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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA SISTEMAS MECÁNICOS I INFORME DE LABORATORIO N° 1 TEMA: ENSAYO DE DEFORMACIÓN INTEGRANTES: CAPUS EDDISON PEREZ CHRISTIAN PILATASIG JAIRO

Informe de Deformaciones

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

SISTEMAS MECÁNICOS I

INFORME DE LABORATORIO N° 1

TEMA: ENSAYO DE DEFORMACIÓN

INTEGRANTES: CAPUS EDDISON

PEREZ CHRISTIAN

PILATASIG JAIRO

VÁSQUEZ PATRICIO

CUARTO SEMESTRE “A”

2014

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CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

1. TEMA: TRACCIÓN DE ACERO LAMINADO AL CALOR Y AL FRIO

2. INTRODUCCIÓN.

Este ensayo permite obtener información sobre la capacidad de un material para

soportar la acción de las cargar estáticas que varía lentamente a temperaturas

homologas inferiores a 0,5 (parámetro adimensional que se define como el cociente

entre las temperaturas de ensayo y de fisión)

3. MARCO TEÓRICO.

ENSAYO DE TRACCIÓN

Uno de los ensayos mecánicos tensión-deformación más común es la realizada atracción.

El ensayo de tracción puede ser utilizado para determinar varias propiedades de los

materiales y se realiza con la máquina Universal. La versatilidad del ensayo de tracción

radica en el hecho de que permite medir al mismo tiempo

Tanto la ductilidad, como la resistencia. El valor de resistencia es directamente utilizado en

todo lo que se refiere al diseño. Los datos relativos a la ductilidad, proveen una buena

medida de los límites hasta los cuales se puede llegar a deformar el acero Normalmente se

deforma una probeta hasta rotura, con una carga de tracción que aumenta gradualmente y

que es aplicada úniaxialmente a lo largo del eje de la probeta

Deformaciones.

Un cuerpo sometido a un esfuerzo de tracción sufre deformaciones positivas

(estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la tracción. Sin embargo el

estiramiento en ciertas direcciones generalmente va acompañado de acortamientos en las

direcciones transversales; así si en un prisma mecánico la tracción produce un

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alargamiento sobre el eje "X" que produce a su vez un encogimiento sobre los ejes "Y" y "Z".

Este encogimiento es proporcional al coeficiente de Poisson ( ):ν

Cuando se trata de cuerpos sólidos, las deformaciones pueden ser permanentes: en este

caso, el cuerpo ha superado su punto de fluencia y se comporta de forma plástica, de modo

que tras cesar el esfuerzo de tracción se mantiene el alargamiento; si las deformaciones no

son permanentes se dice que el cuerpo es elástico, de manera que, cuando desaparece el

esfuerzo de tracción, aquél recupera su longitud primitiva.

La relación entre la tracción que actúa sobre un cuerpo y las deformaciones que produce se

suele representar gráficamente mediante un diagrama de ejes cartesianos que ilustra el

proceso y ofrece información sobre el comportamiento del cuerpo de que se trate.

Resistencia en tracción

Como el acero o la madera, se utiliza el valor de la tensión de fallo, o agotamiento por

tracción, esto es, el cociente entre la carga máxima que ha provocado el fallo elástico del

material por tracción y la superficie de la sección transversal inicial del mismo.

Comportamiento de los materiales

Son muchos los materiales que se ven sometidos a tracción en los diversos procesos

mecánicos. Especial interés tienen los que se utilizan en obras de arquitectura o de

ingeniería, tales como las rocas, la madera, el hormigón, el acero, varios metales, etc.

Las barras de acero soportan bien grandes esfuerzos a tracción. El acero en barras

corrugadas se emplea en conjunción con el hormigón para evitar su fisuración, aportando

resistencia a tracción, dando lugar al hormigón armado.

Meseta de fluencia

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Región en donde el material se comporta plásticamente; es decir, en la que continúa

deformándose bajo una tensión "constante" o, en la que fluctúa un poco alrededor de un

valor promedio llamado límite de cedencia o fluencia.

Endurecimiento por deformación

Zona en donde el material retoma tensión para seguir deformándose; va hasta el punto de

tensión máxima, llamado por algunos tensión o resistencia última por ser el último punto

útil del gráfico.

Zona de tensión post-máxima

En éste último tramo el material se va poniendo menos tenso hasta el momento de la

fractura. La tensión de fractura es llamada también tensión última por ser la última tensión

que soportó el material.

Forma  real de la curva Tensión  - Deformación

La curva descrita anteriormente se utiliza en ingeniería, pero la forma real de dicha curva

es la siguiente:

4 Sistemas mecánicos 1

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Aquí no se presenta una relajación de la tensión, pues sigue aumentando hasta la rotura.Después del punto de carga máxima en el gráfico de ingeniería, comienza a formarse un "cuello" en la probeta; este fenómeno se conoce como estricción.

