 4: Ppp, Ypp obtenidos del diagrama carga-deformacin Material Matriz

Madera Pmax Kg

Ymax (mm)

[] [] [

]

1 260 4 65 1 537,853999

2 325 8 121,875 3 366,970501

3 335 12 111,666 4 230,701891

E promedio 378,508797

6.1.2 Material compuesto

Tabla 5: Ppp y Ypp, obtenidos del diagrama

() () 1 FV

inferior

22 0,4

2 FV inferior

52 1,5

3 FV superior

750 4

4 FV superior

610 4,4

Dnde: vm y vm, representan el volumen proporcional del material Vm= Volumen de matriz /volumen total Vr= Volumen de refuerzo /volumen total

7

Tabla 6: Mdulo de elasticidad Material compuesto

Ec

1 FV inferior

22 0,4 455,10723

2 FV inferior

52 1,5 313,14816

3 FV superior

750 4 1549,49956

4 FV superior

610 4,4 1095,42702

Tabla 7: Mdulo de elasticidad material Refuerzo

Posicin de FV Er (Kg/mm^2)

1 FV inf 1560,73097

2 FV inf 382,972959

3 FV sup 10916,2275

4 FV sup 7792,90923 Tabla 8: Valores de Ley de mezclas

Tabla 9: Mdulo de elasticidad promedio

Posicin de FV (/) () 1 FV inf 971,851967

971,851967

2 FV sup 9354,56838

2453,6653

() () () vm vr

1 FV inf 306375 42156,25 348531,25 0,879046 0,120954

2 FV inf 289560 42180 331740 0,87285223 0,12714777

3 FV sup 295217,5 39287,5 334505 0,88255034 0,11744966

4 FV sup 311125 36812,5 347937,5 0,89419795 0,10580205

8

7 CONCLUSIONES, ANLISIS Y COMENTARIOS PERSONALES

En base a los datos obtenidos, se realizar un anlisis de los resultados marcando los valores ms

importantes con el fin de obtener patrones importantes al momento de realizar la conclusin. En la

etapa de anlisis, se tratar de comparar resultados obtenidos con valores referenciales de tablas y

libros indicados en la bibliografa. Una segunda parte ser de comparaciones entre la madera con

refuerzo y la madera sin refuerzo en cuanto a la carga mxima que soporta y en los mdulos de

elasticidad de cada uno. Finalmente se concluir de forma breve con los datos previamente analizados.

7.1 ANLISIS DE LA MADERA SIN REFUERZO En el caso de la madera son refuerzo y que sirve como gua para la siguiente etapa del ensayo, cabe

destacar que los valores de fuerzas mximas que resiste la madera en flexin van en los rangos de

260[Kgf] y 355[Kgf]. El mdulo de elasticidad obtenido como valor promedio de los 3 ensayos realizado,

fue de 378,5[

]=3,7[GPa], comparando con valores sacados de bibliografa, est dentro de los

parmetros. Con valores de referencia entre 1 y 10 [GPa] para el caso de la madera de pino.

7.2 ANLISIS DE LA MADERA CON REFUERZO En el caso de la madera reforzada, se realizaron 4 ensayos de flexin, 2 con el refuerzo debajo de la

madera y los 2 restantes con el refuerzo encima de la madera. Para la FV debajo de la madera el valor

promedio para el mdulo de elasticidad fue de 384[

] y para la madera con FV en la parte superior el

valor de E fue de 1322[

]. Por simple deduccin de la frmula para sacar este mdulo, entre mayor

fuerza mxima mayor ser este valor; por lo que con la FV en la parte superior se alcanzaron valores

muy superiores a la FV debajo de la madera.

7.3 ANLISIS DEL COMPUESTO FIBRA DE VIDRIO Los valores del mdulo de elasticidad (E) de la fibra de vidrio fueron muy distintos en cuanto a su

posicin a la hora de realizar el ensayo por los que no se puede tomar un promedio de las 4 mediciones

o resultados obtenidos, si no que se analizaran de forma separada. Para la madera reforzada con FV

debajo de la madera, alcanzo un valor promedio de 1000 [

] aproximadamente este valor se asemeja

ms al de la madera sin refuerzo, esto se explica por qu la carga se aplica primero en la madera la que

cede primero y no alcanza a la fibra de vidrio que solamente trata de mantener unida la madera sin

soportar la carga.

Para el caso de la madera con la FV en la parte superior, se alcanzan valores muy superiores en

comparacin al caso anterior, con un promedio entre los 2 ensayos de 9354[

], valor muy cercano al

referencial de la fibra de vidrio que alcanza los 72[GPa]. Este valor es elevado ya que la fibra en este

caso est en contacto con la carga aplicada, al ser un material bastante resistente permite absorber

mayor carga deformndose elsticamente sin romperse. Al tener que flectar primero la fibra de vidrio la

madera resistir ms.