4. OBJETIVO

4.1. OBJETIVO GENERAL Aprender a efectuar y analizar la prueba de tensión de materiales metálicos.

Determinando aspectos importantes como la resistencia y el alargamiento de estos.

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4.2. OBJETIVO ESPECÍFICO.

Analizar la información que suministra del proceso de rotura de una probeta

de una aleación por cargas axiales

Someter a una probeta normalizada realizada con dicho material a un

esfuerzo.

Aprender a realizar ensayos de tracción de acero y comprender los

resultados obtenidos.

Determinar las propiedades más importantes del material ensayado.

5. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS Y MATERIALES

MÁQUINA UNIVERSAL

En ingeniería se denomina máquina universal a una máquina semejante a una prensa con lo que es posible someter materiales a ensayos de tracción y compresión para medir sus propiedades. 

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DEFORMÍMETRO, APRECIACIÓN: 1X10-2MM

El Deformímetro es un instrumento de medición de dimensiones que se utiliza para comparar cotas mediante la medición indirecta del desplazamiento de una punta de contacto esférica cuando el aparato está fijo en un soporte.

PROBETA DE ACERO; NORMA ASTM E8, ESPESOR DE 6 MM. Las probetas para los ensayos de tracción pueden ser: industriales o calibradas; estas últimas, se emplean en experiencias más rigurosas y adoptan formas perfectamente cilíndricas o prismáticas, con extremos ensanchados, no solo para facilitar su sujeción en la máquina de ensayo, sino para asegurar la rotura dentro del largo calibrado de menor sección; en la cual se marcan los denominados

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PUNZÓN

Es una herramienta de acero de alta dureza, de forma cilíndrica o prismática, con un extremo o boca con una punta aguda o una que al presionar o percutir sobre una superficie queda impreso en troquel. Puede tener varios tipos de punta en función de su uso.

FLEXÓMETRO

El flexómetro es un instrumento de medición el cual es coincido con el nombre de cinta métrica.

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CALIBRADOR

El calibrador vernier es uno de los instrumentos mecánicos para medición lineal de exteriores, medición de interiores y de profundidades más ampliamente utilizados. 

6. PROCEDIMIENTO

1. Se debe colocar la probeta adecuadamente en la máquina de ensayos universal,

previamente marcamos el centro de la probeta con una línea para realizar a 1 plg de

distancia desde el centro hacia afuera con el punzón, al final de los 4 puntos que se

realizaran a cada lado.

2. Colocada la probeta se pone en marcha la máquina de ensayos.

9 Sistemas mecánicos 1

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3. Se procede a obtener los datos mostrados en la maquina universal.

4. Por último se observa la probeta deformada.

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7. TABLA

7.1. CÁLCULOS Y RESULTADOS

TABULACIÓN  DE RESULTADOS.

Carga Aplicada

Deformación Deformació

n (mm)

Esfuerzo Simple

Deformación Unitaria

Esfuerzo Simple

Δx10^-2 mm

(Kg/cm^2) Ɛ= Δ/Lo

(N/m^2)

0 0 0 0 0 0200 1 0,01 83,85392646 0,005 8218029,35400 2,5 0,025 167,7078529 0,0125 16436058,70600 4 0,04 251,5617794 0,02 24654088,05800 4,5 0,045 335,4157058 0,0225 32872117,401000 5,5 0,055 419,2696323 0,0275 41090146,751200 6 0,06 503,1235588 0,03 49308176,101400 7 0,07 586,9774852 0,035 57526205,451600 8 0,08 670,8314117 0,04 65744234,801800 9 0,09 754,6853381 0,045 73962264,15

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2000 10 0,1 838,5392646 0,05 82180293,502200 10,5 0,105 922,3931911 0,0525 90398322,852400 11,5 0,115 1006,247118 0,0575 98616352,202600 12,5 0,125 1090,101044 0,0625 106834381,552800 13,5 0,135 1173,95497 0,0675 115052410,903000 14 0,14 1257,808897 0,07 123270440,253200 15 0,15 1341,662823 0,075 131488469,603400 16 0,16 1425,51675 0,08 139706498,953600 17 0,17 1509,370676 0,085 147924528,303800 18 0,18 1593,224603 0,09 156142557,654000 19 0,19 1677,078529 0,095 164360587,004200 19,5 0,195 1760,932456 0,0975 172578616,354400 20,5 0,205 1844,786382 0,1025 180796645,704600 21,5 0,215 1928,640309 0,1075 189014675,054800 22,5 0,225 2012,494235 0,1125 197232704,405000 23,5 0,235 2096,348162 0,1175 205450733,755200 24,5 0,245 2180,202088 0,1225 213668763,105400 25 0,25 2264,056014 0,125 221886792,455600 26 0,26 2347,909941 0,13 230104821,805800 27 0,27 2431,763867 0,135 238322851,156000 28 0,28 2515,617794 0,14 246540880,506200 29 0,29 2599,47172 0,145 254758909,856400 30 0,3 2683,325647 0,15 262976939,206600 31 0,31 2767,179573 0,155 271194968,556800 32,5 0,325 2851,0335 0,1625 279412997,907000 33,5 0,335 2934,887426 0,1675 287631027,257200 35,5 0,355 3018,741353 0,1775 295849056,60