9

7.4 COMENTARIOS Como se mencion en un comienzo del informe las fibras y en particular las fibras de vidrio tienen alta

resistencia ya sea a la traccin como a la compresin. Este ensayo en particular permite ver este

comportamiento de forma inmediata aplicando una fuerza en la parte superior hacia abajo, de forma

que la parte superior se comprime y la parte inferior se tracciona. Solo mencionando esto y sin perder el

eje central de la conclusin, caben destacar que la fibra de vidrio es una matriz de plstica con fibras

continuas o discontinuas de vidrio, que a pesar de tener una elevada resistencia, no es muy rgida y por

este motivo no se aplica como miembros estructurales. [1]

7.5 CONCLUSIONES Como conclusin final se puede decir y despus de analizar los resultados obtenidos que: La fibra de

vidrio otorga mayor resistencia ya sea a la compresin como a la traccin, se puede ver en los dos casos,

tanto cuando se ubica debajo o en la parte superior, mayores fuerzas mximas y mdulos de elasticidad

mayores. Sin embargo cuando la FV se coloca en la parte superior de la madera se alcanzan los mayores

valores y por lo tanto la mayor resistencia al aplicar una fuerza sin sufrir deformaciones permanentes.

8 APNDICE

8.1 MARCO TERICO Materiales compuestos - Generalidades

En la continua demanda de mejorar el desempeo o propiedades, que puede especificarse por varios

criterios incluyendo menos peso, ms resistencia y menor coste, los materiales usados habitualmente

alcanzan, frecuentemente el lmite de su utilidad. As, hay un continuo esfuerzo para mejorar los

materiales tradicionales o en desarrollar nuevos materiales. Los materiales compuestos son un ejemplo

de la ltima categora.

La mayora de las tecnologas modernas requiere materiales con una combinacin inusual de

propiedades, imposible de conseguir con los metales, las cermicas y los polmeros convencionales. Esta

necesidad es muy evidente en aplicaciones espaciales, subacuticas y en los transportes. Por ejemplo,

los ingenieros aeronuticos solicitan, cada vez ms, materiales de baja densidad que sean resistentes y

rgidos, y tambin resistentes al impacto, a la abrasin y a la corrosin. Esta es una combinacin de

caractersticas bastante extraordinaria. Frecuentemente, los materiales ms resistentes son

relativamente densos. Adems, un incremento de la resistencia y de la rigidez se traduce generalmente

en una disminucin de la resistencia al impacto. Las combinaciones de propiedades de los materiales y

la gama de sus valores se han ampliado, y se siguen ampliando, mediante el desarrollo de materiales

compuestos (Composites).

Los plsticos por s mismos no poseen unas caractersticas sumamente notables para ser utilizados como

elementos constructivos, por lo que necesitan de la adicin de refuerzos para mejorar sus propiedades.

Con el advenimiento de las resinas de polister y los refuerzos de fibra de vidrio pareca convertirse en

10

realidad lo que durante aos haba sido un sueo: la creacin de un material industrial que asociase la

ligereza de una materia plstica y la solidez de un acero.

Se denomina material compuesto a un material que est formado por la combinacin de diferentes

componentes (multifase) obtenido a partir de la unin (no qumica) de ellos (por ejemplo, resina +

fibras) de tal manera que se consigue un efecto sinrgico en las propiedades finales, obtenindose

materiales con unas propiedades o caractersticas especficas superiores a las de los componentes

individuales. Adems, las fases constituyentes deben ser qumicamente distintas y separadas por una

inter-cara. Deben presentar discontinuidad estructural, de tal modo que los componentes sean

distinguibles fsicamente y separables fsica (mecnicamente) o qumicamente.

Caractersticas generales de los materiales compuestos:

a) Elevada resistencia mecnica frente a esfuerzos de traccin y de flexin

b) Elevada ligereza

c) Alta estabilidad dimensional

d) Elevada resistencia a los agentes qumicos y atmosfricos (alta durabilidad)

e) Posibilidad de aislamiento trmico, elctrico y acstico

f) Baja transmisin de vibraciones

g) Buen comportamiento a fatiga

h) Elevada resistencia trmica y buen comportamiento a la llama

i) Mejora las propiedades tribolgicas

j) Su adaptacin en la fabricacin de partes y estructuras

11

Ilustracin 1: Grfico obtenido en la experiencia

Las lneas de colores representan la ubicacin de la Carga Ppp. La cual se ubica de manera prctica,

encontrado el lugar en donde la lnea dibujada deja de tener un comportamiento rectilneo. En los 2

ltimos ensayos se ve que la lnea recta coincide plenamente con el punto en donde se aplica la carga

mxima. Este se explica a que las probetas cedieron fcil y rpidamente a la ruptura.

9 BIBLIOGRAFA

[1] C. e. I. d. l. materiales, William D, Callister, Revert S.A..