7432,2 40 0,4 3116,095761 0,2 305390188,687328,3 50 0,5 3072,533646 0,25 301120922,437277,9 60 0,6 3051,402457 0,3 299049979,047257,1 70 0,7 3042,681649 0,35 298195303,987252,8 80 0,8 3040,878789 0,4 298018616,357283,8 90 0,9 3053,876148 0,45 299292410,907308,1 100 1 3064,0644 0,5 300290901,477317,7 110 1,1 3068,089388 0,55 300685366,887318,3 120 1,2 3068,34095 0,6 300710020,967283 130 1,3 3053,540732 0,65 299259538,787285 140 1,4 3054,379271 0,7 299341719,08

7307,3 150 1,5 3063,728984 0,75 300258029,357323,8 160 1,6 3070,646933 0,8 300936016,77

12 Sistemas mecánicos 1

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CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

7317,7 170 1,7 3068,089388 0,85 300685366,887335,1 180 1,8 3075,38468 0,9 301400335,437357,3 190 1,9 3084,692466 0,95 302312536,697384 200 2 3095,886965 1 303409643,61

7370,2 210 2,1 3090,101044 1,05 302842599,587401,2 220 2,2 3103,098403 1,1 304116394,137436,4 230 2,3 3117,856694 1,15 305562767,307470,3 240 2,4 3132,069934 1,2 306955723,277482 250 2,5 3136,975389 1,25 307436477,99

7500,9 275 2,75 3144,899585 1,375 308213081,767497,6 300 3 3143,515995 1,5 308077484,287464,1 325 3,25 3129,470462 1,625 306700964,367462,3 350 3,5 3128,715777 1,75 306627002,107506 375 3,75 3147,03786 1,875 308422641,51

7507,8 400 4 3147,792545 2 308496603,777474,1 425 4,25 3133,663159 2,125 307111865,837497,6 450 4,5 3143,515995 2,25 308077484,287539,3 475 4,75 3160,999539 2,375 309790943,407619,6 500 5 3194,66689 2,5 313090482,187632,5 525 5,25 3200,075469 2,625 313620545,077809,3 550 5,5 3274,20234 2,75 320885283,027882,4 575 5,75 3304,85095 2,875 323888972,758051,4 600 6 3375,707518 3 330833207,558143,5 625 6,25 3414,322251 3,125 334617610,068259,4 650 6,5 3462,915601 3,25 339379958,078370,2 675 6,75 3509,370676 3,375 343932746,338447,5 700 7 3541,780219 3,5 347109014,688548,2 725 7,25 3584,000671 3,625 351246792,458623,7 750 7,5 3615,655528 3,75 354349098,538694 775 7,75 3645,130183 3,875 357237735,858758 800 8 3671,96344 4 359867505,24

8829,6 825 8,25 3701,983145 4,125 362809559,758900,5 850 8,5 3731,709362 4,25 365722851,158954,2 875 8,75 3754,224142 4,375 367929392,039009,8 900 9 3777,535533 4,5 370214004,199088,5 925 9,25 3810,532053 4,625 373447798,749151,4 950 9,5 3836,904113 4,75 376032368,979205,8 975 9,75 3859,712381 4,875 378267672,969252 1000 10 3879,082638 5 380166037,74

9293,1 1025 10,25 3896,31462 5,125 381854842,77

13 Sistemas mecánicos 1

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CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

9317,8 1050 10,5 3906,67058 5,25 382869769,399379,7 1075 10,75 3932,62337 5,375 385413249,489458,5 1100 11 3965,661817 5,5 388651153,049501,7 1125 11,25 3983,774265 5,625 390426247,389543,1 1150 11,5 4001,132028 5,75 392127379,459580,9 1175 11,75 4016,98042 5,875 393680587,009605,4 1200 12 4027,252526 6 394687295,609646,7 1225 12,25 4044,568362 6,125 396384318,66984,8 1250 12,5 412,8967339 6,25 40465576,529741,9 1275 12,75 4084,482831 6,375 400296100,639774,6 1300 13 4098,192948 6,5 401639748,4310524,5 1325 13,25 4412,603245 6,625 432453249,48

La probeta ha fallado por concentración de esfuerzos, mas no por la carga aplicada

1 7 1319253137434955616773798591970

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Curva carga-deformación unitaria

Carga AplicadaDeformacion Unitaria Ɛ= Δ/Lo

DEFORMACIÓN

CARG

A

Curva carga-deformación unitaria para la probeta de acero estructural ASTM E8.

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

8.1. CONCLUSIONES.

14 Sistemas mecánicos 1

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CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

1.- A si como se deformo el material, mediante el proceso de ser este sometido a fuerza de

tracción este también tuvo un incremento de temperatura en su superficie.

2.- Cuando la probeta está en su punto máximo de resistencia los valores disminuyen y se

produce la ruptura del mismo.

8.2. RECOMENDACIONES

1.- Debería realizarse la práctica cuando tengamos más de una hora para observar

detalladamente el procedimiento.

2.- Debería explicarse de mejor manera y más detalladamente los cambios de los valores

numéricos.

9. EJEMPLO DE CÁLCULO

CÁLCULO DE ESFUERZO A TRACCIÓN:

σ= PA

A continuación se detallan los significados de las variables de la formula.

σ :Esfuerzo simpleP= Carga aplicadaA= Área de la sección transversal

Datos:L=3.8 cm=0.038me=0.6 cm= 0.006m

A= L*e (Longitud x espesor)A= (0.038*0.006) m2

A=2.28 X 10−4m2

El área calculada es contante, donde se aplica cada carga y así obtener el esfuerzo simple.

σ= PA

15 Sistemas mecánicos 1

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CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

σ= 500Kg

2.28x 10−4m2

σ=2192982.456 Pa

σ=2.193M Pa Este es el mismo desarrollo para todos los cálculos y así completar la tabla usando siempre el área de 2.28x10-4 m2

CÁLCULO DE DEFORMACIÓN UNITARIA:

ε= ΔL

A continuación se detallan los significados de las variables de la formula.ε= Deformación unitaria.Δ= Deformación.L= Longitud inicial.

La longitud inicial será para cada cálculo 20 cm o 200 mm. Entonces, para el primer cálculo de deformaciones se tiene lo siguiente.

ε=2.5∗1 0−2mm200mm

ε=1.25∗10−4

16 Sistemas mecánicos 1

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CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

9.- ANEXOS

NORMA ASTM D143.

La madera se emplea habitualmente como un material de ingeniería en la construcción y en

la industria del mueble. Con su amplia gama de propiedades físicas y mecánicas, puede

elegirse madera de diferentes especies de árboles para adaptarse a los requerimientos

específicos de una aplicación. La resistencia de la madera está influenciada por factores

como los tipos de carga, dirección y duración de la carga, temperatura y humedad.

Normas como la ASTM D143, definen los métodos de ensayo para determinar las

propiedades mecánicas, incluyendo la resistencia a la flexión, resistencia a la tracción y

resistencia a la cizalla de la madera. Esto permite a los ingenieros elegir la que mejor se

adapte a las necesidades.

Las diferentes normas pueden tener requisitos ligeramente diferentes y es un reto el

intentar cumplir con las distintas normativas. Por ejemplo, ASTM D143, afirma que los

soportes de apoyo inferiores del accesorio de flexión a tres puntos deben disponer de

rodamientos y que la carga debe ser aplicada en el centro de la muestra por un bloque

rígido superior.

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CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

Para asegurar que la primera rotura de la muestra surja de la tensión de tracción o

compresión y no del esfuerzo cortante, muchas normas de ensayo de flexión de madera

requieren que el accesorio disponga de una relación anchura-profundidad mínima de 14.

Una configuración típica del ensayo sería utilizar o bien nuestra máquina electromecánica

de la serie 3300 o 5500 configurada con la viga de base de la serie 2820 y un accesorio tres

puntos para este ensayo. Además, un deflectómetro está disponible para medir las

desviaciones de flexión con respecto al eje axial, según lo especificado por la norma ASTM

D143.

IMÁGENES DE LA PRÁCTICA REALIZADA

Imagen del proceso de tracción

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CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

Estado en el que la probeta se rompe debido por concentración de esfuerzos, mas no por la

carga aplicada.

Imagen de la pantalla de la máquina donde muestra hasta que limite resistió la probeta

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Fotografía de la probeta como resultado del ensayo de tracción.

10.- Bibliografía:

● http://www.buenastareas.com/ensayos/Ensayo-De-Compresi%C3%B3n-Madera/

23940939.html

● http://es.scribd.com/doc/91649771/ENSAYO-DE-TRACCION-EN-MADERA

● http://www.lorenzoservidor.com.ar/facu01/ejercicios/tensmad/ejer25.htm

● http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/traccionm3.htm

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